　　　　　日本の小型風力発電機の現状ーフィールド実験、設計、導入、　　　　　　簡易設計法、性能、ラベリングー

　　　　　日本の小型風力発電機の現状

　　　　ーフィールド実験、設計、導入、　　　　　　簡易設計法、性能、ラベリングー

日本風力エネルギー協会会長明道大学能源研究中心　教授

　関　和市

2008 年中小風機設備標準性能測試研討會　交通部運輸研究所　 97 年 07 月 31 日

2008 年中小風機設備標準性能測試研討會　交通部運輸研究所　 97 年 07 月 31 日日本風力エネルギー協会会長明道大学　能源研究中心　教授　関　和市

1. 　小型・風力発電機の現状ﾏｲｸﾛ

風車のサイズ，発電出力などによる分類がある。風車のサイズ，発電出力などによる分類がある。

IEC 61400-2(IEC 61400-2( 小形風車の安全基準＝小形風車の安全基準＝ JISC1400-2)JISC1400-2) では，受風では，受風面積（プロペラ等ロータ回転面の面積）が面積（プロペラ等ロータ回転面の面積）が 40m40m22 未満の風車未満の風車を指す。ロータ直径を指す。ロータ直径 77 ｍｍ程度であり，出力は通常程度であり，出力は通常 10kW10kW 程程度になる。度になる。IEC 61400-2IEC 61400-2 第第 22 版（改正ドラフト）では，受風面積は，版（改正ドラフト）では，受風面積は，初版で定義されていた初版で定義されていた 40 m40 m22 未満から未満から 200 m200 m22 未満未満に大幅に大幅に拡大される。新しい規格では，ロータ直径がに拡大される。新しい規格では，ロータ直径が 16m16m 未満未満の風車は「小形」に分類されることになる。の風車は「小形」に分類されることになる。

電気事業法においては，出力電気事業法においては，出力 20kW20kW 未満の風力発電設備が未満の風力発電設備が「小出力発電設備」として定められている。「小出力発電設備」として定められている。

小形風力発電機の定義


１．小型・風力発電機の現状ﾏｲｸﾛ

風車の定義ﾏｲｸﾛ　　一般的には、定格出力 1 ｋＷ未満の風車　　 IEC( 改正ﾄﾞﾗﾌﾄ ) では、受風面積 2m2 未満で規格の一部が分類されている

風力発電機の定義ﾏｲｸﾛ



直線翼型

抗力型

揚力型

風車種類の概要

揚力型抗力型

揚力型：翼の浮く力を利用した風車抗力型：翼を押す力を利用した風車



揚力型（高速機）

揚力型( 中速機 )

抗力型

水平軸風車の一例

揚力型 ( 高速 ) ＝比較的発電効率は高いが、が低いため高風速域向けﾄﾙｸ

揚力型 ( 中速 ) ＝多翼のためも比較的高いため、市街地などの低風速ﾄﾙｸ域　　　　　　　　　　　でも起動し、発電が見込める。

抗力型＝揚力型に比べて低速回転のため、発電には不向き ( 動力として利用 )



ダリウス型風車直線翼垂直軸風車サボニウス型風車

垂直軸風車の一例

ダリウス・直線翼垂直軸風車＝揚力型であり、発電用として開発された風車

　　　　　　※　直線翼垂直軸風車は、無指向性・静粛性の特長があり、

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　近年、市街地用風車として利用されている。

サボニウス風車＝抗力型であり、発電には不向き ( 動力として利用 )


直線翼垂直軸風力発電機実験ﾌｨｰﾙﾄﾞ

Blade number 5

Rotor diameter

2.5m

Swept area 5m2

Rated wind speed

10 m/s

Rated output 1kW

Turbine’s specification

供試風車


実験結果ﾌｨｰﾙﾄﾞ (1 ヶ月間 )

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5/1 5/6 5/11 5/16 5/21 5/26 5/31

Date

Ave

rag

e W

ind

Sp

ee

d (

m/s

)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Po

we

r O

utp

ut

(Wh

/da

y)

Power output

Average wind speed

月平均風速＝ 1.98m/s 発電量＝ 4850Wh

日平均風速＝ 3.67m/s 発電量＝ 665Wh


実験結果ﾌｨｰﾙﾄﾞ ( 連続データ )

2 ）　連続データ（ 1日）

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00

Time (sec)

Wind

spe

ed (

m/s)

