洋上での風況調査
日本気象株式会社

高祖研一，荒木龍蔵，西嶋 裕，坂田啓朗

1. はじめに後に数値シミュレーションによる風況調査について説

1.1 背景と目的明する．

わが国において，再エネ海域利用法に基づく洋上風力発電事業者の公募が開始されるなど洋上風力発電の

2.2. 洋上気象観測マストの事例

導入に向けた動きが活発化してきている．先行する欧この節では，欧州で行われた代表的な洋上気象観測

州では，90 年代から洋上風力発電所が設置され，現在マストの事例を紹介する．洋上気象観測マストでの観では北海で大規模な発電所が運用されている．

測は非常に大きなコストがかかるものの，研究の面か

洋上風力発電所の設置に向けて事業性評価，ウィンらは，洋上の気象・海象，海底地形・地質，環境など

ドファーム認証（工事計画届）を行う必要がある．事

幅広い調査が実施でき，実際にウィンドファームを建業性評価においては，重要な指標の一つ｢発電量｣の評設する際の貴重で重要な知見が得られている．本稿で価のために，風況調査が行われる．ウィンドファーム

は洋上風況観測に関して記述しているため，風況観測

認証においては，風力発電所を建設するサイトの環境手法の技術進展を中心にいくつかの事例とその周辺地条件において安全性が設計上担保されていることを確

域の現状を紹介する．

認するために，高精度な風況調査が求められる．

オランダ沖において洋上気象観測マストの運用が

風況調査においては，現地観測と数値シミュレーシ

2005 年夏より開始された．1)海面高は 116m であり，高ョンを用いるが，先行する欧州ではこれら手法の確立

度 21m，70m，116m を観測しており，これはハブ高 70m

や発展が進んでおり，わが国においても同様の発展がの風車における，ブレード上端付近までをカバーする必要である．

ことを想定している．このマストは 3 つの軸で構成さ

本稿では風況調査について，海外の洋上風況調査事

れ，各軸からブームが出ており，その先に観測機器が例をまとめ，
わが国の動向，今後の展望について示す．

設置されている．つまり，各観測高度に 3 つの観測機器が設置されている．観測値の解析結果から，風上側

1.2 文書構成
本稿では，第 2 章で海外の洋上風況調査の事例と発展について，第 3 章でわが国における洋上風況調査のにある風速計を用いることでマスト自身による乱れの影響の少ない値が得られることがわかった．
このマストは Egmond aan Zee Wind Farm 建設後には，事例，最新研究プロジェクトについて述べ，第 4 章で風車のウェイク観測，負荷，発電性能の調査といった今後の展望について記述する．

目的で用いられている．なお，Egmond aan Zee Wind

また本稿で記述するライダーとは，リモートセンシ

Farm の総設備容量は 108MW である．

ング技術のひとつで，ドップラー効果により，観測対象の相対的な移動速度と変位を観測することで風向風速を算出するドップラーライダーである．その種類には，スキャニングドップラーライダー（以降，スキャ
ニングライダー），フローティングドップラーライダー（以降，フローティングライダー）とある．
2. 海外の洋上風況調査2.1. 概要
本章では，欧州を中心に海外の風況調査手法や先進的な研究事例について紹介する．まず，気象観測マス
ト，スキャニングライダー，フローティングライダーといった洋上風況現場観測手法について説明し，その図 2.1 Egmond aan Zee での各風速計の対象風向 1)

2002 年 1 月にドイツ政府は，北海とバルト海におけ

FINO3 は，ドイツ沿岸の北海上(55º 11.7' N, 7º 9.5' E)る計画・申請段階にある主要な洋上風力発電所近傍のに設置され，2009 年 8 月に稼働したプラットフォーム

うちの 3 ヶ所に，2 つの研究開発目的のプラットフォである．衛星通信によってデータをモニタリングしてームを建設することを決定した．このプロジェクトがいる．ヘリポートが搭載されており，ヘリコプターでFINO（独：Forschungsplattformen in Nord- und Ostsee，

もアクセスができる．

北海とバルト海の研究プラットフォームの意）
である．

地点の水深が 22.0m であるのに対して，モノパイル建設されたプラットフォームは計画順に FINO1，式の基礎は海面下 52.0m まである．マストの海面高はFINO2， FINO3 と呼ばれている．このプロジェクトの120m で，3 つの軸で構成された三角形の形状をしてい目的は 2 つあり，1 つ目がウィンドファーム設備の技る．塔の上から見た場合に三角形の各辺から反時計回術設計に関する未解決の課題の解明へ寄与することで，りに伸び出た先に風速計があり，同高度に 3 機置され風況と海象の測定，海底状況の把握や雷の測定が行わている．このように，各風速計が前後 60°ずつ，つまりれている．2 つ目はウィンドファームに関連する環境

