Japan’s Floating Offshore Wind Projects: An Overview

May 2013

Annette Bossler

Main(e) International Consulting LLCBremen, Maine (USA)

A Member Company of

2

Presentation Outline:

• Offshore Wind Resources in Japan

• Past Floating Offshore Research Projects

• Operating Projects:• Hakata Bay Scale Pilot (‚Wind Lens‘)• Kabashima Island Project (Floating Spar)

• Planned Projects:• Fukushima Project (1 x Spar, 2 x Semisubmersible)• MODEC ‘Skwid’ Floating Wind & Ocean Current Turbine

• Outlook

3Source:http://www.vidiani.com/maps/maps_of_asia/maps_of_japan/large_detailed_road_and_topographical_map_of_japan.jpg

Eastern Japan

Western Japan

Tokyo

Iwaki

Fukuoka

Nagasaki

4

Offshore wind situation in Japan: 80% of wind resources are in deep water (50 meter+)Theoretical wind energy generation capacity of 1.6 TW

5

6

Operating ‚Near Shore‘ Wind Power:‐ Hokkaido: (2 x 600kW turbines) at a 

Japan Self Defense Forces facility‐ Yamagata: (5 x 2MW turbines), 

operated by Summit Wind Power‐ Ibaraki: (7 x 2MW turbines); to be

increased to 15 turbines. 300km from2011 earthquake epicenter – back in operation 2 weeks after earthquake

Operating Offshore Wind Power:‐ Gravity foundation with 1 x 2.4 MW 

turbine in Tokyo Bay‐ Gravity Foundation with 1 x 2.4 MW 

turbine in Fukuoka Bay

Operating Floating Scale Pilots:‐ Hakata Bay Wind Lens (2 x 3kW 

turbines in single floater)‐ Kabashima Island Spar (1 x 100kW 

turbine)

Planned Full Scale Floating Pilots:‐ Kabashima Island Spar (1 x 2MW 

turbine)‐ Fukushima Consortium (1 x 2MW and 2 

x 7MW turbines)

Other announced projects:‐ Hitachi/Toshiba (floating offshore)‐ Windpower Ibaraki/ Marubeni 50MW by 2017 1km off the Ibaraki coast

Current Status of Offshore Wind in Japan

7

Floating Foundation Types:

Spar Buoy (ballast stabilized)

Semi Submersible (stabilized by active ballast systems and buoyancy)

Tension Leg Platform TLP(mooring line and buoyancy stabilized)

TLP:‐ Most stable‐ Less suitable for challenging ground conditions 

as well as strong tidal currents and storm surges‐ Reliant on anchor systems

Spar Boy:‐ Inherently stable; lowest operational risk‐ Requires at least 80‐100 meters water depth‐ Installation more challenging; assembly requires 

sheltered deep water site

Semi Submersible:‐ Most flexible design‐ Less stable than TLP and Spar‐ Reliance on active ballasting systems

Different solutions for different siteconditions!

Source:http://mhk.pnnl.gov/wiki/index.php/File:Floating_Foundation.jpg

8

Prior Floating Offshore Research Projects in Japan:

• There were at one point 10 different floating offshore projects in Japan• The key projects were:

• Sasebo HI, Toda Construction, Japan Hume, Kyoto University Project 佐世保重工業 , 戸田建設、日本ヒューム , 京都大学

• Mitsubishi HI三菱重工業• Shimizu Corporation 清水建設• Mitsui Zosen三井造船• IHI Corporation (IHI Marine United) アイ・エイチ・アイ マリンユナイテッド• Hitachi Zosen 日立造船• National Maritime Research Institute of Japan 海上技術安全研究所• Kyushu University 九州大学

• Hitachi Zosen project canceled in 2009 / 2010 due to company restructuring. In December 2011 announcementto restart. In September 2012 formation of consortium with Toshiba Corporation, Sumitomo Electric et. al. In   November 2012 technical co‐operation agreement with Statoil of Norway. 