0

50

100

150

200

250

Outp

ut (

W)

Wind speed

Output

風速 3m/sec の風が安定して流れると、発電を開始することを確認した。

3m/s


発電状況 ( 風向安定時 )

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0:00 4:48 9:36 14:24 19:12 0:00 4:48Time

Win

d di

rect

ion

(deg

) tur

bine

's o

utpu

t(W

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Win

d sp

eed(

m/s

)

Wind direction

turbine's output

Wind speed

E

N

W


発電状況 ( 風向変動時 )

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0:00:00 4:48:00 9:36:00 14:24:00 19:12:00 0:00:00 4:48:00Time

Win

d di

rect

ion

(deg

) tur

bine

's o

utpu

t(W

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Win

d sp

eed(

m/s

)

Turbidne's outputWind directionWind speed

風向変化が激しい状況でも、安定時と同様な発電特性

無指向性であることが確認


１．小型・風力発電機の現状ﾏｲｸﾛ ( 各構成部品説明 )

発電機の種類

発電機

誘導型

同期型

かご型誘導発電機

巻線型誘導発電機

堅牢で安価のため、 1MW 未満の風車では広く利用

起動時の突入電流の調整など、風車運転時の制御性が高いことから、 1MW 以上の大型機で広く利用

巻線他励磁方式

永久磁石界磁方式 ( ＰＭＧ )

突入電流自体が無いなど誘導型に比べて、より制御性が高く、近年大型機で利用が増加 ( 励磁器が必要＝コスト高 )

永久磁石により界磁するため、励磁器が必要なく、複雑な制御の必要がないため、小形・風車で広く利ﾏｲｸﾛ用　 ※近年、希土類系磁石の普及により、大型風車への利用も増加



ナセル

一般風車のナセル内部一般風車のナセル内部

増速器発電機

発電機・ハブ一体型発電機・ハブ一体型



風向制御

尾翼

WIND WIND

アップウィンド型ダウンウィンド型

水平軸風車＝風車面を風向に正対する必要あり

アクティブヨー方式＝による風向制御ﾓｰﾀ ( 風車での使用は殆どﾏｲｸﾛ無い )


１．小型・風力発電機の現状ﾏｲｸﾛ ( 用途例 )

ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄ

風車単機

風車複数台


風車単機

風車複数台

蓄電池あり

蓄電池なし

系統連系型


風車単機

風車複数台


風車単機

風車複数台

ｽﾀﾝﾄﾞｱﾛﾝ

独立電源型

系統切替型

風力発電ｼｽﾃﾑ

小形・風力発電機の導入形態は、負荷との関係により分類さﾏｲｸﾛれる。

導入形態



制御装置

蓄電池インバータ直流負荷

交流負荷

独立電源 ( ｽﾀﾝﾄﾞｱﾛﾝ )

負荷側が交流 (AC100Vor200V) の場合のみインバータが付属商用電源が敷設されていない場所での電源としての利用が多い

利用用途街路灯・公園照明・情報表示・山小屋照明・無人監視カメラ電源 etc



公園灯・街路灯

情報表示



制御装置

蓄電池

インバータ切替ｽｲｯﾁ交流負荷

商用電源

商用電源ﾊﾞｯｸｱｯﾌﾟ (系統切替 )