120°ずつ観測する（図 2.2 の 3 色の扇型が観測風向をに関する知識不足を補完することで，バードストライ表している）ことで，マストによる乱れの小さい，風クやイルカ，底生生物に関する調査・研究，さらに，向によって導き出された位置の観測が選択される仕組

船舶衝突に伴う環境被害の防止に関する研究が行われみとなっている．5)これが俗に「FINO3 ルール」と呼ばている．このような観測・調査・研究によって，ウィれるもので，IEC の基準にもこの内容が記載されていンドファーム建設に関する知見を得た結果，現在ではる．このように風速計の選択一つをとっても FINO に各プラットフォーム周辺には大規模なウィンドファー

よる技術の進歩がみられる．なお，FINO1 の項での記ムが建設・計画されている．本項では，FINO1 と FINO3

述と矛盾しているようにも思えるが，これはマストのについて紹介する．

構造の違いによって乱れの構造が異なったためと考え

2)

FINO1 は，ドイツ沿岸の北海上(54°00' 53.5" N, 6°
35'15.5" E)に設置され，2003 年夏に稼働したプラットフォームである．3)ヘリポートが搭載されており，ヘリコプターでもアクセスができる．
地点の水深は 28.0m があるのに対して，ジャケットられる．そのため，構造に合わせた処理が行われることが期待されることがわかる．
なお，周辺では，2010 年半ばより総設備容量
300MW 程度の Butendieck，DanTysk，Sandbank8) 9)といった大規模なウィンドファームが建設されている．

式の基礎は海面下 58.0m まである．海面高は 101.5m
で，現在の大型化する風車のハブ高度も 100m を少し上回るくらいであることを考えると，稼働から 20 年近い現在でも風況調査にも十分活用できるスペックである．4 つの軸で構成された四角形のマストから，T 字に風速計が 1 高度あたり 2 機設置されている．
この構造の場合，T 字に対して相対に風が吹走する
場合は，観測機器が乱れの影響を受けにくいが，逆にT 字に平行に風が吹走する場合は，マスト自体の乱れの影響を受けやすいことが指摘されている．4)そのため ， 観 測 値 の 補 正 手 法 が 研 究 さ れ ， “UAM mast

図 2.2 FINO3 の各風速計の対象風向 4)

correction” (UAM = uniform ambient flow mast correction)という手法が提案されている．これは Westerhellweg etal., (Ⅰ) 5)に詳述されている．
周辺にはドイツで初となる洋上ウィンドファームである Alpha Ventus が 2009 年から稼働している他，
Borkum Riffgrund， Trianel Windpark Borkum と称される総設備容量数百 MW 級の大規模なウィンドファー
ムが建設・計画されている．6) 7)
図 2.3 FINO1 と FINO3 の模式図 4)本節では欧州での洋上風況調査における気象観測マ

2.4 フローティングライダーの発達

ストの事例とその風況観測手法について述べた．欧州

Carbon Trust 社の資料（2018 年）によると，13 機種

でも，初期段階ではこうした気象観測マストによっての FLS（フローティング・ライダー・システム）があ風況調査を行っており，導入に伴って，その風況観測

り，北ヨーロッパを中心に北アメリカや台湾などを含についても，技術が発展していることがうかがえる．

めて 40 サイト，84 プロジェクトにおいて FLS が採用

また，その風況観測の知見を以て，ウィンドファーム

されている．15)また，現在も新しい機種の開発は継続が建設されたり，その後の研究に活用されたりと非常され，採用されるサイトやプロジェクトの数も増えてに有意義に生かされている点もわが国は見習わなけれおり，韓国や日本でも採用されている．

ばならない．
2.3 スキャニングライダーの実証
スキャニングライダーは陸上に設置するため，設置
計画，工事が比較的容易な調査である．欧州では New
European Wind Atlas project (NEWA) 10)での実証実験を代表として風況調査に導入するための研究が進んでいる．しかし，計測できる距離がせいぜい 10km 程度先までであるため，欧州で主流の離岸距離数十 km 以上のウィンドファーム建設のための風況調査には採用できないためか，洋上での導入は他の手法と比べると欧図 2.4 FLS の歴史 15)

