風力発電設備支持物の金属疲労抑制のための多点TMD制御

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K04361
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分23010:建築構造および材料関連
• 研究機関: 明治大学
• 研究代表者: 富澤 徹弥 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (30774773)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 風力発電 / 風力発電設備支持物 / 制振 / TMD / 実測

研究成果の概要

風力発電設備支持物に発生する日常的な振動に対して，部材応力や疲労損傷度の低減を図ることを目的とした振動制御技術の開発を行い，以下の成果を得た。
①実存する風力発電設備のタワー部に加速度センサーを設置し，タワー各点における応答加速度を計測した。②取得したデータから，日常的な発電時の風速と，その風圧力により生じるタワー各点の加速度との関係性を明らかにした。③計測した風力発電設備支持物の振動特性分析から解析モデルを構築し，TMDの質量や設置位置が，発電時の風外力により生じるタワーの応答に与える影響を明らかにし，効果的な振動低減のための多点TMD制御の方法について，質量比や配置の観点から明らかにした。

自由記述の分野

振動制御

研究成果の学術的意義や社会的意義

風力発電は再生可能エネルギーとして，急速に普及してきている一方で，経年劣化に伴うと考えられる故障や事故は増加傾向にあることも事実である。
風力発電設備支持物の事故のひとつに，タワーの倒壊やフランジボルトの破断があるが，その原因のひとつとして金属疲労による劣化が考えられている。風力発電設備は発電するためには風を受けて稼働する必要があり，これに伴いタワーは常に振動している状態にあるため，応力振幅や繰返し数が多い。風力発電設備の存在意義である発電により生じる日常的な振動を低減し，金属疲労による劣化をいかに抑制できるかが風力発電設備の構造安全性ならびに長寿命化に寄与するための重要な課題である。