風エネルギーの集中による風力発電システムの高出力化に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205139
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大屋 裕二 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (00150524)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 雅弘 九州大学, 工学研究院・機械科学部門, 教授 (90037903) ; 内田 孝紀 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (90325481) ; 烏谷 隆 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (30150527) ; 山崎 伸彦 九州大学, 工学研究院・航空宇宙工学部門, 教授 (70166635) ; 桜井 晃 九州大学, 工学研究院・航空宇宙工学部門, 教授 (80037952)
• Keywords: 風力発電 / ディフューザ / 風車 / 風洞実験 / LES / 数値解析 / 風況予測 / 局所風速

Research Abstract

風力エネルギーの有効利用を促進させるために新しいタイプの風力発電システムを開発した。風力発電においては、高精度の風況予測を行うこと、風エネルギーを高い効率で取り出すことの2点が重要である。まず、従来の風車に比べ、はるかに高出力となる集風装置付きの小型風車を考案した。この集風装置付き風車とは、風車とこれを覆うディフューザ部、ディフューザの出口端に取り付けたリング状のつば、および風取り込み口のインレットシュラウド部からなる。できるだけ高出力を得るためにつばの大きさ、ディフューザの開き角度の検討、インレット部の最適形状の選択、ハブ比、センターボディーの大きさを検討し、さらにこのつば付きディフューザに最適な風車翼の設計を行い、これらを適切に組み合わせた結果、風車だけの場合に比べて最終的に4-5倍の高出力を達成した。実用化を図るためにこのプロトタイプ機を2種(0.6mおよび1.2mローター直径)製作し、フィールド試験を行い、その性能を確認した。これらのプロトタイプ機は新しいタイプの集風装置付き小型風車として実用化、販売される予定である。
風況予測に関しては、急峻な地形が多い我が国の地理的条件に合った新しい風況計算コード(RIAM-COMPACT)を開発した。気象庁から提供される日々の広域気象データから様々な地域の風況を広域大気用のコードでネスティング計算し、さらにこの結果を流入条件として開発したコードにより複雑地形周辺流のLES乱流計算を行った。その結果、地形効果を十分に反映した高い精度の風況場を得ることができた。高精度風況予測と従来に比べはるかに高出力の風力発電システムを組み合わせて風力エネルギーの利用拡大が可能となった。

Research Products

• [Publications] 大屋裕二, その他5名: "風エネルギーの集中による風力発電の高出力化、第3報"第25回風力エネルギー利用シンポジウム講演論文集. 25巻. 304-307 (2003)
• [Publications] 烏谷 隆, その他6名: "つば付きヂィフユーザ風車の開発-野外実験"第25回風力エネルギー利用シンポジウム講演論文集. 25巻. 296-299 (2003)
• [Publications] 和田英一, その他6名: "小型風車後流の速度計測"第25回風力エネルギー利用シンポジウム講演論文集. 25巻. 272-275 (2003)
• [Publications] 谷野忠和, その他5名: "簡易理論によるつば付きディフューザ風車の設計および性能評価"ターボ機械. 31・2. 53-59 (2003)
• [Publications] 内田孝紀, 大屋裕二: "風況シミュレータRIAM-COMPACTの開発"ながれ. 22巻. 417-428 (2003)
• [Publications] T.Uchida, Y.Ohya: "Large-eddy simulation of turbulent airflow over complex terrain"J.Wind Eng.Ind.Aerodyn.. Vol.91. 219-229 (2003)