州での研究事例が少ないように思われる．
この節では，
欧州で行われたスキャニングライダーによって洋上の観測が行われた実証実験の 2 事例を紹介する．

FLS は従来の洋上風況観測タワーに取って代わり，大幅なコスト削減と自由な移設が可能なことから開発

1 つ目は，2015 年 11 月から翌年 2 月にデンマークが進められてきたが，2013 年 Carbon Trust OWA におで行われた NEWA の一つの実証実験である RUNE

いて，
その商用化に向けたロードマップが作成された．

(Reducing uncertainty of near-shore wind resource estimates

そこでは，以下の表のように，技術の習熟度に合わせusing onshore LiDAR)プロジェクトによるものである．

たレベル分けがなされ，それぞれのレベルを達成する

スキャニングライダーに関する幾つかの検証が行われための技術要求基準が設定されている．16)ており，
陸上での事前検証では 116.5m の気象観測マス
トとの比較において良い結果を示し 11)，洋上の実証観
測では，デュアル観測とシングル観測の比較 やスキ12)ャニングライダー観測と衛星観測との比較などが

表 2.1 FLS の商用化ロードマップ
レベル

13)

行われた．

Baseline(Stage1)

われた． 沿岸と洋上のリファレンスの鉛直照射型ラ14)Pre-Commercial(Stage2)

イダーを用いて，2 機種の精度を比較検証している．
また，デュアル観測がシングル測定よりも大幅に精度が良いことを示した．洋上観測との比較が行われてお条件：陸上プロジェクトにおいて実績のある
ライダー機種を採用している
内容：洋上風況観測塔への補完的使用が可能

2 つ目は，2016 年 1 月から同年 5 月にアイルランドのダブリン湾で，デュアル観測を中心に実証実験が行

条件と内容

条件：Stage2 の基準をクリアしている
内容：条件付きで商用利用が可能
条件：Stage3 の基準をクリアしている

Commercial(Stage3)

り，先進的な検証である．

内容：洋上観測塔と同様に（設備稼働率，風向
風速データ精度，データ取得率において）商用利用が可能

本節では欧州での洋上風況調査におけるスキャニン※15)より筆者訳

グライダーの実証実験の 2 事例を紹介した．スキャニ

Stage 2 や Stage 3 を達成するためには，6 ヶ月間のングライダーの精度検証が進みつつあり，今後の精度トライアル，あるいは Wind Resource Assessment (WRA;の確立と今後の発展が期待される．

風況資源量調査)の期間中に設備稼働率，データ取得率，
風向風速の精度に関する基準をクリアしなければならない．

2018 年にはロードマップのバージョン 2 が発表され，主に Stage 3 の技術要求基準が改定された． 現在
17)のところ Stage3 を達成している機種は無いが，Stage 2にあっても，事業者によっては WRA に採用すること明した上で，最新の海外の最新の研究について言及する．
数値シミュレーションはそのスケールの違いによって，様々な役割を果たしている 21)（図 2.6）．

もあり，そのようなプロジェクトが近年増えてきている．例えば，DONG Energy 社（現 Ørsted 社）の Burbo
Bank Extension は世界で初めて FLS によって取得したデータをもとに WRA を行い，資金調達を行ったプロジェクトである．18)
現在 Stage 2 の FLS は 8 機種あり 19)，日本や日本と似た気象海象条件を持つ台湾や韓国において導入された実績があるのは Fugro 社，Axys Technology 社，そして Eolos 社であり，それぞれ日本に支社やパートナーが存在する．
Fugro 社の FLS は，ノルウェーやオランダ，イギリ
スで実績がある．

図 2.6 風況調査のモデルのフレームワーク 21)

Axys Technology 社の FLS は，アジア地域では 2013
年に台湾で初めて導入され，その後 7 プロジェクト以まず，グローバル〜メソスケール（解像度 10km 以

上に携わっている．そして，2020 年には日本で初めて上）のモデルでは気候変化による長期変動の把握に用同社の FLS が NEDO プロジェクトにおいて，むつ小いられる．欧州では，客観解析値を代表とする全球モ

川原港沖に導入された．

デルを用いて風速の長期変動を調べた研究が行われてEolos 社の FLS は，アジア地域では 2020 年に韓国のきている．その研究結果の例を挙げると，欧州での近蔚山（ウルサン）に初めて導入され，3 プロジェクト

