浮体式ウィンドファーム内の浮体動揺とブレード制御に伴う風車後流影響の定量的評価

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04220
• 研究機関: 国立研究開発法人 海上技術安全研究所
• 研究代表者: 中條 俊樹 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (70506477)
• 研究分担者: 羽田 絢 国立研究開発法人 海上技術安全研究所, その他部局等, 研究員 (00636813)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 浮体式風力発電 / ブレードピッチ制御 / 3翼独立式 / 模型試験

研究実績の概要

まず最初に、実際の風車と同様に風速の鉛直分布を考慮するために、３枚のブレードを独立制御可能な模型を用いた風洞試験を実施することとした。そのために、３翼独立式の風車模型を設計・製作した。また、模型のブレードピッチ角の動作速度、動作範囲の確認のため、風洞試験を実施した。風洞試験では、一般的な５ＭＷ風車に対し縮尺1/75となる80cm長さのブレードを搭載し海上技術安全研究所　変動風水洞において、計測を行った。
計測は、まず、それぞれのブレードに独立した信号を入力し、３翼が個別に動作することを確認した。次に、複数の周期および振幅のサイン関数による、ピッチ角変動信号を入力し、入力信号に対する出力信号の追随性を比較した。計測結果から、模型試験としては高周波数となる領域において、応答振幅・応答速度が若干不足気味ながら、通常の風洞試験においては十分な動作範囲であることを確認した。さらに、制御アルゴリズム作成のため、複数の振幅・周期のステップ信号を入力し、出力結果を収録した。ただし、供試模型は重量がタワーとナセル、ブレードを合わせると４kgを超えており、サイズもナセル長さが330mmとなり、浮体搭載を考慮する場合は過剰であるため、軽量化・小型化のための改良作業を平成２８年度に行うこととした。
また、３翼独立制御に関する既往の文献や発表論文の調査、後流の数値シミュレーションに関するソフトウェアの収集と開発環境の整備を行った。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

模型製作業者の他業務多忙により予定していた時期に模型製作に進むことができず、模型完成が年度末になってしまった。それ以外の点についてはおおむね計画通りに推移している。

今後の研究の推進方策

平成２８年度の風洞模型試験では、多くの計測項目を予定しており、現在試験計画を策定中である。風洞模型試験では、ピトー管を用いて風車後流をロータ回転面と平行に２次元的に計測すること、またその際に風車基部を浮体の波浪中動揺を模擬して機械的に動揺させ、動揺しない場合と比較することにしている。この風洞試験においては、平成２７年度に作成した３翼独立制御型の模型と、これまでの研究で使用された３翼同時制御模型の２種類を用いてそれぞれの結果を比較することを計画している。なお、３翼独立制御の効果を確認するためには、風洞内の風速分布を従来の均一分布に変えて高度分布を模擬した風速を発生させる必要があり、風速分布発生用デバイスの検討も合わせて実施する予定である。
あわせて数値シミュレーションによる風車後流の解析を予定している。風車模型を浮体模型に搭載する場合には、現在の模型はより軽量化および小型化することが望ましいため、平成２８年度中に改良作業を行う予定である。