海に面し、数千世帯に電気を届けます！彼は深海風力発電技術の「トレンドセッター」である

地図を広げてみると、渤海湾から始まり、東海岸に沿ってずっと南に曲がり、北部湾まで、20を超える主要な洋上風力発電設備の工業団地と基地が、まるでブドウの木の実のように点在しています。 2022年末までに、我が国の洋上風力発電の累計設置容量は3,051万キロワットに達し、引き続き世界をリードしています。 2023年5月、固定式洋上風力タービンが主流となったとき、わが国で3基目となる浮体式風力タービンの試作機と初の深海浮体式風力発電プラットフォーム「海友観蘭」が文昌油田グループの電力網に正常に統合され、わが国の重要な深海風力発電技術に大きな進歩がもたらされました。

▲2014年、高震（3列目右から1番目）が皆と集まり、トルゲイル・モアン教授（1列目左から6番目）とオッド・マグナス・ファルティンセン教授（1列目左から7番目）の70歳の誕生日を祝った。

我が国の洋上風力発電は、十数年にわたり海に面し、潮間帯や浅海から始まり、現在では着実に深海へと進んでいます。世界的な排出量削減や再生可能エネルギーの積極的活用を背景に、洋上風力発電は大規模な開発の波を迎えており、浮体式風力タービンは商業開発の初期段階にあります。新時代のエネルギー開発の主な方向として、洋上風力発電を含むグリーン再生可能エネルギーの開発は国家戦略レベルにまで高まっています。洋上風力タービン、特に浮体式風力タービンの技術上のボトルネックと産業化の困難をチャンスを捉えて克服することは、国民経済と国民生活に関係しており、多くの科学研究の人材を惹きつけ、基礎研究を継続的に深化させ、新技術の応用を促進しています。

上海交通大学（以下、「上海交通大学」という）の名誉教授であり、教育部の長江研究員、ノルウェー技術科学アカデミーの院士でもある高震氏は、祖国の呼びかけに応じて2022年末にノルウェーから帰国し、我が国の大規模で高品質な洋上風力発電の建設に専念することになった。超大型洋上風力タービンを自主開発し、新たな低コストの洋上設置・運用・保守ソリューションを展開し、洋上風力発電を急速に推進します。海風の豊富な運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、それを何千人ものユーザーに継続的に届けることが、洋上風力タービンの専門家である高震の本来の目的です。

船舶から洋上風力タービンまで、洋上を研究する

高震さんは1977年に浙江省平湖市で生まれました。高校卒業後、青い海に憧れて上海交通大学の造船海洋工学科に入学しました。学部時代は常に成績1位で、2000年に卒業した際には上海市優秀卒業生の栄誉を授与された。上海交通大学の顧永寧教授は、ガオ・ジェンの科学研究における初期の指導者でした。 「私は学部の卒業プロジェクトで顧教授と協力し、船舶と海洋プラットフォームの荷重計算と構造設計に関する研究を始めました。その後、私は顧教授のもとで修士号を取得するために勉強し、船舶衝突の数値シミュレーションと浮体式生産貯蔵積出船の側面構造の衝突防止研究に重点を置きました。」顧永寧教授は1980年代にノルウェーを訪れ、100年の歴史を持つノルウェー船級協会で1年間を過ごしました。彼の推薦により、高震は2003年にノルウェー科学技術大学に博士号取得のために留学した。

高震氏の博士課程の指導教員は、中国工程院の外国人院士であり、海洋工学の専門家であるトルゲイル・モアン教授です。モーン教授は、ノルウェー科学技術大学の船舶・海洋構造物センター (CeSOS) の所長です。 「当研究センターには、流体力学、構造力学、海洋構造制御理論など、さまざまな研究分野から8～10名の教授が集まっており、お互いの強みを補い合いながら共同研究を行っています。」ノルウェーの海洋工学研究は、基礎科学研究と工学の応用および実践の両方を重視しています。大学、研究機関、エンジニアリング会社、石油ガス会社などが密接に協力し、エンジニアリング応用の強い雰囲気を作り出しており、高震は博士課程の研究中にこれに深く影響を受けました。 2008年に卒業した際、ノルウェー科学技術大学の応用研究における最優秀博士論文に対してエクソンモービル賞を受賞しました。

