成果報告書詳細
管理番号20130000001099
タイトル平成20年度-平成24年度成果報告書 風力等自然エネルギー技術研究開発 次世代風力発電技術研究開発 基礎・応用技術研究開発
公開日2014/7/24
報告書年度2008 - 2012
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所 一般社団法人日本電機工業会 伊藤忠テクノソリューションズ株式会社 国立大学法人東京大学大学院工学系研究科 国立大学法人三重大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成20年度-平成24年度成果報告書 風力等自然エネルギー技術研究開発 次世代風力発電技術研究開発 基礎・応用技術研究開発

 実際の複雑地形において精度・信頼性の高い風特性のフィールド計測を実施するとともに,これまでに取得された風データの詳細解析,高度化したCFD・台風シミュレーション,風洞実験技術に基づく評価に基づき,現状のIEC国際規格では十分には反映されていない厳しい風特性を定量的に明らかにした.さらに,その特性を反映した風車設計のための「複雑地形・台風要因極値風特性モデル」を開発し,その風特性モデルが風車設計に与える影響を風車荷重シミュレーションによって評価し,IEC国際規格案としての技術的妥当性を定量的に実証した.開発した風特性モデルをIEA風力実施協定の国際会議等において国際発信するとともに,最終的にはIEC国際規格として提案し,採用の目処を得ることに成功した.
 複雑地形における風速のリモートセンシング計測の原理的誤差をCFDシミュレーションによって定量的に明らかにするとともに,実際の複雑地形(高知県大月町)において,80mの風計測マスト,LIDAR,SODARを設置し,同時計測による誤差評価を実施することにより,現状のリモートセンシング技術では日本のような山岳性の複雑地形に適用できないことを明らかにした.対策として,日本国内でも比較的低コストかつ短期間で設置可能な60m以下の風計測マストとLIDARとを併用する手法,及びCFDシミュレーションによりリモートセンシング計測値を補正する手法を開発した.特に前者の場合,複雑地形であっても平坦地形におけるLIDAR計測とほぼ同等な精度を達成可能であることを実証した.さらに,この手法を実際の風車単体,及びウィンドファーム全体の年間発電量評価に適用し,本手法の有効性を実証した.
 大学,研究機関,産業界からの専門家を結集した次世代風力発電基礎応用技術研究開発・IEA風力国内委員会を設置し,IEA風力実施協定への参画を支援すると共に,各活動に参画することによって得られた最新の優れた研究開発動向・データを国内に情報共有した.
 国内に導入される小形風車の安全性・信頼性・性能を確保するため,現行のIEC国際規格,米国・英国における国内規格で規定されている試験手法等に基づき,複数タイプの小形風車の各種評価試験手法の実証を青森県六ケ所村に整備したフィールド試験場において実施した.これらの結果を元に,小形風車の各種試験方法と評価基準を開発し,国内の専門家を招集した「小形風車認証制度検討委員会」において審議し,「小形風車の性能及び安全性に関する技術評価基準」を策定した.さらに,自然条件や社会条件を考慮して,小形風車の技術評価試験に適したサイトを複数選定し,風条件,騒音等の計測・評価を行うことにより,最終的な適地を選定した.単一ビル周りの流れと実在の建物周辺流れをCFDシミュレーション及び変動流発生装置を有する風洞実験により評価し,建物屋上設置条件下における小形風車の設計基準を開発した.垂直軸型小形風車に作用する荷重及び風車周りの速度場を風洞実験により詳細に評価するとともに,フィールド計測によって性能及び後流速度場データを取得し風洞実験結果と比較・検証することにより,直線翼タイプの垂直軸型小形風車の簡易設計手法を開発した.小形風車の発電挙動を模擬電源によりシミュレートする小形風力発電機シミュレータを開発・評価した.小形風車特有の発電事象を,フィールド試験結果によって得られるデータと合わせて解析することによって把握し,配電系統へ与える影響を評価した.この結果に基づき,小形風車用の系統連系装置の試験方法を開発した.
英文要約Title: Research and Development of Natural Energy Technologies Based on Wind Power, Etc. / Research and Development of Next-Generation Wind Power Generation Technology / Research and Development of Basic and Applied Technologies (FY2008-2012) Final Report

The severer wind characteristics in Japan were clarified based on the reliable data measured at the actual complex terrain, detailed analysis of data collected by the previous projects and evaluation by CFD, typhoon simulations and wind tunnel experiments. The wind models of wind turbine design for complex terrains and typhoon region were developed based on the results and the technical validity of the wind models was evaluated using load simulation model. We transmitted the developed wind models at international expert meetings in the IEA Wind Implementing Agreement (IEA Wind), and finally, we successfully proposed the developed wind model as the IEC international standard.
The fundamental errors of remote sensing measurements of wind speed in complex terrain were clarified quantitatively by CFD simulations. The simultaneous wind speed measurements by LIDAR, SODAR and cup anemometers mounted on the meteorological mast were conducted in an actual complex terrain region. It was found that the remote sensing technique is not applicable to the mountainous complex terrain regions. The methodology of simultaneous use of a LIDAR and a short meteorological mast and correction methodology using CFD simulation techniques were developed and evaluated. The former method could attain equivalent accuracy even in complex terrain regions to the case in flat terrain regions. Moreover, this method was applied to evaluation of annual energy production and its effectiveness was verified.
The various evaluation tests of several types of small wind turbines (SWTs) were conducted at a site in Rokkasho based on the test procedures stipulated in the current international standards and other domestic standards. Based on the results, various test procedures and criterions for SWTs were developed, and a technical report for SWT performance and safety was drawn up through discussions at the expert committee. Several sites suitable for evaluation tests of SWTs were found considering the natural condition and social condition, and the final suitable sites were selected by the evaluations of wind, noise and other aspects at those sites. The flows around buildings were evaluated by the CFD simulations and wind tunnel experiments, and the design criterion of rooftop mounted SWTs were developed based on those results. The load acting on vertical axis wind turbine (VAWT) and flow around VAWT were evaluated in detail by wind tunnel experiments and field tests. The simplified design procedure for straight wing small VAWT were developed by verifying those results. A simulator that simulates the generation characteristics of SWTs were developed and evaluated. Generation characteristics peculiar to SWTs were clarified by analyzing results from field test and simulator, and impacts of SWT to electrical grid were evaluated. The test procedures of grid-connected inverters (power conditioners) for SWTs were developed based on the results.
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