• Most projects have been funded by Japan’s New Energy and Industrial Technology Development OrganizationNEDO (独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構)

Hitachi                                 Mitsubishi                                  Mitsui                                 Sasebo et. al.           Shimizu                          NMRI

9

Hakata Bay Scale Pilot (‚Wind Lens‘)• Project by Kyushu University Division of  Renewable 

Energy Dynamics • Initial development of wind turbine with the project• name ‘wind lens’.• Launched December 4th, 2011 for 1 year test with • scale model of an 18 meter diameter floating 

platform  with two 3kW turbines 600 meters from shore in Hakata Bay (Fukuoka)

• Pilot also includes solar panels. • Stage 2 will be testing of a 60 meters diameter 

platform with TLP mooring 2km off the coast.

Image Source: Asahi Shimbun, Dec. 5th, 2011

10

5t concrete anchors, 2 each at 6 locations

11Image Source: Kyushu University Division of  Renewable Energy Dynamics 

12

Kabashima Island Project (Floating Spar)

• Supported by Ministry of Environment• Consortium of Toda Construction, Fuji Heavy Industries, Kyoto University and National Maritime 

Research Institute of Japan• Scale pilot with 100kW downwind turbine launched in June 2012• Turbine manufactured by Hitachi and Japan Steel Works• Total length of 71 meter• Hub height 22 meter above water level• Bottom of spar uses ‘super hybrid’ concrete, developed by Kyoto University and Toda 

Construction• Full scale pilot planned for 2013 at water depth of 80‐100 meters with 2MW turbine• Extensive environmental monitoring

13Image Source: Kyoto University / Toda Construction

14Image Source: Kyoto University / Toda Construction

15

Full Scale Fukushima Floating Demonstration  Project

Foundation Type Spec Turbine Type Technology Provide Phase

Advanced Spar 25 MVA, 66kV Substation Japan Marine United (Foundation); Hitachi 

(Substation)

I

Semisubmersible 2MW Downwind Turbine Mitsui (Foundation), Hitachi (Turbine)

I

Semisubmersible 7MW Upwind Turbine,hydraulic

Mitsubishi (Foundation & Turbine)

2

Advanced Spar 7MW Upwind Turbine, hydraulic

Japan Marine United (Foundation), Mitsubishi 

(Turbine)

2

• Project management by Marubeni• Funding: Japanese Government Yen 12.5 Billion (US$ 123 Million). 

Estimated total cost Yen 18.8 Billion (US$ US$ 189 Million)• 2 x 7MW turbines and 1 x 2MW turbine• Interconnect at Iwaki; power to be purchased by TEPCO• First hydraulic offshore turbine to be used with floating foundations (Mitsubishi 7MW)• Water depth 100 ‐200 meter• Average wind speed 7 m/s at hub height• 20km offshore Fukushima Prefecture coast

Source: Fukushima Consortium Press Release

16Source: Nippon.com

Full Scale Fukushima Floating Demonstration  Project

17

Site Conditions: Water depth 100‐200mAnnual average wind speed: 7m / s at hub heightMaximum significant wave height: 7‐14mDistance offshore: More than 20km

Assignments per consortium member:Marubeni Corporation (Project Team Leader): Business research, licensing, environment, fisheriesTokyo University (Technical Advisor): Observation of floating body dynamics, development of simulation technologyMitsubishi Corporation: Business research, licensing, environment, fisheries, such as O & MMitsubishi Heavy Industries, Ltd.: Floating offshore wind power generation facilityJapan Marine United: Floating offshore wind power generation facility and for floating sub‐stationMitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd.: Floating offshore wind power generation facilityNippon Steel Corporation: Steel SupplyHitachi, Ltd.: Offshore substationFurukawa Electric Co., Ltd.: Subsea cableShimizu Corporation: Construction technologyMizuho Information & Research Institute, Inc.: Project Management and Administration

Full Scale Pilot Project in advanced Planning: Fukushima Floating Pilot Project

18Source: Tokyo University / Fukushima  Consortium

Full Scale Fukushima Floating Demonstration  Project

19

Est. Cable Length 23 km

Full Scale Fukushima Floating Demonstration  Project

20

Subsea cable installation started in April 2013.

