荷重ケースを想定した垂直軸風車の構造と安全性に関する研究

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風力発電プロジェクトにおいて風車設置場所と設置高度の最適化や、風車に作用する疲労荷重や発電時の最大荷重を正確に評価するためには、建設地点における風速別の出現頻度を高精度に評価する必要がある。風速別の出現頻度は、周辺の地形のみならず森林や近傍の建築物等の障害物の影響を強く受ける。このことは特に市街地中に設置される小型風車において顕著である。本研究では、まず、ASIによって提供された衛星データからイタリア北部の土地利用データを、合成開口レーダーのデータから同地域の数値標高データを作成した。次に作成した数値標高データおよび土地利用データに基づき、非線形風況予測プログラムmSCOTにより気流解析を実施し、2009年1年間に対象地点近傍の地上高8mにおける現地観測データと組み合わせることによりプロジェクト対象地点の風況精査を実施した(図1)。MASCOTは東京大学で開発された風況解析プログラムで、現地観測データと組み合わせることにより日本やイタリアのような複雑地形中における風況を、高精度に予測することができる。次に解析した風況に基づき、垂直軸風車プロジェクトの実現可能性と風車配置場所と設置高度の最適化を行った。さらに、垂直軸風車のブレード周りの流れ場の解析をするために、ソフトウェアInventor fusion 2011を用いて、ブレード周りのメッシュ生成を行った(図2)。数値流体解析プログラムCFDAutodeskを用いて垂直軸風車ブレード周辺の流れ場の解析を行い、MASCOTにより推定した風況と組み合わせることにより、砂漠地帯における風車ブレードの砂による磨耗を評価し、砂漠地帯における垂直軸風車の耐久性を明らかにした。またこれらの研究成果をとりまとめ、EWEA Annual Conference 2012にて発表した。