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様々なシミュレーション

「建設地を探す」で風車の適地と期待できる候補地を見つけると、その土地の風況(風速や風向きなど)シミュレーションを行います。簡易なシミュレーションに始まり、現地視察を経て風況ポールを設置し、最終的に実測値によるシミュレーションを行っていきます。風況データの解析、発電量のシミュレーションなどの結果から総合的に判断し風車の最適なレイアウトを決定していきます。

1.NEDOのワイブル係数からシミュレーション

まず候補地の中で風の強そうな場所(尾根沿いで風車のロスが起きない間隔)に風車を配置します。そして「NEDO局所風況マップ」に座標値を指定して、得られるワイブル係数(各風速の出現頻度を表したグラフ)に風車のパワーカーブ(各風速での発電量を表したグラフ)を適用して発電量の概算をシミュレーションします。

風車のパワーカーブ

風車のパワーカーブ

>風車のパワーカーブ

風車の性能を示すものの1つにパワーカーブがあります。これは風車が風速に対してどの程度発電するかをグラフにしたものです。
例えばGE2.5の仕様を見ると


定格出力:2,500kw
(風車の最大発電量)
稼働開始風速:3.5m/s
(風車が回り始める風速)
定格出力風速:12.5m/s
(定格出力の得られる最低風速)
稼働停止風速:25m/s
(風車が安全のため止まる風速)

となっています。風速3.5〜12.5m/sの発電量の推移を見るためにパワーカーブを利用します。 常に定格出力風速を超える風が吹くわけではないので、このパワーカーブを使い測定した風速でシミュレーションしていきます。

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2.実際に現地を視察する

上記のシミュレーションの結果が良好で風力発電サイトを建設すれば風車が良く回るだろうと判断した場合、現地を視察しに向かいます。実際に目で確かめ調査することで多くの有用な情報を得ることが出来ます。

1.地形情報

山岳地域に特化した建設技術があっても、あまりに険しい場所では建設はできません。また風の吹き方も複雑になる可能性があります。地形状況を把握するための調査です。

・起伏状況が平地であるか、傾斜が緩やかな場所であるか。(勾配が23%以下が望ましい)
・風況ポール(風速を測る装置)などが立てられそうな場所があるか。(半径40m程度)
・峰の状況(勾配、土地の利用状況等)や立木の整備状況など。

2.周囲との関係性

・周辺住宅までの距離
GPSを用いて調べ、住宅地と風車建設地の距離が充分であるか調べます。

3.送電線の状況

風車で発電した電気を送電するためには、既存の電力系統に接続しなくてはなりません。近くに送電線があっても電圧の違いで接続できない場合があります。送電線の工事にも影響しますので送電線の状況を調査します。

・送電線の位置の確認(鉄塔の場所・距離・周辺の地形など)
・路線名及び鉄塔番号の確認
・ 碍子の数の確認(これにより送電線の電圧がわかります)
・ 今後変電所の設置する際の設置場所を確認(鉄塔の近くが好ましい)

4.現地周辺の交通施設の状況

風車パーツを輸送するにあたって港から建設地まで公道を利用させて頂きます。輸送可能な道路状況かを調査します。

・ 公道の道幅、曲線半径の確認(車道半径4.5m以上、カーブや交差点でブレードが旋回できるか)
・ 公道からWFまでの搬入路状況(勾配などが緩やかかどうかなど)

5.風況ポール設置のための調査

最終的に風況を実測するために風況ポールを設置します。そのために事前調査が必要です。

・設置位置は車での到着地点より徒歩90分(片道)以内であることが目安になります
・携帯電話の電波状況の確認(風況観測データ転送のため、携帯電話を使用して確認します)
・土地所有者の確認(公図・土地登録簿・登記情報提供サービスなど利用します)
・設置場所の位置確認(GPSで建設ポイントの緯度・経度を確認)
・周辺状況の確認(既存の風車施設または公共施設等の有無の確認をします)
・地元住民の方への聞き込み確認(風の強弱や季節ごとの風向きの変化など)
・その他、土地利用状況の確認・写真撮影(前景・無線鉄塔などの鉄塔類、アンテナなどあれば)

3.敷地調査

現地視察を行った地域の図面や地図、その他必要な資料を集めます。資料は後の詳細なシミュレーションにも利用します。それぞれ各地方自治体などから入手できます。

・ 公図(字限図・地籍図・地積測量図等)
・ 森林基本図・森林計画図 S = 1 : 5,000
・ 地形図・管内図 S = 1 : 2,500
・ 都市計画図
・ 開発実測図
・ 住宅地図
・ その他(必要に応じて)