2008年の博士論文審査後、高震（左から1番目）と指導教官トルガル・モン教授（右から1番目）、妻の金静哲（右から2番目）、審査委員会

市場の需要に積極的に対応し、トレンドの変化を鋭く察知することは、優れたエンジニアリング応用研究の専門家にとって不可欠な資質です。 2008 年に卒業した後、高震は船舶海洋構造研究センターで博士研究員として研究を続けました。これはヨーロッパにおける洋上風力発電の商業開発の初期段階です。 「私の博士課程の指導教官はこれに可能性を感じ、彼のリーダーシップのもと、私は研究センターで、主に浮体式風力タービンの結合解析に焦点を当てた一連の洋上風力発電研究を実施しました。」 2011年夏、欧州の洋上風力発電が高出力時代に入った頃、高震もその優れた業績により博士研究を完了し、ノルウェー科学技術大学の海洋工学部に正式に入学した。以来、研究員、非常勤准教授、教授を歴任。同時に、2017年から2021年まで科学研究を担当する部門の副部門長も務め、その後、開発のため中国に戻るため辞任した。

優れた貢献により、ノルウェー技術科学アカデミーのフェローに選出

洋上風力発電では、水深に応じて基礎構造の種類や設計が異なります。水深はおよそ50〜60メートルです。水深がこの値より小さい場合は、固定基礎構造を使用する方が経済的です。水深がこの値より大きい場合は、浮体基礎構造が必要となります。基礎構造形式が同じであっても、異なる海域の風、波、潮流の状況に応じて、定格出力の異なる風車の大きさを設計する必要があります。

洋上風力発電が大規模化・深海化していく中で、高耐震発電の研究も浮体式風力タービンが中心となってきています。浮体式風力タービンは、主に風力タービンユニット、タワー、浮体式基礎構造物、係留システムで構成されています。彼の仕事は、浮体式風力タービンシステム全体を合理的に設計し、発電効率を高め、厳しい海況でもより安全にすることです。ノルウェー科学技術大学に着任してからの10年間、高震氏は国際的な最先端のニーズに沿ってノルウェー研究評議会が資金提供する数多くの科学研究プロジェクトを主宰し、欧州連合とノルウェー研究評議会が資金提供する一連の科学研究センターやプロジェクトに参加してきました。彼は、米国国立再生可能エネルギーセンター、オランダのデルフト大学、デンマーク工科大学、ノルウェー国営石油公社、洋上風力発電関連のエンジニアリング企業と緊密に連携して活動してきました。彼は、ノルウェー科学技術大学の海洋工学部の海洋石油・ガスプラットフォーム研究から海洋風力タービン研究への変革に参加・推進し、浮体式風力タービンの開発において関連するエネルギーおよびエンジニアリング企業に技術サポートを提供しました。

風と波の複合励起下における洋上風力タービン（特に浮体式風力タービン）の荷重と応答は、強い非線形効果と結合効果を示します。既存の設計および計算方法の不完全さを解決するために、Gao Zhen 氏、彼の指導者、および協力者は、風と波のランダム荷重と応答の結合解析に基づく、洋上風力タービンの統合設計方法を共同で提案しました。結果は、大型および超大型（5〜15 MW）浮体式風力タービンの浮力および係留システムの設計に適用されました。この研究成果により、浮体式風力タービンの浮体構造応答を時間領域計算法によって直接得るというモデリング問題が初めて解決されました。さらに、共同研究者と共同で単独の洋上風力タービンの全体数値モデリング手法を提案し、このモデリング手法と数値モデルの風力タービンの全体設計、機械装置の局所応答計算、故障診断への応用を推進しました。以上の成果により、洋上風力発電設備（特に浮体式風力発電設備）の安全設計、正確な計算、安全な運転、コスト削減が促進されました。

