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海洋資源開発技術プラットフォーム会合

海底資源開発に係る海技研の取り組み

国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所
海上技術安全研究所
海洋開発系 深海技術研究グループ
山本 譲司
独立行政法人 海上技術安全研究所

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海技研の活動 海技研の活動概要• 大規模な研究施設、高い技術力を背景に、船舶の安全・環境に関する政策課題に対して、技術面から解決策を生み出す• 研究開発を通じて、我が国海事産業の国際競争力強化に貢献する
海上輸送の安全の確保

海洋環境の保全

海洋の開発

海上輸送を支える基盤的技術開発•船舶の荷重・構造強度 •船舶から排出される大 •海洋エネルギー、鉱物 •ICTを利用した大陸間自評価、船体構造モニタ 気汚染物質に関する環 資源開発のための基盤 律運航支援
技術開発、プロジェクト •AI等による海上物流の境対策
リングシステム
効率化、最適化、予測•船舶のリスク評価、リス •多様なエネルギー源を 認証支援
クに基づく安全対策構 用いた新たな舶用動力 •海洋再生エネルギーに •造船業の競争力強化等関する基盤技術開発
システム
築に対応するための新し•安全運航、海難事故防 •実海域実船性能評価 •海洋探査システムの基 い生産システムの構築、盤技術及び運用技術の 新材料利用
止•次世代CFD•船舶に起因する海洋汚 開発
染防止、生態系影響評
価
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施設の紹介2

 海技研の研究施設

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施設の紹介3

深海水槽
最大水深：35m
造波装置：最大波高0.5ｍ
潮流発生装置：最大0.35ｍ/sec
その他：水中3 次元挙動計測装置

高圧タンク

内径1.1m、高さ3.0m
最大圧力：60MPa
設備：水中カメラ、ライト、回流装置
その他：水温調整（2℃～室温）
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海底資源開発の動向－鉱物資源
 主な海底鉱物資源の種類と分布

出典： 資源エネルギー庁HP
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海底熱水鉱床開発に向けた我が国の取り組み
 海洋基本計画
平成30年代後半以降に民間企業が参画する商業化を目指したプロジェクトが開始されるよう、生産技術の開発等を行う。
 海洋エネルギー・鉱物資源開発計画

海技研の役割：ナショプロに参画して、研究開発を促進

出典：経済産業省，海洋エネルギー・鉱物資源開発計画（2019年）
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鉱物資源開発における基盤技術の開発
・洋上施設の挙動解析
・鉱石払出方法の検討

・稼働性評価の検討
・安全性評価の検討
・経済性評価の検討

・スラリー移送評価
・揚鉱管の全体解析評価

・採掘時の濁り影響低減の検討
・海底選鉱技術の検討

・移送管の挙動検討
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揚鉱管関連の研究
低減対策例：

海流による影響 VIV（Vortex Induced Vibration）

出典：Trelleborg_HP

流向振動が発生

出典：Wikipedia（一部修正）

疲労・破損へ安全性の評価が必要
出典： Offshore Magazine
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揚鉱管関連の研究
揚鉱システム設計のキーとなる技術課題の解決に向けた検討
 水中線状構造物の挙動評価
z

検力計 強制加振装置
計測台車

x

流れ中静的形状
昇降床

VIV試験

上端強制加振試験

Static Configuration in Current0.2

TOP OSCILLATION (X-Dir)

0.2

TOP OSCILLATION (X-Dir)

0.2

0-0.2

-0.2

-0.2

-0.2

exp
cal-0.4

exp
cal-0.4

Z/Water Depth

0Z/Water Depth

0Z/Water Depth

0.0-0.4

exp
cal-0.4

-0.6

-0.6

-0.6

-0.8

-0.8

-0.8

-0.8

0.0

0.2

0.4

X/Water Depth

0.6-1-1-1-0.2

0.0

0.5

1.0

1.5

X-dir. amp./Oscillation amp.

2.0

exp
cal-0.6-1.0

VIV0.2鉛直方向振幅水平方向振幅Z/Water Depth

潮流吸込口

約5m

潮流発生装置フレキシブル
ライザー模型

0.00.51.0

1.5

Z-dir. amp./Oscillation amp.

2.0

00.1

0.2

0.3

0.40.5

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VIV amp./OD

移送管関連の研究

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移送管の挙動に係る検討
検討内容
 移送管は、フレキシブル管を使用することが想定
 フレキシブル管は内部流により形状が大きく変化
 形状変化により、海底面との接触や管内閉塞が生じる危険性がある
 内部流を考慮した動的な形状推定が必要

 水槽試験により内部流（固液2相流）と移送管の形状変化を確認
 数値モデルの開発、検証データを取得

模擬鉱石：
 4mmのアルミナボールを使用
 比重：約3.7（海底熱水鉱床を模擬）
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移送管関連の研究
移送管の挙動に係る検討

 数値解析＆評価

 水槽試験

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揚鉱技術関連の研究（エアリフト方式による三相流移送実験）

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エアリフト方式：
水中に沈めた管内に空気を供給すると管内のみかけの密度が低下し、管外側と密度差が生じる。
この密度差を利用して上昇流を発生させる。
固気液三相流の圧力損失や体積率等を取得するための実験を実施
 配管口径の変化が及ぼす影響を評価するための試験
 傾斜影響を評価するための試験

 エアリフト方式模式図

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揚鉱技術関連の研究（エアリフト方式による三相流移送実験）
 90deg

 45deg12 摩擦損失の比較例（固気液三相流）

 三相流の評価に適した摩擦損失モデルを検討
 鉛直管については、液相に支配的なモデルが適する
 配管が傾くと、断面方向の分布 傾斜管は別のモデルの開発が変化することを確認が必要※1/10倍速で再生
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海底資源開発を支援するツールの開発
 稼働性・経済性評価による計画支援技術の開発
稼働性評価プログラムの開発：
 採掘から陸上での荷役までを評価可能なプログラムを開発

入力項目画面

3.2年で完了

 何年で採掘が完了するのか どの作業にどれくらいの時間を要しているのか効率向上ための改善項目が明らかになる！

出力事例

4.7年で完了
8.8年で完了

採掘作業における時間占有率図
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海底資源開発を支援するツールの開発
 稼働性・経済性評価による計画支援技術の開発
経済性評価プログラムの開発：
 海底資源開発を計画するにあたり、資源情報、開発システムの情報、海象等の情報をもとに経済性評価が可能なプログラムを開発

プログラム画面

出力項目：
CAPEX, OPEX ：プラットフォーム価格総計、シャトル船価格
総計、プラットフォーム等の運営費
経済性評価：稼働期間の年次別収支
事業性評価：全稼働期間の総収入・総コスト・総利益、NPV、IRR
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今後について コア技術の研究
 計画支援技術の開発

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海洋資源開発に関するコア技術
 数値シミュレーション技術
 模型試験技術
 実海域試験技術（モニタリング技術含む）〔対象〕
浮体、位置保持（係留、DPS）、ライザー（揚鉱技術含む）、サブシー等の安全性・稼働性評価及び設計支援
海洋開発系のミッション
 国家戦略に基づくプロジェクトの実施・加速に向けた研究開発
 本邦企業の海洋開発における自律性確保、開発の確実化・効率化等を目的とした、先行・先端的技術及び基盤的技術の研究
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海底資源開発に係る海技研の取り組み

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