Full Scale Fukushima Floating Demonstration  Project

21

Japan Marine United (formerly IHI) Advanced Spar • Floating spar with ‘reduced vacillation finn’ to 

reduce sway• Minimum draft 50 meter• Core design will be used for floating substation and 

foundation for 7MW turbine

22

• Tower height 88.8 m• Hub height 105 meter• Rotor diameter 167 m• Spar length 60 m• Connection tower and foundation height 12 m

Japan Marine United (formerly IHI) Advanced Spar 

23

Mitsui Semisubmersible

Source: Fukushima Consortium Model shown at Tokyo Smart Energy Week, Feb. 2013 (Photo: MIC)

24

Mitsui Semisubmersible

• Mitsui has developed 2 floating foundations: a TLP and a Semisubmersible

• The Semisubmersible will be built as part of theFukushima project

• Design for use with a 2MW turbine• Width 58 m• Total column length 32 m of which 16 mwill be

submerged• Hub height 60 m• Blade length ca. 40 m• Rotor diameter ca. 80 m• Cut out wind speed 25 m/s• Cut in wind speed 13 m/s• RPM 11.1 – 19.6

25

Mitsubishi Semisubmersible

Source: Mitsubishi

• Semisub to be deployed with Mitsubishi‘snew 7MW hydraulic offshore turbine

• Hub height 105 m• Rotor diameter 167 m• Cut in wind speed 15 m/s• Cut out wind speed 21 m/s• RPM 10.3

26

Mitsubishi Semisubmersible

• Tower height ca. 105 m• Displacement ca. 26,000 t• Column diameter 14 m

Source: Mitsubishi

27

Mitsubishi Semisubmersible Assembly

Source:  経済産業省 資源エネルギー庁

28

MODEC ‘Skwid’ Floating Wind & Ocean Current Turbine (Savonius Keel & Wind Turbine Darrieus)

• MODEC is a subsidiary of Mitsui Zosen• Model was presented at Tokyo Smart 

Energy Week Exhibition in February2013

• Scale model pilot plant underconstruction; test planned for fall 2013

• Project supported by NEDO• Omnidirectional Darrieus vertical

turbine• Savonius ocean current turbine• Floating structure suitable for shallow

water• To be utilized powering islands in 

remote locations• Estimated output capacity of 500kW in 

winds of 13 m/s• Max output 1MW at 16m/s wind speed

Source: http://www.modec.com/fps/skwid/pdf/skwid.pdf

29

Outlook

• For many years, Japan‘s floating offshore foundation research was unkown in Europe and North America as publications were only available in Japanese.

• Japanese government and industry have always been aware of the overseas market potential forfloating offshore wind, especially in the US. 

• Japanese industry had limited interest in the technology for the domestic Japanese marketbecause of lack of government support and opposition by the powerful Japanese fishingindustry.  The Great Eastern Japan Earthquake, Tsunami and Fukushima nuclear accident havechanged the direction. 

• The conservative government continues to support the development of renewable energy, including floating offshore wind. This is also highlighted in the latest 5 year Japan Ocean PolicyPlan, issued in April 2013.

• With ist strong naval architecture and marine construction resources Japan is likely to becomeone of the leaders in floating offshore wind. 

• Japan has strong representation in the IEA sub‐working group on standards for floating offshore wind. 

• Japan is developing navigational safety standards for floating offshore wind.

30

Thank you for your attention.

ご清聴ありがとうございました。

Prepared by:

Main(e) International Consulting LLC32 Blueberry Lane, Bremen ME 04551, USAwww.maine‐intl‐consulting.comPhone +1 207 529 2291 Email abossler@maine‐intl‐consulting.com

Disclaimer:Information presented in this report may not be further distributed or copied without permission from MIC and original sources.

While Main(e) International Consulting LLC makes every effort to provide accurate and complete information, various data such as statistics etc. may change prior to updating. 

Main(e) International Consulting LLC provides no warranty, expressed or implied, as to the accuracy, reliability or completeness of the furnished data.

31