洋上建設作業の数値シミュレーションと応用に関しては、洋上風力タービンの設置作業が主に手動で行われ、設置効率と安全性が低いという現実に対応して、高震氏とその協力者は、直接数値シミュレーションに基づき、システムの動きと構造応答基準に基づいて、洋上建設の操作性と安全な建設ウィンドウを決定する方法を共同で初めて提案し、確立しました。また、風力タービン部品の非定常プロセスと全体的な洋上設置作業の数値計算方法も提案しました。手作業による設置作業の限界に対処するため、高震氏とその協力者は、洋上風力タービンの設置中にブレードの動きを制御および削減する方法を初めて提案し、それによって風力タービンブレードの設置の効率と安全性を向上させました。現在、業界では、浮体式風力発電設置船は風力タービンブレードの設置に使用されていません。高振は、自立式ジャケット設置プラットフォームの動特性に関する研究に基づき、数値シミュレーション手法を用いて浮体式風力発電設置船の動特性と風力タービンブレード設置への適用可能性を研究し、深海域における洋上風力発電のさらなる発展を促進するための参考資料を提供した。さらに、彼は機械学習手法とデジタル駆動モデルの短期的な風と波の予測への応用を初めて研究し、その不確実性とそれが洋上設備の運用に与える影響を定量化しました。上記の作業により、洋上風力タービンの建設作業がより効率的かつ安全になります。

さらに、高震は革新に大胆で、コミュニケーションに積極的です。彼は洋上風力発電の分野で優れた業績を残しているだけでなく、海洋再生可能エネルギー、洋上オペレーション、海洋工学、構造力学、動力学、ランダム荷重応答解析、構造信頼性、リスク評価の分野における機械学習手法とデジタル駆動モデルの応用など、研究全般に携わっており、関連するすべての分野で優れた成果を上げています。

高震氏は、その優れた貢献により、2020年にノルウェー技術科学アカデミーの会員に選出されました。同時に、海洋工学分野の国際誌「Marine Structures」の副編集長であり、いくつかの国際学術会議の組織委員会のメンバーでもあります。 2012年から2018年まで、国際船舶海洋構造会議（ISSC）の海洋再生可能エネルギー専門家部門の議長を務めた。中国に帰国する前後で、学術雑誌論文145件、会議論文95件を含む合計240件の学術論文を発表した。彼の Google Scholar 検索の H 指数は 46 で、引用総数は 6,572 に達しました。高震氏は若いにもかかわらず、海洋工学応用の分野でこのような成果を達成するのは容易なことではありません。 20年以上海外に住み、大きな成功を収めた後、高震は祖国の東の長く魅力的な海岸線と、母校の校訓「水を飲み、その源を忘れず、国を愛し、学校を敬う」を思わずにいられなかった。彼は海外に渡って以来、仕事で成功した後に中国に戻って奉仕することを望んでおり、機が熟したと感じていた。

浮体式風力発電の大規模開発を推進するため中国へ帰国

2022年現在、世界の風力タービンの設置容量は906GWで、そのうち842GWが陸上風力タービン、64GWが洋上風力タービンです。中国の風力タービンの設置容量は365GWで、陸上・洋上風力タービンの設置容量ともに世界第1位となっている。中国における風力発電の大規模な導入と力強い発展は、高震氏にとって帰国の励みとなった。

現在、風力発電が電力使用量に占める割合は限られていますが、その普遍性とコストの低下により、すべての国が風力発電、特に洋上風力発電の開発を積極的に推進しています。このうち、浮体式風力発電は洋上風力発電に占める割合は小さいものの、技術的なボトルネックが解消され、コストが下がれば大規模に導入されるようになるだろう。 「近年の洋上風力発電開発の経験から、風力タービンが大型化すればするほど、メガワット当たりの発電コストが下がることが分かっています。これまでの2～4MW、5～8MWから、現在主流の10～12MW、そして開発・試験が進められている15～20MWまで、風力タービンは急速に大規模化に向かっています。」そのため、高震氏は、我が国が超大型風力タービンのブレードとユニットを陸上の工業団地から洋上風力発電所に輸送して迅速に設置し、最終的に風力タービンを電力網にスムーズに統合してグリーン電力を送電できるようにするには、建設と設置のプロセスを合理的に設計し、運用とメンテナンスを合理的に計画し、コストを削減して商業化を実現しなければならないと指摘した。

