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

垂直轴风力发电机工况结构及安全性研究

基本信息

批准号：
10F00758
负责人：
藤野陽三
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

在风力发电项目中，为了优化位置和安装高度，并准确评估作用在风力涡轮机上的疲劳负载和发电期间的最大负载，有必要以高精度评估每个施工站点在每个施工站点发生风速的频率。风速发生的发生频率不仅受周围地形的强烈影响，而且受到森林和附近建筑物等障碍的影响。对于在市区安装的小型风力涡轮机尤其如此。在这项研究中，我们首先根据ASI提供的卫星数据创建了来自意大利北部的土地使用数据，以及来自合成孔径雷达数据的数值高程数据。接下来，基于创建的数值高程数据和土地使用数据，使用非线性风条件预测计划MSCOT进行了气流分析，在2009年的一年中，在目标点附近的地面间隙上方的8m上进行了风条件分析（图1）。 Mascot是在东京大学开发的风条件分析计划，通过将其与现场观察数据相结合，它可以以高度准确性地预测日本和意大利等复杂地形的风条件。接下来，根据分析的风条件，优化了垂直轴风力涡轮机项目的可行性，涡轮机位置的位置和安装高度。此外，为了分析垂直轴风力涡轮机叶片周围的流场，使用软件发明器融合2011在叶片周围生成网眼（图2）。使用计算流体分析程序CFDAUTODESK，分析了垂直轴风力涡轮机叶片周围的流场，并结合了吉祥物估计的风条件，评估了沙漠区域中风力涡轮机叶片的磨损，并揭示了沙漠中垂直轴的耐用性。这些研究结果还在2012年EWEA年度会议上进行了编译和介绍。