独立電源型を基本とし、用として負荷側に商用電源ユニットﾊﾞｯｸｱｯﾌﾟを追加蓄電池の充電量が著しく低下した際に商用電源から電力供給される

利用用途ポンプなど比較的電力を多く必要とし、かつ継続的な利用をするもの



制御装置ﾊﾟﾜｰｺﾝﾃﾞｨｼｮﾅ

取引用計量器系統電源

交流負荷

蓄電池有

蓄電池無OR

系統連系方式

発電電力と商用電力とを並列で使用する方式風車は、出力が小さいことに加え、風速変動により出力も変動すﾏｲｸﾛ

るため、コストメリットが低い。 (1kW 以上の風車であれば可能性あり )現行のｼｽﾃﾑ系統連系として認証された太陽電池用を流用ｼｽﾃﾑﾊﾟﾜｰｺﾝﾃﾞｨｼｮﾅ


２．設計・導入における留意点

導入について【導入手順】

(1) 導入計画　 (2) 設計　 (3)据付　 (4)維持管理 ※ 　最も重要なのが（ 1 ）導入企画で

ある慎重に検討しないと　・・・

(1) 風車が回らない　 (2) 発電しない　 (3)うるさい　 (4)破損した　（ 5 ）景観上問題

（ 6 ）役に立たない　（ 7 ）メンテナンスできない

問題発生

市街地＝弱風地域が多い　　　　　大型風車と異なる考え方が要求される


２．設計・導入における留意点（導入段階）

機種選定


２．設計・導入における留意点（設計段階）

風車出力効率

一般的に型風車は高出力、高速回転となﾌﾟﾛﾍﾟﾗる※ 　理論上最大出力効率は 0.593 である（・ﾗﾝﾁｪｽﾀﾍﾞｯﾂ

係数）



断面特ﾌﾞﾚｰﾄﾞ性

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12

Attack　of　angle　(deg)

Lift　coefficient　(CL)

- 0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

Drag　coefficient　(CD)

C揚力係数ＬCD抗力係数

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12

Attack　of　angle　(deg)

Lift　coefficient　(CL)

- 0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

Drag　coefficient　(CD)

揚力係数ＣＬCD抗力係数

Re=1.5×105 Re=6×106

断面形状＝ﾌﾞﾚｰﾄﾞ NACA0012



-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 2 4 6 8 10 12 14

Ti p Speed Rati o

Cp

1357911

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 2 4 6 8 10 12 14

Tip Speed Ratio

Cp

46810

α ｄ

Re=1.5×105 Re=6×106

風車出力特性

断面形状＝ﾌﾞﾚｰﾄﾞ NACA0012

Re=6×106 から 1.5×105 に変化約 26％の出力低下

風車の使用条件に応じた翼断面形状の選定が重要



発電機と風車との整合性

一般的な充電式風力発電機の起動から安定して発電するまでの流れﾊﾞｯﾃﾘｰ

①起動時＝発電電圧が電圧よりも低い状ﾊﾞｯﾃﾘ態

風車は無負荷運転

②充電開始＝発電電圧が電圧と同等ﾊﾞｯﾃﾘ充電開始とともに回転数も減少

風速付近では①から②を繰り返すｶｯﾄｲﾝ



強風時対策

風車過回転防止機構機械式偏向（ﾀｲﾌﾟﾊﾟｯｼﾌﾞ式）電気的負荷制御ﾀｲﾌﾟ

【機械式偏向ﾀｲﾌﾟ】風車の各部に可動部を設け、強風時に風車受風面を風向きからそら

す

比較的安定した風が吹く場所では効果的な方式



極度な風速・風向の変動がある場所では、可動部が故障するが見られｹｰｽる

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

6:00 7:12 8:24 9:36 10:48 12:00 13:12 14:24 15:36 16:48 18:00Time

Wind　speed　(m/s)

- 100

0

100

200

300

400

500

Wind　direction　(deg)

Wind　speedWind　direction

【市街地における風速・風向の変動状況】

小型風車の設置環境

建物の影響により風向・風速は激しく変動する

風向変動大(100度強の変動幅 )




【充電開始時の発電状況イメージ】

パルス的な断続充電となる。また、この間の発電は図中①と②の繰り返しとなるため、発電効率も極めて低くなる。




【通常発電状態】

③～⑤＝常に発電電圧が電圧を上回るﾊﾞｯﾃﾘ安定した充電が行えているが、最大出力点が存在する

最大出力点に合うように風車と発電機との整合をとる必要あり




Revolution　number　(rpm)

Output　(W)

4m/ s6m/ s8m/ s10m/ s12m/ s

A特性B特性

風車の最大出力点は風速の３乗に比例

発電機の出力は非３乗特性

全ての風速で最適負荷状態を維持することは困難

当該発電機の使用風速域で最適負荷状態となるよう仕様を決定する

最近の風力発電機では、ﾏｲｸﾛ DC-DCコンバータなどを発電機ととの間に組み込ﾊﾞｯﾃﾘｰみ、発電電圧を電気的に制御 ( 昇圧、減圧 ) することにより、広い風速範囲で高い発電効率を得ることができる製品が増えてきている。



