風力発電設備支持物の金属疲労抑制のための多点TMD制御

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本課題では，風力発電設備支持物に発生する日常的な振動に対して，部材応力や疲労損傷度の低減を図ることを目的とした振動制御技術の開発を行っている。風力発電設備は一般的な建築物とは異なり，発電するためには風を受けて稼働する必要があり，これに伴いブレードを含む発電設備を支持する構造物（以下，「タワー」と呼ぶ）は常に振動状態にある。このような日常的に発生する振動は，鋼構造が多く採用されているタワーにおいて，金属疲労による劣化の原因になり得るとされている。近年，風力発電設備の事故も多くなってきており，疲労が事故要因のひとつとも考えられている。そこで，本課題では制振装置を用いて，発電時のタワーの常時振動を低減することで，疲労を抑制することを目的とする。2021年度は実存する風力発電設備タワー部の複数箇所に加速度計を設置し，各点における応答加速度を計測した。加速度計は計4台とし，主にタワーの継手フランジ付近のステージ周辺の側面，高さ方向としてはGL－1.65m（基礎コンクリート上）, GL+16.39m, 40.15m, 61.09m（ナセル直下のヨーフロア）の位置に設置した。計測は毎時00分および30分から5分間の計測を行い，3軸方向の加速度を取得しており，既設システムであるSCADAデータから，発電量，風速，風向，ナセル角度等の1秒データも取得している。2022年度は，実測による結果を基に振動モデルを構築し，停止時，年平均風速時，定格風速時のそれぞれの場合について，単一TMDおよび多重TMDの制振効果を検証した。最も頻度の高い年平均風速時において，応答加速度のRMS値は概ね15%低減され,応答変位のRMS値は50%を超える低減効果が得られ，多重TMDの振動低減効果を確認した。計測は2021年度より継続的に実施しており，今後も余寿命評価に資するデータを蓄積する予定である。