4.風況ポールでの実測

候補地に風況ポールを設置し実測に入ります。風況ポールは候補地のより詳細な風況を調べるために、一定期間(最低1年以上)の風速・風向を観測するためのものです。現在CEFで採用しているものはトラス式(三角柱で塔を組んでいくタイプ)で高さ約57m、1つの候補地に1、2本設置します。実際に建設する風車と同じ高さが理想ですが、2〜3カ所の高さ(例えば57m、50m、40m)の風況を観測し、風車高の風況を割り出します。 観測された風況は10分間刻みのデータとして蓄積され無線により毎日メールで送られてきます。受け取ったデータをチェックし異常値(凍結などによる停止)などを削除し、月ごとの集計を取ります。ここで集計されたデータは実測値によるシミュレーションで利用します。

風況ポールの設置場所の調査

風況ポールの設置場所として適切な場所を事前に調査します。
・ 実際に風車を建設できそうな場所
・ 尾根など周囲に風の障害物になるようなものがない場所
・ 山の傾斜が穏やかでポールの支柱などを張ることができる場所
・ できるだけ機材や部材の搬入が用意である場所
・ 自治体、地権者の方の許可を頂けるか
・ 地図などの資料の入手、座標の測定
上記の条件などを踏まえ現地調査を行い、最終的な設置場所を判断します。

風況ポールの設置に必要な申請

風況ポールの設置には、主に景観条例・伐採届け・建築確認(構造設計)などの申請が必要になります。

風況ポールの設置

トラス式(三角柱で塔を組んでいくタイプ)で高さ約57m。風況ポールは仮設のものなので基礎工事は行わず2.6mの穴に支柱を立て3〜4方向から支線で支えます。支線の長さはポールの高さ、建設地にもよりますがポール高57mのもので中心から支線を固定するアンカーまで約37mくらいです。設置場所への機材や部材の搬入が困難な場合は、ヘリを用いて輸送を行うこともあります。環境のことを考えると、なるべく木を伐採しないことも大切です。

風況ポールの設置写真例

設置場所の調査に行こう!

設置場所の調査に行こう!

風況ポールの設置場所は山の中が多いです。調査に行く時の服装は現場により異なりますが、作業着など地肌の出ないもので、靴はトレッキングシューズなどが楽です。軍手もあると尚良いです。 地形図(土地の境界がわかる地図もあるとよい)と以下のものを持って調査に行きましょう。

>設置場所の調査に行こう!

その他、水を忘れずに。虫除けスプレーなどあると良いです。

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5.実測値からのシミュレーション

これまで集めてきたデータ・資料を元に、より詳細なシミュレーションを行います。

1.候補地内の風況や風力エネルギー賦存量を予測

風況ポールから得た風況観測データ・地形条件・地形粗度(※)などを、風況解析シミュレーションソフトに入力し、任意の地点・高さにおける風況や風力エネルギー賦存量を予測することが出来ます。風がどの程度減少するかの値

風況観測データ:風況ポールで観測されたデータを集計したもの
地形条件:各種図面の土地の起上情報、また森林や居住区などの区画
地形粗度:地表面が森林、居住区、田畑などの条件により、風がどの程度減少するかの値

2.風況・風力エネルギー賦存量のデータを基にレイアウトのシミュレーションを行う

上記で得られたデータや風車のスペックを、風力発電サイトの設計シミュレーションソフトに入力し、風車のレイアウト毎の利用率・発電量などを予測します。 各風車の位置や風車間の距離やレイアウトなどによって、発電量に大きな違いが出ることもありますので、このシミュレーションを何度も繰り返し行い、効率良く風車を稼働させるためのレイアウトを判断していきます。 一般的には風速6m/s以上で利用率22%程度を目安に考えています。 また後の設計段階において風車レイアウトを変更しなければならない場合も、このシミュレーションを再度行うこととなります。 シミュレーションと設計を繰り返すことで最終的な風車レイアウトが決定していきます。

シミュレーションソフトはどんなもの?

利用率とは?

シミュレーションソフトはどんなもの?

風車に関するシミュレーションソフトは様々ありますが、代表的なものをいくつか紹介致します。

WAsP
(the Wind Atlas Analysis and Application Program)

WAsP (the Wind Atlas Analysis and Application Program)

デンマークのRiso国立研究所開発の風況シミュレーションソフトソフト。風況観測データ、地形条件、地表粗度、風車情報を入力し、任意高の風況マップや発電量のシミュレーションを行います。


Windfarmer

Windfarmer

イギリスのガラードハッサン(Garrad Hassan)社開発の風力発電サイトシミュレーションソフト。風車の配置から利用率や発電量を予測することが出来ます 。

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利用率とは?

風力発電の評価の一つに利用率と稼働率というものがあります。

利用率

=実際発電した電力 / 風力発電機定格出力×時間 風は一定ではないので常に定格出力で発電はできません。利用率とは定格出力で常に発電した電力と実際の発電量の割合です。条件にもよりますが20%以上が理想と言われています。

稼働率

=風車運転時間 / 時間 常に風車が稼働しているのが理想ですがメンテナンスや故障などにより風車を止める場合があります。風車が常に稼働していた場合の時間と、実際の風車が稼働していた時間の割合が稼働率です。稼働率100%に近づくよう日々努力しております。

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