【電気負荷制御ﾀｲﾌﾟ】強風時に発電機の出力端を短絡することにより増大する回生電流に

より過負荷状態を作り風車回転数を抑制

強風時対策

※ 　近年の風車で最も多く行われている方ﾏｲｸﾛ式

短絡時に発生する回生電流を考慮し、発電機およﾌﾞﾚｰｷびその他通電材料の選定が必要

検討を怠ると・・・

短絡時に発電機コイルおよび通電材料が異常発熱ﾌﾞﾚｰｷ

コイル焼損により、風車暴走の恐れあり



騒　音

・　機械音

増速ギヤなどの機械音　　　　　風車の殆どはギﾏｲｸﾛヤﾚｽ影響小

・　空力騒音

風車の過回転制御時にまわり流れのはくりﾌﾞﾚｰﾄﾞ現象※ に剛性が無い場合、フラッタ現ﾌﾞﾚｰﾄﾞ

象が起こり大きな騒音となる

端部の風切り音ﾌﾞﾚｰﾄﾞ※ 風車回転速度に大きく依存

風車は回転数が高いため高周波の音となり、非常に耳障りﾏｲｸﾛ

・表面を粗し「剥離点を遅らせる」　　・端部の形状ﾌﾞﾚｰﾄﾞﾌﾞﾚｰﾄﾞを工夫


３．小型風車の簡易設計計算

設計荷重ケース

設計荷重は、風車の運転状態ｹｰｽ ( 発電・停止・待機 ) に対して風車各部に作用する荷重を想定するものであり、各荷重の区分としては、疲労荷重と終極荷重とに大きく分類される。

現在の IEC規格では、「発電時の風車最大推力」「発電機短絡時」および「ヨーエラー」が、荷重に加えられている。ｹｰｽ

設計条件荷重ｹｰｽ風速解析区分備考

発電 A 通常運転 VR周辺の周期的変化疲労荷重出力：1.5PR～0.5PR

回転数：1.5nR～0.5nR

B ヨーイング Vhub=VR 終極荷重最大ﾖｰｲﾝｸﾞ角速度 C (電気的)

負荷遮断

Vhub=Vexr 終極荷重通常風速でﾛｰﾀ回転数を計

測し Vexrに外挿

停止 D 通常停止 Vhub=VR 終極荷重制動ﾄﾙｸ待機 E 受風面積最小 Vhub=1.4Vexr 終極荷重通常待機姿勢

F 受風面積最大 Vhub=Vexr 終極荷重最大受風面積　

簡易設計計算における設計荷重ｹｰｽ



簡易計算法解説

①荷重ケース A 　 ( 通常運転 )

通常運転時における一定範囲内の疲労荷重を想定

出力変動の幅を「 1.5P Ｒから 0.5PR 」、回転数の変動幅を「 1.5nR ～ 0.5n

R 」

ブレード根元およびシャフトに作用する通常運転時の荷重の変動幅について算出するﾛｰﾀ



【ブレード根元荷重 _引張方向】

①荷重ケースA

根元への荷重は、回転の変動に対するブﾌﾞﾚｰﾄﾞレード自体の遠心力により発生する。

遠心力は、ブレード質量 (mB) と重心位置ﾌﾞﾚｰﾄﾞから回転中心までの距離 (RcgB) との関係により、以下の式によって示される。

FZB: RcgB:

引張荷重ﾌﾞﾚｰﾄﾞ (N)重心から回転中心までの距離ﾌﾞﾚｰﾄﾞ (m)



【ブレード根元荷重 _ 回転方向】①荷重ケースA

根元に作用する回転と逆方向の曲げ変動幅は、定格時発生トルクﾌﾞﾚｰﾄﾞﾓｰﾒﾝﾄQR と自重によるトルクによる。ﾌﾞﾚｰﾄﾞ

MxB: B:

回転方向曲げﾌﾞﾚｰﾄﾞﾓｰﾒﾝﾄ(Nm)

枚数ﾌﾞﾚｰﾄﾞ



【ブレード根元荷重 _ 方ﾌﾗｯﾌﾟ向】

①荷重ケースA

根元に作用するフラップ方向の曲げ変動幅は、風車の推力係数と出力ﾌﾞﾚｰﾄﾞﾓｰﾒﾝﾄ係数との関係 ( 式⑥ ) をもとに算出された風車推力の変動荷重をブレード一枚あたりに分割し、のﾌﾞﾚｰﾄﾞ 2/3Ｒの位置に作用したときのとして、以下の式によﾓｰﾒﾝﾄり算出する。

= =



【シャフト荷重 _ 軸方向】

①荷重ケースA

シャフトに作用する軸方向の軸力変動幅は、風車の推力係数と出力係数との関係式をもとに算出された風車推力である

FxS:λR:

風車の推力 (N)風車設計周速比



【シャフト荷重 _捩り方向】

①荷重ケースA

に作用する回転と逆方向の捩れｼｬﾌﾄﾓｰﾒﾝﾄ変動幅は、風車の負荷トルクにより依存し、以下の式によって示される

MxS:QR:

に作用する捩れｼｬﾌﾄﾓｰﾒﾝﾄ (Nm)風車定格　ﾄﾙｸ (Nm)



【シャフト荷重 _ ﾌﾗｯﾌﾟ方向】

①荷重ケースA

の第一部に作用する曲げｼｬﾌﾄﾍﾞｱﾘﾝｸﾞﾓｰﾒﾝﾄ変動幅は、自重ﾛｰﾀ (mR) とによっｳｨﾝﾄﾞｼｪｱて引き起こされる軸力の偏芯によって以下の式で示される。

　

MxS:mR:

lrb ：

に作用する捩れｼｬﾌﾄﾓｰﾒﾝﾄ (Nm)風車質量　ﾛｰﾀ (kg)風車から第一までの距離ﾍﾞｱﾘﾝｸﾞ (m)

自重項推力偏芯項




②荷重ケース B( ﾖｰｲﾝｸﾞ )

風車がしている際に各部に作用する力およびを算出ﾖｰｲﾝｸﾞｼﾞｬｲﾛｼﾞｬｲﾛﾓｰﾒﾝﾄ

当該規格では受風面積 2m2 以下の風車では 3rad/sを想定

最大の角速度は、設計的に未知の場合はﾖｰｲﾝｸﾞ 1rad/sと想定

改定後の IEC規格では最大角速度について、以下の式によって算出するように変更ﾖｰｲﾝｸﾞ

ωyaw,max: 最大角速度ﾖｰｲﾝｸﾞ (rad/s)



②荷重ケース B( ﾖｰｲﾝｸﾞ )【ブレード根元荷重 _ ﾌﾗｯﾌﾟ方向】

根元に作用する方向の曲げﾌﾞﾚｰﾄﾞﾌﾗｯﾌﾟﾓｰは、回転による遠心力、ﾒﾝﾄﾖｰｲﾝｸﾞﾌﾞﾚｰﾄﾞ

およびによって引きｼﾞｬｲﾛﾓｰﾒﾝﾄｳｨﾝﾄﾞｼｪｱ起こされる軸力偏心からなり、以下の式によって示される。

遠心力項項ｼﾞｬｲﾛﾓｰﾒﾝﾄ推力偏芯項

MyB,max:e:

lB ：

根元に作用する曲げﾌﾞﾚｰﾄﾞﾓｰﾒﾝﾄ(Nm)風車と中心間の距離　ﾀﾜｰ (m)

の慣性ﾌﾞﾚｰﾄﾞﾓｰﾒﾝﾄ (kgm2)



②荷重ケース B( ﾖｰｲﾝｸﾞ )【シャフト荷重 _曲げ方向】の第一部に作用する曲げｼｬﾌﾄﾍﾞｱﾘﾝｸﾞﾓｰﾒﾝﾄ

は、回転による風車部のﾖｰｲﾝｸﾞﾛｰﾀｼﾞｬｲﾛﾓｰからなり、以下の式によって示される。ﾒﾝﾄ

自重項ﾛｰﾀ項ｼﾞｬｲﾛﾓｰﾒﾝﾄ推力偏芯項

MyS,max:mR:

lrb ：

根元に作用する曲げﾌﾞﾚｰﾄﾞﾓｰﾒﾝﾄ(Nm)風車の質量　ﾛｰﾀ (kg)風車から第一までの距離ﾍﾞｱﾘﾝｸﾞ (m)




③荷重ケースＣ ( 負荷遮断時 )

このでは、負荷が遮断した際に、起り得る最大回転数で発生する遠ｹｰｽ心力荷重を算出

負荷遮断時に無負荷となる風車の場合は、基準風速時の無負荷回転数を想定しなければならない。

負荷遮断時でも制動できる制御機構がある場合は、その制御上での最大回転数で検討する



③荷重ケースＣ ( 負荷遮断時 )【ブレード根元荷重 _ 回転方向】

根元に作用する引張り荷重は、最大回ﾌﾞﾚｰﾄﾞ転時の自体の遠心力によるものであり、ﾌﾞﾚｰﾄﾞ以下の式によって求められる。

FzB,max:RcgB:

nmax ：

根元に作用する引張り荷重ﾌﾞﾚｰﾄﾞ (N)重心から回転中心までの距離ﾌﾞﾚｰﾄﾞ (m)