い将来（10 年～20 年単位で）の発電所の出力量の変化に携わっている．Royal Dutch Shell 社が開発を行うプ

が-12%から 8%の間で変化するという研究 22)や欧州にロジェクトでは，蔚山の沖合 60km，水深 150m の場所

おける 21 世紀内の風速の変化はほとんどの地域でに同社の FLS が設置されている．

±5%程度とする研究 23)などがある．このように全球モ

20)

近い将来Stage 3 を達成すると言われるFLSもあり，
今後さらに FLS の採用が増えると考えられる．

デルによって，風速の長期的な変動を予測する技術が確立してきており，その予測が進みつつある．
次にメソスケール（解像度 1~10km）のモデルでは，発電量推定を中心とした風況調査が行われる．このメ
ソスケールモデルとして近年普及しているのがアメリ
カ大気研究センターとアメリカ環境予測センターを中心に作成された WRF (the Weather Research and Forecast
model)である．WRF は客観解析値や衛星観測値を取り込んでダウンスケーリングすることにより，メソスケ
ールの風況推定値を算出している．WRF の特徴として，力学的な効果だけでなく，大気安定度を代表とする熱力学的な効果も考慮できるため，熱力学的な影響の大

図 2.5 Eolos フローティングライダー（Eolos 社提供）

きい洋上では熱的な要素を考慮できない流体モデルと比較して優位性がある．この WRF を用いた風況調査

2.5 数値シミュレーション
数値シミュレーションは風況調査における発電量推定から風車設計強度の算定に至るまで，様々な役割をの研究が進められており，最近では，NEWA プロジェ
クトの一つとして，欧州周辺の風況再現が行われている．24)

果たしている．この節では，風況調査における数値シ

マイクロスケールモデルでは，風車同士のウェイク

ミュレーションの役割と海外での技術発展について説の影響や風車自体の設計についてのシミュレーション

が行われる．欧州では，現場観測値を取り込むマイク

観測タワーには三杯風速計 22 台，矢羽根風向計 23

ロスケールモデル WAsP（線形）によるシミュレーシ

台，超音波風向風速計 3 台，ドップラーライダー1 台

ョンもサイト固有のローカルな風況特性を把握するたが設置され，風況観測以外にも，気圧，温湿度，雨量

めに古くから用いられていた．最近では，洋上ウィンなど計測されている．

ドファームの導入に従って，風車ウェイクの考慮が重要であることが明らかになってきた．その再現のために様々なマイクロスケールのモデルが開発されている．
また，近年では，メソスケールの WRF の計算を取り込んだり，カップリングしたりして，さらにダウンス
ケールを行って，ウェイク再現を行うモデルが開発されつつある．21) 25)
数値シミュレーションによって風況に関する様々な知見を得て，研究・開発が進んでいる．こうした発展
は計算技術の発達に伴ったものである．今後も計算技術の発展が見込まれるため，数値シミュレーションによる，
より詳細な風況調査が行われることを期待する．
2.6 まとめ

図 3.1 着床式洋上風力発電実証研究施設（銚子沖）26)
風速計の設置基準，観測値の処理方法について

海外の洋上風況調査は，現地観測手法においては，

FINO3 と同様の方法を用いており，一定の精度の風速

気象マストを主で用いながらも，最近では気象マスト

値が得られている．また，一定精度の風速値が得られからリモートセンシング技術（ドップラーライダー）

るとしたものの，さらに良い精度にするため，CFD にへ移行も見られている．

よるタワー周りの乱れの解析を行い，それによって，数値シミュレーションではダウンスケーリングによ流れとの相対的な風速比（補正係数）を求め，観測値って 1km 以下のスケールでのシミュレーションが行に乗じている（銚子ルール）．これによりさらに良い精

われ，資源量評価だけでなくウェイクの再現なども行度となったことが示されている．

われている．
3.2.2 福岡県北九州市の事例 28）
3. 日本の洋上風況調査3.1. 概要
本章では，わが国において取り組まれている洋上での風況調査について，実証実験をはじめ先進的な事例

福岡県北九州市沖に，2012 年 6 月に観測タワー（海面上 85m；ハイブリッド重力式基礎），2013 年 3 月に洋上風力発電施設（2000kW 機；ハイブリッド重力式基礎）を設置し観測された．

について紹介する．気象観測マスト，スキャニングラ

観測タワーには三杯風速計 12 台，矢羽根風向計 9

イダー，フローティングライダーといった洋上風況観

台，超音波風向風速計 4 台，ドップラーライダー1 台

測手法について説明し，その後に数値シミュレーショ

が設置され，風況観測以外にも，気圧，温湿度，雨量

ンによる風況調査について説明する．

など計測されている．センサーの観測タワーの影響の補正のために CFD による解析が行われている．

3.2 洋上気象観測マスト
この節では，わが国で行われた代表的な洋上気象観

今後 CFD モデルによる再現が建設前の検討や風速の補正の主流になる可能性も示唆されている．

測マストの事例を紹介する．
3.2.3 福島のプラットフォーム 29）
3.2.1 千葉県銚子市の事例 26) 27)