2020年、高震はノルウェー技術科学アカデミーのフェローの称号を授与されました。

国の不安を和らげたいという真摯な願いから、高震は2022年に母校である上海交通大学から招かれ、造船・海洋・土木工学学院の特別教授に就任した。同年、教育部の長江講演奨学生制度に応募し、選出された。中国に帰国して以来、高震が最も頻繁に考える問題は、洋上風力タービンの設計と分析、そしてエンジニアリングアプリケーションのコストと効率です。 「私の現在の全体的な目標は、洋上風力タービンの既存の基本的なエンジニアリング設計と分析方法に基づいて、風力タービンの詳細設計における複雑で正確な数値計算の直接適用、および洋上設置と運用と保守におけるリアルタイムの適用を改善および促進し、負荷、応答、強度計算の不確実性を減らし、風力タービンの設計精度を向上させ、風力タービンのコストを削減することです。」

上海交通大学では、高震氏は今後も固定式風力タービンを考慮しつつ、浮体式風力タービンに重点を置き、洋上風力タービンの研究に専念していきます。風、波、潮流などのランダムな外部荷重、風力タービンの制御、機械的振動の複合影響下における多次元・多システム風力タービン（風力発電所、単一機械、送電装置）の時間領域応答計算方法を確立します。また、設計の不確実性を低減するために、この計算方法を風力タービンのエンジニアリング設計に直接適用することを推進します。さらに、彼は引き続きチームを率いて、リアルタイムの測定データに基づいて物理力学原理と機械学習ジョイントモデルに基づいた波浪と風の場の短期予測方法を開発し、超大型洋上風力タービンのフィードフォワード制御に使用して、風力タービンの効率を向上させ、風力タービンの負荷と応答を軽減します。同時に、短期的な風や波の予測手法を数値モデルと組み合わせてリアルタイムかつ高度な数値シミュレーションを実施し、洋上風力タービン設置船や運用保守船の制御や建設の意思決定に活用することで、洋上建設の効率と安全性を向上させます。

大学在学中、高震氏は、風力タービンの設計・製造会社、インフラの設計・製造会社、運用・保守会社など、国内の洋上風力発電会社と積極的に協力し、各社が直面する実際の工学問題を解決し、その成果ができるだけ早く実現されるよう推進する必要性を強調した。同時に、浮体式太陽光発電、波力発電、潮力発電など、他の海洋再生可能エネルギー源に関する初期研究も積極的に行っています。 「主に浮体構造物に基づく洋上太陽光発電は、洋上風力タービンに次いで大規模に商業的に開発できる2番目の主要な海洋再生可能エネルギーとなる可能性があります。しかし、現在、浮体太陽光発電は世界中の内陸の湖、貯水池、および海況が極めて狭い海域でのみ使用できます。」高震は、外洋に適した新しい浮体式太陽光発電（半潜水型など）の概念設計、数値シミュレーション、実験室および洋上模型試験を推進し、浮体式太陽光発電の商業化に貢献したいと考えています。

高震は海外にいた頃から、中国とノルウェーの間の科学研究交流と人材育成の促進に熱心に取り組んでいた。彼は、海外で学んでいる多くの博士課程修了者に中国に戻って働くことを勧め、国内の博士課程の学生や科学研究者に交流のためにノルウェーを訪問する機会を提供した。中国に帰国した今、彼は国際的な影響力を発揮し続け、既存の基盤を活かして、上海交通大学とノルウェー科学技術大学の間で海洋工学の分野での二重修士号と共同博士課程の研修制度の設立を直接推進したいと考えています。同校は、国際海洋工学分野における学術ネットワークを通じて、より多くの優秀な中国人学者に機会を提供し、海外に在住する優秀な中国人学者を積極的に中国に呼び戻し、洋上風力発電や海洋再生可能エネルギーにおける国際協力を継続的に推進しています。

中国の洋上風力発電の規模と質の高い発展は、学界と産業界の共同の努力なしには達成できない。この新興産業をより多くの人々に理解・受容してもらい、参加してもらい、海洋工学分野全体で分野横断的な共同研究を行っていくことは検討する価値がある。高振氏は、大学がこの分野で主導的な役割を果たすことを期待しており、今後もこれまで通り貢献していくつもりだ。