Proposal for an offshore WF design suitable for the Japanese coast taking into account the interaction between meteorological and wind turbine aerodynamic fields
| Project/Area Number |
23K23286
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| Project/Area Number (Other) |
22H02018 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31020:Earth resource engineering, Energy sciences-related
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
大澤 輝夫 神戸大学, 海事科学研究科, 教授 (80324284)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹山 優子 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (00510025)
Goit JayPrakash 近畿大学, 工学部, 講師 (00795271)
嶋田 進 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (90712208)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
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| Keywords | 洋上風力発電 / 風況 / ウェイク / 風車最適配置 / ウィンドファーム |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，陸からの風が卓越する沿岸海域に建設される洋上ウィンドファームにおいて，気象場と風車空力場の相互作用を考慮した最適な風車配置を検討することを目的として，合成開口レーダー及びスキャニングライダー，フローティングライダー等のリモートセンシング技術に基づく沿岸風況の解析，及び，ラージ・エディー・シミュレーションモデル，メソ気象モデル等に基づく数値実験を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
1) FL及びSLを用いたむつ小川原海域における内部境界層の解析（大澤，嶋田）：青森県六ヶ所村むつ小川原海域におけるフローティングライダーシ（FL）及びスキャニングライダー(SL)の観測値を用いて，陸風時（西風時）の海上での内部境界層の3次元構造を解析し，岸沖方向の風速増速率，風速鉛直プロファイルの変化，乱流強度の変化等について明らかにした．またスキャニングライダーのデュアルPPI観測により風速ベクトル場を計測し，同海域における0.005度の高解像度な海面表層風速場の空間分布特性を明らかにした．
2) SARを用いたむつ小川原海域における海上風速場の推定（竹山）：C-bandのSentinel-1及びX-bandのASNARO-2による合成開口レーダー（SAR）画像を用いてむつ小川原海域の風速推定を行い，洋上気象観測マストの風速計観測値を用いて精度検証を行った．その結果，WRFによる数値シミュレーションと同等かそれ以上の精度を有することが分かった．
3) 内部境界層数値シミュレーションの高精度化（Goit，大澤）：むつ小川原海域において「岸沖方向強化風況観測」が行われた冬季の約2ヶ月半を対象に，OpenFOAM（Waleモデル）に基づくLESシミュレーションを実施し，同海域における内部境界層の再現性の評価を行った．その結果，陸面下層で観測に見られる大きな鉛直シアの再現が出来ない等の課題はあるが，岸沖方向の風速変化率や内部境界層高さの面からは，概ね観測される内部境界層の構造を再現できることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
むつ小川原海域における「岸沖方向強化風況観測」のデータを用いた内部境界層の解析については順調に進んでいるが，合成開口レーダーによる面的な風速場の解析及びウィンドファームを模したLESシミュレーションについてはやや遅れが生じているため．
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| Strategy for Future Research Activity |
1) FL，SLを用いたむつ小川原海域における内部境界層の解析（大澤，嶋田）：青森県六ヶ所村むつ小川原港沖合海域におけるフローティングライダー（FL）及びスキャニングライダー（SL）の観測値を用いて，陸風時（西風時）の海上での内部境界層の３次元構造を解析する．今年度は，風速帯及び大気安定度別に内部境界層の発達について解析を行い，離岸距離，安定度，風速等の関数として境界層上端高度の経験式を導出する．
2) SARを用いたむつ小川原海域における内部境界層の解析（竹山，大澤）：衛星搭載合成開口レーダー（SAR）として，Sentinel-1及びASNARO-2による高解像度な10m高度水平風速場を明らかにし，岸沖方向の風速増速率を求め，スキャニングライダーによるPPI観測及びメソ気象モデルWRF並びにLESモデルの結果と比較する．またWRFによる数値シミュレーションから算出される鉛直風速プロファイルを用いて，SARによる10m高度風速から風車ハブ高度（120m）風速を推定する手法を確立すると共に，その不確かさを検証する．
3) LESシミュレーションによる風車配置と発電量の関係の考察（Goit，大澤）：2023年度には，OpenFOAMによるLESシミュレーションがむつ小川原海域で観測された内部境界層を凡そ再現できることがわかった．今年度は，このLESシミュレーションの中に風車モデルを組み込み，様々な風車配置とウィンドファーム全体の発電量との関係を調査する．また前年度までの研究により，沿岸の内部境界層の発達が陸上の大気安定度（乱流強度）に大きく依存することが明かになったため，乱流強度に対するウィンドファーム全体での発電量の感度についても調査を行う．
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