2013 年 11 月から 2019 年 3 月に福島県沖にて日立製

千葉県銚子沖に 2012 年 8 月に観測タワー（海面上作所製 2MW，5MW 風車，三菱重工業製 7MW 風車，

95m；重力式基礎），同年 10 月に洋上風力発電施設

洋上変電所の複数基による浮体式洋上風力発電システ（2400kW 機；重力式）を設置（図 3.1）し観測された．

ムの実証が行われた．洋上発電所のプラットフォームとしてジャパンマリンユナイテッド社製のアドバンス

トスパー浮体が使用された．浮体は，上部ハル，コブ，

3.3.3 兵庫県洲本市の事例 32)

中間ハル，下部ハルの 4 つから構成されている．上部2016 年 11 月から翌年 4 月に兵庫県洲本市五色町に

ハルには気象観測用タワーとヘリポートがあり，上部て Wood Group 製 Galion ライダー G4000 によるデュ

ハル内に変電設備が設置されている．また，垂直状態

アル観測が行われた．最初の 1 ヶ月は陸上の観測マス

での建造・曳航を可能とするため，下部ハルにはコン

ト地点を照射することで精度検証が行われた．風向・

クリートを充填して重心を低くしている．浮体の高さ

風速共に決定係数が 0.98 以上となり，かなり良い精度

は 71m で，計画喫水は 50ｍ，係留索本数は 4 本であで観測ができていることが示された．その後，洋上でる．設置から 4 年 8 ヶ月の経過時点では，稼働率がの観測を 1 年間行い，洋上の風況調査に関する研究に100%であること，維持管理費が，気象観測用タワーの用いた．

部品交換を除くと，同じアドバンストスパー浮体を使用した 5MW 浮体と同水準になることから可用性の高い浮体であることが示されている．
観測タワーには三杯風速計 9 台，矢羽根風向計 10台，ドップラーライダー1 台が設置され，風況観測以
外にも，波高・波周期，流速・流向など計測されている．さらに洋上変電所が許容できる加速度や傾斜が緩和されれば，最適化による資本費の低減の可能性も示されている．
3.3 スキャニングライダーの実証事例
この節では，スキャニングライダーの現状を書く．

図 3.2 Galion ライダーの写真 32)

欧州と比較すると，わが国の候補海域が沿岸地域に多いため，需要が高い．そのためか欧州と比較しても劣らないような実証実験が進んでいる．
3.3.1 茨城県神栖市の事例 30)
2014 年 3 月から翌年 2 月に茨城県神栖市の波崎海洋研究施設桟橋の周辺で三菱電機製 LR-S1D2GA 1 機または 2 機を用いた様々な観測実験が行われた．シング
ル観測・デュアル観測の双方が行われたほか，WRF 計
算との比較が行われた．しかし，他の観測手法による観測値との精度検証はなされていない．
3.3.2 千葉県銚子市の事例 31)2016 年に千葉県銚子沖の観測タワーのプラットフ
ォーム上に Leosphere 製 WINDCUBE 100S 1 機が設置され，RHI 法や PPI 法による水平方向への照射と DBS法による鉛直方向の照射による観測が行われた．直近

図 3.3 洲本市のライダーと気象マスト位置図（上）及びライダー測定点の概略図（下）の実証機の風車上のナセル風速計との比較により決定
係数 0.98 という良い相関を得た．比較に用いたナセル

3.3.4 茨城県神栖市の事例 2 33)

