高速・高効率洋上ウィンドファームの設計に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350092
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 菊山 功嗣 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90023192)
• 研究分担者: 朝倉 榮次 名古屋大学, 工学研究科, 助手 (90135327) ; 今村 博 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (30303077) ; 長谷川 豊 名古屋大学, 高効率エネルギー変換研究センター, 助教授 (20198732) ; 清水 幸丸 三重大学, 工学部, 教授 (20023202) ; 荒川 忠一 東京大学, 工学研究科, 教授 (30134472)
• キーワード: 洋上風車 / ウィンドファーム / 風況精査 / 風車翼型 / 環境負荷解析 / 数値解析 / 風洞実験 / 大気乱流解析

研究概要

本研究は,高速・高効率の洋上風力タービン,ならびにそれらの集合体としての高効率ウィンドファームの設計に必要な要素技術を確立するとともに,ウィンドファーム設置に伴う環境負荷の解析を行うことを目的としている.本年度の研究実績の概要を以下にまとめる.
洋上における大気境界層の乱流特性を明らかにするために,韓国海洋大学(釜山)キャンパス内の海岸線に高さ20mの風況観測マストならびに超音波風速計を含む観測システムを設置し,風況精査を開始した.これと平行して,風力タービンに流入する大気乱流の特性が,風力タービン翼およびロータ全体に及ぼす空力的変動荷重への影響を推定するために,大気乱流のシミュレーション,タービンロータ翼の空力特性解析について数値モデルを名古屋大学にて構築し,数値解析を実施した.その結果,ウィンドシアと乱れ強さ,乱れスケールが空力変動荷重に及ぼす定量的な影響を明らかにすることができた.
一方,高速型の風力タービンに使用する最適翼型形状を確立するために,三重大学にて新たな翼型設計手法を確立した.この設計手法に基づき開発した翼型・ロータ翼の風洞実験を三重大学で実施中であり,東京大学では,翼周りのLES解析を進め,騒音解析などへの応用も試みている.
以上の他に,三重大学では複数風車の相互干渉に関する研究を実施中であり,名古屋大学では,風況精査により風力タービン後流の乱流特性を調べている.また,ウィンドファーム設置に伴う環境負荷(視覚的刺激)を低減するための,風力タービン形状の検討も東京大学にて実施中である.

研究成果

• [文献書誌] 長谷川豊, 菊山功嗣, 他1名: "乱れを伴う流入風による水平軸風車ロータの空力負荷変動"日本機械学会論文集. 69・684B. 1846-1853 (2003)
• [文献書誌] 長谷川豊, 菊山功嗣, 他4名: "風力エネルギー賦存量推定のための基礎研究(竜飛ウインドパークにおける風況精査)"日本機械学会論文集. 69・685B. 2052-2058 (2003)
• [文献書誌] K.Kikuyama, 他3名: "Fatigue Loads Calculation of a HAWT Rotor Operating in a Turbulent Wind Field"Proc.of 2003 European Wind Energy Conference, (Madrid, Spain, 2003). Proc.on CD-ROM. 1-7 (2003)
• [文献書誌] K.Kikuyama, 他6名: "Topographical Effects on Turbulence Characteristics of Wind Flow over Complex Terrain"Proc.of 2003 European Wind Energy Conference, (Madrid, Spain, 2003). Proc.on CD-ROM. 1-7 (2003)
• [文献書誌] H.Imamura, 他5名: "Analysis of Unsteady Flow around Airfoil of a HAWT by Vortex Method"Proc.of 4th ASME-JSME joint Fluids Engineering Conference, (Honolulu USA 2003). FEDSM2003-45365. 1-6 (2003)
• [文献書誌] C.Arakawa, 他1名: "Aeroacoustics Simulation around a Wind Turbine Blade using Compressible LES and Linearized Euler Equations"Proc.of 4th ASME-JSME joint Fluids Engineering Conference, (Honolulu USA 2003). FEDSM2003-45368. 1-8 (2003)