洋上風力発電普及のための風車ブレード雷撃損傷痕可視化手法の開発

为了推广海上风力发电，开发风力涡轮机叶片雷击损伤可视化方法

• 批准号: 22K04571
• 负责人: 藤本 修平
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04571/
• 关键词: 洋上風力発電; 風車ブレード; 落雷損傷; 損傷検知; 可視化技術; 保守管理; サーモクロミック; グリーン関数

本研究は，洋上風力発電の稼働率に重大な悪影響を及ぼすことが危惧されている，風車ブレードの落雷損傷を迅速に検知するための可視化技術の開発を目的としている．2022年度には主として理論的基礎検討や可視化用塗料の試作を実施した．理論的基礎検討では，風車ブレード上へ落雷があった場合に生じるジュール発熱が（ブレード表面上を）周囲に伝播していく現象を簡易的な物理モデルを用いて表すことを考えた．ブレード表面上への雷撃による瞬間的な熱の発生を，局所的かつ局時的に熱量が与えられるものとモデル化した．具体的にはブレード上のある位置に空間的にも時間的にもピンポイントで熱が発生し，その後はその熱が周囲に伝わっていく状況を考えた．このとき熱発生時刻以降のブレード上の各位置（熱発生箇所を中心とした同心円状）での温度分布は，2次元熱伝導方程式のグリーン関数として与えられる．過去（本科研費研究の実施以前）に実施した模擬雷撃実験時に計測した模擬雷撃による強化プラスチック平板上の熱発生および周囲への熱伝導の結果を用いて理論モデルを検証した．検証用の（過去の）実験データは，サーモグラフィで計測したプラスチック平板の表面温度分布の時間的な変化である．検討の結果，理論モデルと実験データはよく一致しており，理論モデルの妥当性が確認できた．また，模擬雷撃実験の結果を実際のブレード落雷現象にまで拡張して考えていくための基礎として，次元解析による（現象を支配する）無次元パラメータを算出した．可視化用塗料の試作では，不可逆性の感温変色色素（一定以上の温度になると色素が変色し，常温にもどった後も変色は維持される色素）をFRP成型用のゲルコートに混ぜ込み，FRP製風車ブレードに施工できる材料を検討した．以上の成果に基づき，2023年度は模擬雷撃実験や可視化用塗料の耐久性実験などを実施する予定である．

This study aims to develop visualization techniques for rapid detection of lightning damage caused by windmills, and to explore the theoretical basis for the development of visualization coatings in 2022. The theoretical basis of the discussion is that the windmill is on the ground and the thunder is on the ground. The phenomenon of heat generation occurs on the surface of the windmill. The simple physical model is used to study the phenomenon. The heat generated by lightning strikes on the surface of the wall is similar to that generated by lightning strikes. The specific position of the space is the time of the heat generation, and the heat generation is the time of the heat generation. The temperature distribution at each position on the top of the heat generating station (the center of the heat generating station is concentric with the center of the heat generating station) is different from that of the two-dimensional heat conduction equation. In the past (before the implementation of this research project), simulated lightning strikes were carried out, simulated lightning strikes were measured, heat generation and heat conduction on the plate were strengthened, and theoretical results were used to verify the results. The time variation of the temperature distribution on the surface of a flat plate is measured by measuring the temperature distribution on the surface of a flat plate. As a result of the investigation, the theoretical model was verified to be correct. The result of simulation lightning strike is that the phenomenon of lightning strike occurs in the real time, and the phenomenon of lightning strike occurs in the real time. The phenomenon of lightning strike occurs in the real time. Visual paint trial, irreversible temperature-sensitive pigment (temperature above a certain temperature pigment change, normal temperature after the color change pigment) FRP molding for the mixed color, FRP manufacturing windmill construction materials. Based on the above achievements, the durability of simulated lightning strikes and visual coatings in 2023 is expected to be implemented.