負荷遮断時最大回転数 (rpm)



③荷重ケースＣ ( 負荷遮断時 )【シャフト荷重 _曲げ方向】

の第一部に作用する曲げｼｬﾌﾄﾍﾞｱﾘﾝｸﾞﾓｰﾒﾝﾄは、最大回転時の重心位置の偏芯によﾛｰﾀる全体の遠心力によるものであり、以ﾛｰﾀ下の式によって求められる。

遠心力項自重項ﾛｰﾀ

FzB,max:er:

に作用する曲げｼｬﾌﾄﾓｰﾒﾝﾄ (Nm)重心と回転中心との距離ﾛｰﾀ (m)

偏芯距離 er は 0.001R と想定する

※ 改訂後の IEC 規格では 0.005Rに変更




④荷重ケースＤ ( 運転停止時 )

風力発電機に回転制動用、緊急停止用などの機構が備わっている場合に適用されﾌﾞﾚｰｷる

※ 　停止の状況によっては、ブレーキによる制動力の方が、通常の負荷状態　　よりも上回ることがある

【シャフト荷重 _捩れ方向】に作用する回転と逆方向の捩れは、ｼｬﾌﾄﾓｰﾒﾝﾄ

の定格制動と風車の負荷との合計ﾌﾞﾚｰｷﾄﾙｸﾄﾙｸによって求められる。

MxS,max

:Mbrake

:

に作用する捩りｼｬﾌﾄﾓｰﾒﾝﾄ (Nm)の定格ﾌﾞﾚｰｷﾄﾙｸ (Nm)



【ブレード根元荷重 _ 回転方向】

根元に作用する回転と逆方向の曲げは、ﾌﾞﾚｰﾄﾞﾓｰﾒﾝﾄ時のに作用する捩りﾌﾞﾚｰｷｼｬﾌﾄﾓｰﾒﾝﾄ (MxS,max) とﾌﾞ

の自重によるとの合計によって示される。ﾚｰﾄﾞﾄﾙｸ

制動項ﾄﾙｸ自重項ﾌﾞﾚｰﾄﾞ

MxB,max:MxS,max:

に作用する曲げﾌﾞﾚｰﾄﾞﾓｰﾒﾝﾄ (Nm)に作用する捩りｼｬﾌﾄﾓｰﾒﾝﾄ (Nm)



⑤荷重ケース E(通常待機時 )

望ましい状態で待機しているときの各部に作用する風圧荷重を求めるものである。従って、リング機構を有している風車については、の状態で風向に垂直なﾌｧｰﾌｧｰﾘﾝｸﾞ各部の投影面積により風圧荷重を算出することとなる。

F1:Cd ：ρ：Vex

r ：Aproj

:

通常待機時の各部の風圧荷重 (N)抵抗係数空気密度　 (kg/m3)基準風速　 (m/s)通常待機状態における各部の受風面積 (m2)

⑥荷重ケース E(故障待機時 )

方位制御が故障し全方向から風を受けると想定した場合の各部に作用する風圧荷重を求めるものである。従って風車は最も厳しい状態での風向に垂直な各部の投影面積により、風圧荷重を算出することとなる。

基準風速にｶﾞｽﾄﾌｧｸﾀｰ 1.4 を乗じた値で検討


4. 　小型風車の性能評価

現在市場にある小型・風力発電機は、各社それぞれが、自社製品の出力性能にﾏｲｸﾛついてや上などで記載しているが、この出力性能の評価方法自体がまｶﾀﾛｸﾞﾎｰﾑﾍﾟｰｼﾞちまちであり、統一性がないのが現状

風車の出力性能を表すパワーカーブを測定するにあたり、 IEC 61400-12-1 で規定されている「ビン法」にて行っている。この方法は、実験での測定結果を、あﾌｨｰﾙﾄﾞる一定の幅をもった風速範囲ごとに分類することにより、連続的に変動する測定結果をとりまとめるものである。

小型風車

大型風車

実際の風力発電機の実験結果から、このﾏｲｸﾛﾌｨｰﾙﾄﾞ IEC 規格で規定されている「ビン法」での風車出力性能評価を行った事例をもとに、当該評価方法の小型・風ﾏｲｸﾛ車への適用性について説明する。



