研究：風力エネルギー

• 気象予測に基づく風力発電量予測システムの開発
• 浮体式洋上風力発電システムの開発

気象予測に基づく風力発電量予測システムの開発

風力発電は，風の変動に伴いその出力が大きく変動する。近年，風力発電導入量の拡大に伴い電力系統への連系量が増大し，電力系統における周波数変動問題が懸念されている。本プロジェクト（NEDO風力発電電力系統安定化等技術開発）では，数値気象予報値及び風力発電出力のオンライン観測データを利用し，日本特有な複雑地形と激しい気象変動を考慮できる風力発電出力予測システムを開発すると共に，当日から翌日までの風力発電出力の高精度予測を実現する。 東北地方における9箇所の大規模ウィンドファームを選定し，測定装置を設置すると共に，ウィンドファーム総出力のオンライン観測を実施する。実測データを基に国内外における様々な風力発電出力予測モデルのベンチマークテストを行うと共に、風況予測モデルの精緻化，ウィンドファームパワーカーブモデルの作成，新しい風力発電予測モデルの提案を行い，日本固有の現象である激しい気象変動，乱れ，故障・事故に対応できる日本型風力発電出力予測システムの完成を目指す。最終的に、各種風況発電予測モデルと予測データを自由に取り込むことが可能な風力発電予測プラットフォームを開発し，風力発電導入量の拡大に貢献したい。


図１: 風力発電出力予測システムの概念図

この研究では 「Dynamical Statistical Downscaling」 と呼ばれる新しい予測手法を開発する ことにより，分解能は従来モデルの数百分の１（10メートル），誤差は１/３以 下（数パーセント）で任意地点における風の予測を可能にする．この研究成果は 送電線の設計・保守業務の効率化や鉄道沿線の強風ハザードマップの作成に展開 している．

浮体式洋上風力発電システムの開発

近年，わが国における風力発電導入量の急速な拡大に伴い，風力発電に適している風況の良い陸地が減少するとともに，出力変動に伴い系統の周波数への影響が生じやすいため，系統への接続規模が制限されるといった問題が顕在している。こうした中，東京大学と東京電力は，電力系統の規模が大きい関東地方の沖合に多量の風力エネルギーが存在することに注目し，水深の深い海域にも設置可能な浮体式洋上風力発電システムの実用化に向けた共同研究を開始している。 福島県磐城沖37km地点にあるガス田設備を利用して海上94ｍ高さでの風観測を実施し，洋上風の特性を調べると共に，気象シミュレーションにより関東沿岸沖合における風力エネルギーを求め，洋上風力発電の適地を明らかにする。 浮体式風力発電システムは風，波，潮流の影響を強く受けるため，安全性と安定性の高い浮体基礎構造が求められている。本研究では，軽量化した浮体構造を開発し，喫水や波の影響を考慮した浮体の製造・運搬・設置方法を提案すると共に，風車の耐久性に悪影響を与える浮体動揺量の低減を行う。また浮体の動揺量及び構造強度を高精度に評価できる数値解析プログラムを開発し，風水洞実験によりその予測精度の検証を行うと共に，各諸自然環境下における浮体構造の終局限界および疲労限界を照査し，高波や暴風に対する安全でかつ経済性の高い浮体構造の実現を目指す。