成果報告書詳細
管理番号20110000001139
タイトル平成21年度~平成22年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発 次世代風力発電技術研究開発 自然環境対応技術等(風車音低減対策)
公開日2012/3/13
報告書年度2009 - 2010
委託先名イー・アンド・イーソリューションズ株式会社 株式会社アイ・エヌ・シー・エンジニアリング 株式会社駒井ハルテック
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約1.研究開発の背景と目的:1990年代後半以降、国内における風力発電システムの導入が大規模ウィンドファームの建設や風車の大型化等によって急速な伸びを呈し、2009年度末には約219万kWに達したが、国土の狭隘なわが国では、風力発電の普及促進に伴って周辺地域の環境保全や騒音等の問題が一部の地域で顕在化している。しかし、大型風車の導入に伴う風車音と騒音問題との関係について因果関係は明らかにされていない。こうした状況下にあって、様々な運転条件下における騒音実測等により詳細なデータを取得・検証し、風車音の発生・伝搬メカニズム等の解明とその低減対策への取り組みを行うことは喫緊の課題である。本事業は、わが国特有の地形や風況を考慮した風車音(低周波音・超低周波音を含む)の計測・分析と発生メカニズムの検証、風車音低減対策の検討とそれに基づく実証試験等により更なる風力発電事業の普及促進に資することを目的として実施する。 2.研究開発の成果等:(1)風車音の現状把握 1)既往調査資料による現状把握:国内外の風車音に係る文献・既往調査資料を収集整理し、風車音発生メカニズムと騒音低減対策、風車音低減に関する特許等について、その概要を取りまとめるとともに、諸外国における風車による騒音の規制についての知見等をまとめた。 2)計測による風車音の実態把握:風車4機種、5サイトを対象として、ナセル放射音、タワー固体音、空力音の発生状況と風車音の発生・伝搬メカニズムを明らかにするため、ナセル・タワーにおける振動・固体伝搬音計測及びそれに基づく解析を行った。その結果、風車機種(サイト)により顕著な卓越成分周波数があること、騒音レベルは風向に対して2~3dB程度の指向性があること、騒音レベルに対する空力音と機械音の寄与度は空力音が支配的であることなどを明らかにした。風車音の計測にあたっては、計測方法の高度化としてマイクロホン風防、音源探査手法(マイクロホンアレイ)及び風車音計測・監視システムについて検討し、計測システムを構築するとともに、マイクロホン風防の風雑音除去効果の計測を行い、防風スクリーンなしに比較してその影響が低減されることを確認した。また、風車音の伝搬状況/距離減衰の特性を把握する目的で、環境騒音の計測および風況観測を行い、騒音・低周波音とも理論とほぼ同様の減衰(倍距離~6dB)を示すことなどを示した。 (2)風車音低減対策の検討及び検証実験:風車音の空力音と機械音に係る低減対策について検討し、空力音対策として「ブレードのティップシェイプの改良」、機械音対策として「冷却ファンの排気ダクト」を選定した。 1)空力音に係る検証実験:風車音低減に効果的なブレード先端形状を把握するため、8種類のティップシェイプを作製し、風洞実験により空力性能等を比較した。これにより「先端折り曲げ45°」を選定し、試作した対策ブレードを実機に装着して風車音の発生状況を計測し対策前比較したところ、発生騒音レベル(風車のA特性パワーレベル)で約2dBの低減効果があることが確認できた。 2)機械音に係る検証実験:対象風車の機械音における主要な騒音源と考えられる冷却ファンの排気ダクト開口部を対象として、ナセル最後尾を模した試験体を製作し、ルーバータイプ、ダクト有無、吸音材有無等の様々な仕様・組み合わせにて騒音レベルを計測した。その結果、ルーバーの適用だけでは騒音低減効果が低く、ダクトの適用により最大10dB程度の低減効果があること、インバータ制御の改良によっても騒音低減が見込めることなどを示した。
英文要約Title : Research and development of renewable energy technology/ Research and development for next generation wind turbine generator systems technology/ Technology to accommodate natural environment (Acoustic mitigation measures for sound pressure level from wind turbine generator)
1. Research Objective and Background: Installed capacity of wind turbines in Japan have increased rapidly since the late 90's, brought with constructions of large wind firms and increase in a turbine capacity, reaching 2,190 MW in the end of FY2009. As the installation progress, limited land availability in Japan has led issues related to environmental protection and noise at several sites. However, the relationship between the noise issues and the installation of larger wind turbines are not clarified. Therefore, it is urgently required to accumulate noise data at various operating conditions followed by investigation of sound generation and propagation mechanism of wind turbines, as well as implementation of the noise mitigation measures. The research objectives were set: to measure and analyze the wind turbine sound (including low and extremely low frequency sound) considering unique terrain morphology and wind conditions in Japan; to verify the sound generation mechanism; and to develop the noise mitigation measures in order to support further installation of wind turbines. 2. Research Outcome: (1) Understanding wind turbine sound: 1) Literature review of previous findings: Followings were summarized from the literature reviews: - mechanism of wind turbine sound generation: - noise reduction measures: - patents related to noise reductions: - regulations in other countries for wind turbine noise 2) Measurement of actual turbine noise: Vibration and the sound propagation data at nacelle and tower were measured from 4 wind turbine types in 5 sites to clarify the generation and propagation mechanism of the wind turbine sound. The findings were: - There was noticeable dominant frequency component depending on turbine types (and/or sites): - Sound level had directivity of 2-3 dB toward wind direction: - Aerodynamic sound is dominant source than mechanical sound: The measurement method was improved by integrating microphone wind screen, sound source probe (microphone array), and sound measurement and monitoring system. The effect of wind noise removal by the screen was confirmed by comparing the data with and without the screen. Moreover, environmental noise and wind conditions were measured to understand characteristics of the turbine sound propagation and attenuation. The result almost matched theoretical attenuation value (6 dB reduction with doubled distance) for both audible and low frequency noises. (2) Development of noise mitigation measures: 1) Noise mitigation measure for aerodynamic sound: Aerodynamic performances of 8 blade tip shape types were compared by wind tunnel tests to develop the effective tip shape for the noise reduction. The selected shape among them was "tip folded 45 degrees". Comparison of measured data with and without the experimental tip pieces attached to blades found approximately 2 dB reduction of the generated sound level (A-weighted level of the turbine). 2) Noise mitigation measure for mechanical sound: The test object that models nacelle rear with exhaust duct opening of cooling fan, which was considered to be the major noise source, was manufactured. The sound level was measured with various configurations of the opening including louver types, with and without duct, with and without acoustic absorbent material, and etc. The result showed the noise reduction was not sufficient with the louver alone, whereas the application of the duct showed maximum 10 dB reduction. The noise reduction can also be expected by improvement of inverter control system.
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