研究開発成果
※研究者の所属・肩書および参画企業等記載は課題採択または記事掲載時のものであり、現在とは異なる場合があります。
ICT・電子デバイス
製品化/起業
日本の環境に適した洋上ウインドファームの風車ウエイク予測モデルの開発
キーワード :  風力発電、洋上ウインドファーム、風車、ウエイク、CFD、ライダー、ドローン、風洞実験、機械学習
研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP) 産学共同(本格型)
研究開発課題名 洋上ウインドファームの採算性と耐久性の最適設計に資する日本型ウエイクモデルの開発と社会実装(開発期間:令和4年10月~令和7年3月)
プロジェクトリーダー所属機関 ENEOS・リニューアブル・エナジー株式会社 研究者 内田 孝紀(九州大学)

狭い海域にできるだけ多くの風車を設置することになる日本の洋上風力を対象に、風車ローターを通り過ぎた後に風が乱れ、かつ風速が低下するウエイクを予測する数値モデルを開発した。ウエイク現象の解明のため、実機大型風車(ローター直径112m、ハブ高さ84m、ブレード到達点140m)を対象とした。風車データに加え、5台の鉛直ライダーによる鉛直⾯ウエイクの観測、ドローンによる翼端渦の捕捉、2台のスキャニングライダーによる広範囲の水平面ウエイクの時系列可視化など、最新の観測手法を確立した。独自開発したCFDポーラスディスク・ウエイクモデルをコア技術とし、流入風が有する乱れや風向変動も同時に考慮することにより、観測データの高精度な数値予測に成功した。また、機械学習による予測では、乱流強度と風向変動を考慮することにより、ウエイク領域内における⾵速の鉛直分布の予測精度を向上させ、さらに面的な予測も可能とした。

成果説明画像

期待されるインパクト(効果、意義、市場規模、売り上げ予測)

本モデルを用いたレイアウト最適化により、平均的な洋上ウインドファーム(原発0.5基分)の設備利用率が1%でも上がれば、運転年数25年で約200億円分の収入増加となる。なお、第7次エネルギー基本計画において、風力は 現状の4 ~ 8倍の導入目標が示されている。

開発者の声

我々は日本独自の「CFDポーラスディスク・ウエイクモデル(特許取得済)」の開発を行ってきた。本プロジェクト期間中に、ENEOSリニューアブル・エナジー(株)が本モデルの最新成果を活用し、秋田県八峰町・能代市沖の発電事業者に選定されたことは特筆すべきである。本モデルは、気象防災・減災分野への適用も開始され、JST「目標8ムーンショット型研究開発事業」に参画中である。洋上風車ウエイク現象を活用し、線状対流系豪雨の抑制可能性をスパコンにより検討している。我々は今後も本モデルの研究開発を精力的に進めていく。
この成果は、以下のメディアにて紹介されました。
●朝日新聞「風力発電妨げる風の乱れ、ドローンで測定 大型風車で珍しい実験」[2023年12月]
※記事の全文は朝日新聞の購読会員のみ閲覧可能です。
●RKB毎日放送「風車の周りを飛行するドローンの正体 九大の「風を読む技術」が大規模洋上風力発電所の建設を後押し」[2024年1月]

この成果は、以下を受賞しています。
●第46回風力エネルギー利用シンポジウム 優秀発表賞[2024年11月]



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