2MW大型風車ブレードとナセル内部機器に与える地形起因の乱流影響に関する実証研究

地形湍流对2MW大型风电机组叶片及机舱内部设备影响的实证研究

基本信息

批准号：
21H01574
负责人：
内田孝紀
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01574/
关键词：
風力発電地形性乱流風車ウエイク

项目摘要

2013年，日本国内で風力発電用の風車が破損する重大事故が続けて発生した．京都府伊根町の太鼓山風力発電所では，風車上部が折れてナセルと風車ブレードが地面に落下した．これまでに，日本国内において風車ナセルが地面に落下した事故は前例が無い．これまでの我々の研究成果から，風車重大事故の主要な原因が，地形起因の「地形性乱流」であることが示された((1)Takanori UCHIDA，Numerical Investigation of Terrain-induced Turbulence in Complex Terrain by Large-eddy Simulation (LES) Technique, Energies, 11(10), 2638, 2018 (2)Takanori UCHIDA，LES Investigation of Terrain-Induced Turbulence in Complex Terrain and Economic Effects of Wind Turbine Control,Energies, 11(6), 1530, 2018)．風車近傍の地形起伏や地表面粗度の急変に起因した「地形性乱流」は，風車ブレードやタワー，ナセルを「振動」させ，金属疲労を著しく進展させるとともに，風車の発電出力にも多大な影響を与える．また，風車ブレードが回転する「風車ウエイク」に起因した「回転性乱流」も同様な影響を与える．こうした状況の中，「地形性乱流」と「回転性乱流」が複合した複雑な状況下では不明な点が多い．本研究では，大型商用風車のブレードとナセル内部に歪ゲージを設置し，「地形性乱流」および「回転性乱流」と「風車振動(風車の疲労荷重)」との相関性を明確化する．最終的に，風車ブレードおよびナセル内部機器に与える乱流影響に関する評価指標を策定する．

2013年，日本发生了许多严重的事故，风力涡轮机发电损坏。在京都县的Taikosan风电场，风车的顶部破裂，Nacelle和Windmill Blade落在了地面上。迄今为止，日本还没有风车纳塞尔（Nacelle）落在地面上。 Our previous research results have shown that the main cause of serious wind turbulence is the topographical turbulence caused by topography ((1)Takanori UCHIDA, Numerical Investigation of Terrain-Induced Turbulence in Complex Terrain by Large-eddy Simulation (LES) Technique, Energies, 11(10), 2638, 2018 (2)Takanori UCHIDA, LES Investigation of Terrain-Induced Turbulence in Complex Terrain and Economic Effects风力涡轮机控制，能量，11（6），1530，2018）。由风力涡轮机附近的地形起伏引起的“地形湍流”，表面粗糙度突然变化会导致风力涡轮机“振动”风力涡轮机叶片，塔和纳塞尔，大大增加了金属疲劳，并对风力涡轮机的发电产量产生重大影响。此外，风车叶片旋转的“风车唤醒”引起的“旋转湍流”具有相似的效果。在这种情况下，在复杂的情况下有许多未知数，其中“地形湍流”和“旋转湍流”合并在一起。在这项研究中，应变量表安装在大型商用风力涡轮机的叶片和鼻孔中，以及“地形湍流”，“旋转湍流”和“风湍流振动（风力涡轮机疲劳负载）”之间的相关性。最后，将制定对湍流对风力涡轮机叶片和Nacelle内部设备的影响的评估指标。