連続をもとにﾃﾞｰﾀ 10 分間または１分間平均値を求める

風速と出力との関係を設定した毎に分類ﾋﾞﾝする

※ 幅＝ﾋﾞﾝ 0～ 1m/s, 1～ 2m/s, 2～ 3m/s ・・・

各に分類された風速と出力の値から平ﾋﾞﾝ均値をとり、その値を評価風車の代表値とする

ビン法による出力性能評価

Vi ：VN,I,J：Pi ：

PN,I,J ：Ni ：

ビン iにおける平均風速 (m/s)ビン iにおけるﾃﾞｰﾀｾｯﾄ jの風速 (m/s)ビン iにおける平均出力 (W)ビン iにおけるﾃﾞｰﾀｾｯﾄ jの出力 (W)ビン iにおける 10分間 ( または 1分間 ) ﾃﾞｰﾀｾｯﾄ数

小型風車の場合は、 1 分間データセットで行うことが推奨



0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8Wind　speed　(m/ sec)

Output　(W)

Field　test

連続ﾃﾞｰﾀ風速と出力の関係（ 1 分間平均ﾃﾞｰ）ﾀ

ビン法によるデータ処理イメージ



実験の概要ﾌｨｰﾙﾄﾞ

【供試風車】

那須電機鉄工㈱製「 AURA1000 」

風車直径 1000mm

起動風速 2m/sec

充電開始風速 2m/sec

定格出力 135W( 風速 10m/sec)

風速ｶｯﾄｱｳﾄ DC12V系： 13m/sec

DC24V系： 16m/sec

耐風速 60m/sec

AURA1000仕様



【実験方法ﾌｨｰﾙﾄﾞ】

設置場所：　東京都江東区にある弊社工場敷地内　　　　　　　　　　　　　　周辺にはマンションが建ち並ぶ市街地環境

測定項目＝風速、風向、発電電圧 (DC-V) 、発電電流 (DC-A) 　発電機負荷＝DC12V ﾊﾞｯﾃﾘｰ

周期＝ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ 1sec 　（を介してﾃﾞｰﾀﾛｶﾞｰ PC にて自動保存）



性能評価結果

【実験サイトの風況】

一日平均風速風向頻度分布風速と乱れ強さ

月平均風速＝ 2.5m/s

風向＝各方位に分散

乱れ強さ＝風速 4m/s 以上で0.3

低風速で変動の大きい風況下でのフィールド実験（市街地特有）



性能評価結果

【ビン法による評価】

設計値と結果とは非常に良好な一致を示しているﾌｨｰﾙﾄﾞ

IEC 61400-12-1 で規定されている「ビン法」による出力性能評価は、小型・ﾏｲｸﾛ風力発電機にも十分適用できることが確認できる。


小形風車のラベリング制度

国際機関ｴﾈﾙｷﾞｰ (IEA) が主導となり、今年度より実施予定

認証機関を設け、「騒音性」「発電量」「耐久性」「強度」について審査を受け、認定されたものにラベルが発行される。

「騒音耐久性」･　 IEC 61400-2 に従い実施　耐久性試験期間中の平均風速をラベル表示　見かけの騒音レベルとして、等価騒音(dBA)　で評価する。 ( ランクとしてラベル表示 )

「発電量」　　 IEC 61400-2 に従い試験からﾌｨｰﾙﾄﾞﾊﾟﾜｰ

　　　を求め、年平均風速ｶｰﾌﾞ 5m/s としての分布から年間発電量を算出してラベルﾚｲﾘｰ表示

「強度」IEC 61400-2 に従い指定の小形風車のﾒｰｶｸﾗｽ設計条件による強度計算書の提出


5. 　まとめ

本報では、現在市場にある風力発電機について紹介し、その現状と市街ﾏｲｸﾛ地設置における問題点および設計留意点などについて述べた。さらに IEC

で規定されている測定方法に基づいた風力発電機の出力性能評価についﾏｲｸﾛて、実際の実験結果をもとに紹介した。ﾌｨｰﾙﾄﾞ今後も、製品としての信頼性の向上、また小型・風力発電機の特性にﾏｲｸﾛ合った導入計画のもと、より有効的に活用されることを期待する。

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日本の小型風力発電機の現状 ー フィールド実験、設計、導入、 簡易設計法、性能、ラベリング ー

　　　　　日本の小型風力発電機の現状ーフィールド実験、設計、導入、　　　　　　簡易設計法、性能、ラベリングー