地形性乱流が大型風車ブレードに与える新しい定量化指標を提案 －洋上および陸上の大規模風力発電の普及・拡大に期待－

　九州大学応用力学研究所の内田孝紀准教授は、株式会社九電工の協力の下、西日本技術開発株式会社と共同研究を実施し、地形性乱流が大型風車の羽(ブレード)に与える新しい定量化指標を提案することに成功しました。本研究で対象となった鹿児島県の串木野れいめい風力発電所には、出力2MWの商用大型風車が10基設置されており、東風が発生した際に10号機風車に風況起因の発電停止が多発することが確認されました。そこで、10号機をターゲット風車にし、実測データや数値風況シミュレーションの結果を詳細に分析した結果、10号機風車の東側(直線距離で約300m)に位置する弁財天山(標高519m)に起因した地形性乱流の影響であることが分かりました。
　一連の研究成果に基づいて、地形性乱流が大型風車のブレードに与える2種類の新しい定量化指標を提案することに成功しました。一つは、風況に関する定量化指標(乱流評価指標)であり、Uchida-Kawashimaスケール1(便宜上、U-Kスケール1)と名付けました。U-Kスケール1のしきい値を「0.2」とし、本指標が流入風速の高度方向の分布形状、水平方向の格子解像度、計算方位に依存しないことを示しました。もう一つは、荷重に関する定量化指標(疲労損傷評価指標)であり、Uchida-Kawashimaスケール2(便宜上、U-Kスケール2)と名付けました。1年間の実測データから4m/s以上の風車運転時に対応する風況データを抽出し、U-Kスケール2を用いて地形性乱流が風車ブレードに与える経年蓄積の影響を定量的に評価しました。我々が「産学連携」で一丸となって取り組む今回の共同研究は、風車の「重大事故」を未然に防ぎ、洋上および陸上の大規模風力発電の適切な普及・拡大に大きく貢献することが期待されます。
　本研究成果は2019年7月8日(月)（日本時間）に国際学術雑誌「energies」に掲載されました。また、本研究は文部科学省 科研費 基盤研究(B)17H02053の支援も受けました。

(参考図) 本研究で対象にした風力発電所(提供：株式会社九電工)と数値風況シミュレーション(RIAM-COMPACT)の一例