成果報告書詳細
管理番号20110000000995
タイトル*平成22年度中間年報 戦略的国際標準化推進事業 標準化研究開発(グリーンイノベーション推進事業) 数値シミュレーション技術を用いた風車性能評価技術等の国際標準化に係る研究開発
公開日2011/10/12
報告書年度2010 - 2010
委託先名国立大学法人東京大学先端科学技術研究センター 国立大学法人九州大学応用力学研究所 株式会社風力エネルギー研究所
プロジェクト番号P04002
部署名新エネルギー部
和文要約本研究開発では、戦略的に国際標準化を進めていくために、(1)国際的に認知された手法による数値シミュレーション技術の検証・評価、(2)数値シミュレーション技術の検証・評価のための基礎的な地形を対象とした(2)-1 欧米諸国で認知されているサイトにおける実証データの作成・整理、シミュレーションによる評価が最も難しいとされる条件である(2)-2 国内の複雑地形サイトにおける実証データの作成・整理、および(3)IEC 標準文書原案作成に必要なデータの整理を実施している。
本年度は、IEC 標準文書原案(IEC 61400-12-4 を想定)作成に必要なデータの取得および整理を行い、2011 年9 月28 日-30 日にハンブルグで開催が予定されているIEC/TC88委員会において日本提案を行うための準備として、標準文書の原案作成を行った。本文書を作成するに当たり、(1)数値シミュレーションの検証法の一つとしてアメリカ機械学会が提案しているASME CFD Verification and Validation を適用しシミュレーションコードの検証を実施し(東大)、(2)欧米諸国で認知されているサイトとしてヨーロッパで数値シミュレーションの実績があるBolund 地形(東大)を、また(3)国内複雑地形の代表サイトとして東伊豆風力発電所近傍地形について、風洞試験(風力エネルギー研究所)とLES による数値風況シミュレーション(東大、九大)を実施、数値サイトキャリブレーションの適用性について定量的に評価し、その課題の抽出を行った。風洞試験においては、東伊豆風力発電所サイトの直径5m の地形模型(1/1667)を製作し、大型境界層風洞による流れの可視化および計測を行った。計測条件はNEDO ガイドライン計測で判明している2 つの卓越風向とし、風況観測塔位置を含む複数点における速度分布の計測を行った。風速の測定には、熱線流速計を用い、平均速度、乱流強度および乱流スペクトルなどのデータを取得しその評価を行った。また、NEDO ガイドライン計測データを精査し、風向別の平均風速分
布、風向乱れなどの風特性について明らかにした。数値シミュレーションにおいては、NSC評価を実施しその適用性について検討した。また、GPGPU 技術を用い、LES による数値風況シミュレーションの計算時間の短縮化を行った。
英文要約The goal of this project is to propose the international standard document “Power performance verification of electricity producing wind turbines based on numerical site calibration.” The numerical site calibration will allow a site calibration after the erection of the wind farm, based on numerical modeling. This numerical site calibration will replace the site calibration requirements of the IEC 61400-12-1, after which the rest of the IEC 61400-12-1 may be applied. The main effort will focus on validating the models and defining criteria for acceptable models based on this validation.
The implementations and outcomes in this year are summarized below.
1) Verification and validation of numerical modeling on ASME V&V (The University of Tokyo)
Due to decide the uncertainty of numerical modeling, the numerical simulation code MSSAG was validated according to ASME V&V that has been accepted. The following results were obtained: the uncertainty value of MSSAG on grid resolution and assignment,, time resolution, skewness. Currently, uncertainty of numerical modeling was seem to be muddied but we were made explicit it. It is important to evaluate numerical site calibration.
2) Wind tunnel testing and analyze of field test data for validation data (Wind Energy Institute of Tokyo)
A terrain model of Higashi-izu wind power plant site was produced at the scale of 1/1667, which was used in experiments in a large scale boundary layer wind tunnel that include flow visualization and wind field measurements. The experiments were done in two dominant wind directions that were chosen based on the field measurement data from NEDO's wind turbine guideline project. The wind field measurements in the tunnel were done at multiple positions including at the met mast. Hot wire anemometry was used in the wind measurements to obtain the wind data such as average wind velocities, turbulence intensities and turbulence spectra, which were subsequently analyzed and evaluated. The field measurement data from NEDO's guideline project were analyzed in detail to understand the characteristics of the wind field such as the sector-wise distribution of the average wind speeds and the fluctuation of wind direction.
3) Application verification of numerical modeling on Bolund and Higashi-izu (Kyusyu university and The Univ. of Tokyo)
The numerical simulation by LES simulation code (RIAM COMPACT and MSSAG) was executed for Higashi-izu wind power generation place site in Japan and the Bolund site in Denmark. The computations were done in two dominant wind directions. Each case was simulated on a like-for-like basis according to wind tunnel testing 2). These results were good agreement with wind tunnel test. Animation was made, and the wind environment of both sites was visually clarified. Moreover, the computing time of numerical simulation by LES was drastically shortened by using the GPGPU technology.
4) Preparation of draft for International Standard about Numerical site calibration
Draft for international standard prepared. The contents are following:
1) Scope, 2) Normative references, 3) Definitions, 4) Symbols and Abbreviated terms, 5) Outline on wind speed at wind turbine position prediction method using numerical simulation,6)Reporting format, Annex A) Validation and Verification of Numerical Simulation model on ASME V&V, Annex B) Bench mark of numerical simulation , Annex C) Reference wind tunnel test data for validation and Verification of numerical simulation model, References
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