バイオ燃料・エタノール・新エネルギースレ - 1227192268

1：とはずがたり：2008/11/20(木) 23:44:28: 関連スレ

農業スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1060165378/l40
エネルギー綜合スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1042778728/l40
環境スレ
http://jbbs.livedoor.jp/bbs/read.cgi/study/2246/1053827266/l40
電力スレ
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メモ
http://members.at.infoseek.co.jp/tohazugatali/energy/index.html
1586：とはずがたり：2015/04/06(月) 10:33:37: 2015年03月31日 07時00分更新
効率20％向上を狙う、5MWの軽量風車
http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1503/31/news042.html
日立製作所は2015年3月24日、国内最大級となる定格出力5MWの大型風力発電設備が茨城県神栖市に完成したと発表した。洋上風力に必要な大型化を実現しつつ、軽量化も兼ね備えた。風車の総合効率を20％高めることも可能だという。
[畑陽一郎，スマートジャパン]

　日立製作所は2015年3月24日、国内最大級となる定格出力5MWの大型風力発電設備が完成したと発表した。2012年7月に開発着手し、2014年5月に建設を開始したもの。「鹿島港深芝風力発電所」（茨城県神栖市東和田）向けの「HTW5.0-126」初号機である（図1）。今後、試運転や性能評価後、2015年夏から、日立ウィンドパワーが商用運転を開始する予定だ。

　同機には4つの特徴がある。まず、出力を従来の2MWから2.5倍に高めた。次にシステム全体の軽量・小型化を進め、基礎工事などの費用低減を図った。さらに信頼性の向上も図る。最後に風車の総合効率を20％以上向上することを狙う。

　HTW5.0-126は、タワー高さが約90m、そこにブレードを3枚備えた直径126mのローターが載る。ローターの直径は2.5MW機の約1.5倍だ。最高点の高さは約150mに達する。これはあべのハルカス（大阪市、300m）やランドマークタワー（横浜市、296m）の半分に相当する高さだ。

　図2にHTW5.0-126の外観を示した。ダウンウインド型とよばれる方式を採っており、風下側にローターが来る。従来の2MW機から引き継いだ方式だ。暴風時にローターが横風を受けにくいため、風荷重を軽減できるという利点がある。発電を開始できる風速（カットイン風速）は4m/s、強風のため発電を停止する風速（カットアウト風速）は25m/sだ＊1）。

＊1）IEC規格による風車クラス区分はClass S（年平均風速10m/s）。NEDOが公開する局所風況マップによれば、設置位置の地上高70mの年平均風速は約6m/sだ。

　設備の巨大化を進める理由は、洋上風力発電所を狙うため。今回の風車は陸上に設置されているものの、今後、大量に導入しようとしても陸上の立地は限られている。景観や騒音が問題になる場合もある。洋上であればこれらの問題から逃れやすい。

　その代わり、洋上に設置すると1基当たりの建設・運用費が高くなり、定期的な保守にも費用がかかる。費用の課題をクリアする手法が大型化だ。1基当たりの出力を高くすることで、出力当たりの建設・運用・保守のコストを引き下げる。

大型化を進めながら軽量・小型化とは

　1基当たりの出力を高くする手法には条件がある。高出力のためにシステムが重くなると、基礎工事・浮体工事の費用を抑えることができない。軽量化が必要だ。軽量化のためには発電機を内蔵したナセルの小型化が有効だ。ブレードの長さを維持しつつ、タワーの上に載るナセルを小型化できれば、システム全体の重量を軽減できる。
1587：とはずがたり：2015/04/06(月) 10:34:08: >>1586-1587
　図3にHTW5.0-126のナセルの構造を示した。図の奥に描かれたハブに3枚のブレードがつながる形だ。主な新規開発ポイントは増速機と発電機の2カ所。

http://tohazugatali.we b.fc2.com/epower/yh20150331Hitachi_nacelle_590px.png
図3　HTW5.0-126のナセルの構造　出典：NEDO

増速機と発電機を主に改善

　大型の風車は例えば1分間に15回転程度で動く。これを1分間に1500回転して発電する発電機に接続するには、回転速度を100倍（ギア比1:100）に高める増速機が必要だ。増速機を使わない手法もある。発電機を多極構成にすればよい。例えば100極構成なら、増速機は不要だ。

　どちらの手法にも欠点がある。ギア比1:100の増速機では寸法、重量とも大きくなり、故障も起こりやすくなる。100極構成の発電機は、100極分のステーター、トーターを発電機の円周に沿って配置しなければならないため、直径が大きくなってしまう。

　日立製作所の解は、ギア比1:40の増速機（中速増速機）と36極構成の発電機を組み合わせるというものだ。発電機には2MW機で採用していた交流励磁同期発電機ではなく、新たに永久磁石同期発電機を採用した。図3の構造全体を「中速ギアドライブトレイン」と呼ぶ。

　「この手法により、出力が5MWと大きくても小型化できた。HTW5.0-126の量産機ではブレード3枚とナセルの合計重量を350トンに抑えるという目標を実現できると考えている」（日立製作所）。増速機と発電機の両方の回転数が下がることで、信頼性も向上する。

　中速ギアドライブトレインは新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「風車部品高度実用化開発」助成金の交付を受けて開発した。同開発には複数の目的があり、複数の企業が参加している。日立製作所が単独で参加した開発の最終目標は、2016年度までにプロトタイプ機のフィールド試験を完了し、風車の総合効率を20％以上向上することだ。

次はブレードも軽くする

　日立製作所の今後の開発方針は2つある。今回の5MW機で性能を評価しながら、新たにブレードの改良に取り組む。「高速スレンダーブレード」と呼ぶ。発電量の向上と軽量化の2つが目的だ。2016年度以降に実証に入る。

　もう1つは2MW機の改善だ。日立製作所は2MW機を国内に97基納入した実績がある。洋上では5MW機が有利だとはいえ、陸上には2MW機の市場が残っている。2MW機では「低風速域」（弱い風）に向いた機種と「高風速域」（強い風）に向いた機種を開発し、順次建設を進める。国内のさまざまな風況に対応するためだ。「低風速域に向いた機種は新潟県胎内市に導入しており、高風速域に向いた機種は秋田市で建設中である」（日立製作所）。