風速計の値は，ナセルの影響を除いた実際の風速値と2018 年に茨城県神栖市の波崎海洋研究施設桟橋のなるように補正されたものである．他にも風車ウェイ

周辺で Leosphere 製 WINDCUBE 100S，200S を用いた

クの観測が行われ，風車から離れたところでは，計測観測が行われた．シングルライダー視線風速観測の精された風速とウェークモデルの予測値は同じ傾向を示

度検証では，400m 離れた鉛直照射型ライダーや地表すことが確認された．

面付近の超音波風速計との比較により行われ，かなり良い精度で観測できることを示された．シングルライ

わが国では 2015 年に初めて佐賀県唐津市加部島沖にダー観測が気象観測マストや浮体式ライダーを置き換

Fugro 社の FLS が設置された．Fugro 社では以来，現在えることができる精度を持つことを主張された．

まで 7 機の FLS が日本に導入されている．36)
次に 2016 年度～2019 年度の 4 ヶ年のスケジュール

3.3.5 日本海側の事例

34) 35)で山形県庄内沖にて三菱電機製のフローティングライ

パターン A として 2020 年 2 月中旬から 3 月中旬の

ダーとスパーブイを組み合わせた洋上風況観測が行わ

1 ヶ月間に日本海側沿岸において， Leosphere 製

れた．37) 本事例では国内での先行事例とは異なる，沖

WINDCUBE 200S を用いた FIXED 手法によるデュア合での実証が行われた．データ取得率は，ターゲット

ル観測が行われた．防波堤以上の気象観測マストとのとする高度 100m で 99.2%と非常に高い数値が示され比較の結果，風速風向に関しては決定係数が 1.00，乱た．データの信頼性についても，洋上ブイ直近の海岸

流強度については，90%タイル値の類似が確認され，に同機種のライダーを設置し，並行観測を行った．結風速・風向・乱流強度に関して高い精度で観測できる

果として，強い相関関係が見られ決定係数 R2 は全デーとする結果を得た．

タの場合で 0.932，海風のみを抽出した場合には 0.972となることが示された．
3.5 数値シミュレーションの活用
わが国の洋上風況調査においても数値計算技術の活用が進んでいる．
例えば，グローバルスケールとメソスケールモデル
を用いて長期解析についての研究がいくつか進んでおり，WRF を用いた日本沿岸海域における風速の増減
傾 向 マ ップより，北陸以北の日本海沿岸と南西諸島

図 3.4 スキャニングライダー設置状況 34)

沿岸において風速は増加傾向にある一方，東北以南の太平洋沿岸の多くの海域において減少傾向にある

パターン B としてスキャニングライダーの精度検証

ことが示されている．38)

についても研究が進められている．間野，石原ら 35)はまた，WRF を用いた風況調査として日本沿岸海域の離岸距離や，天候の影響によるにデータ取得率の低下

洋上風況マップ NeoWins39)がある．これは WRF によや，フィルタリングの重要性などについて示されていって沿岸地域の風況として 500m 格子の計算結果が用る．離岸距離が離れていくことで，データの取得率がいられている．この NeoWins の精度はハブ高度におい低下すると考えられている．雨や雪など天候が加味さて，バイアス±5%であることが示されており 40)，有力

れるとさらにデータ取得率が低下することが示されて候補海域の絞り込みには非常に有用である．

おり，データ取得率の検証は極めて重要だと考える．

今後，わが国においては，さらに小さなスケールでまた観測精度を向上させるためには，ただデータ取得のシミュレーションが必要になってくる．また，洋上率を上げるだけではなく計測精度の低いデータを除去のシミュレーションでは大気安定度の考慮が重要になする必要があることについて触れられている．スキャってくる．特に現在公募海域に多い沿岸地域では海陸

ニングライダーの特徴でもあるセクターサイズ（有効のコントラストの影響で，離岸距離方向の風況の変化なデータがカバーした角度）について検証が行われてが大きい．こういった再現については，WRF や日本の

おり，観測精度は有効データ数よりもセクターサイズ

風況調査でよく活用されている MASCOT も再現性のに強く依存することも示されている．

十分な検証が必要であることが示されている．41)そういった大気安定度や海陸コントラストの影響を再現し，3.4 フローティングライダー実証

その上で，現場観測値を取り込んだり，マイクロスケ

この節では，フローティグライダーの現状を書く．

ールのモデルと組み合わせたりできるシミュレーショ

欧州と比較すると実証実験の例が少なく，今後，わがン技術によって風車ウェイクまで考慮した風況推定や国の台風や低気圧などのある気象海象条件下での実証

風車への負荷影響評価などができるシミュレーション

実験が必要である．

の開発が今後求められるであろう．

3.6 NEDO 事業について

1 年間の現地観測終了後には，観測データをナッジ

新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)において進められている事業を紹介する．

ング手法で取り込んだ WRF 計算により，洋上風車の設置が見込まれる海域全体を評価する予定である．
洋上の乱流強度と極値風速の算出には k-ε モデルを

3.6.1 NEDO 着床式洋上 WF 開発支援事業(一般海域に用いる．乱流強度は，気象観測マストで観測された実おける洋上ウィンドファーム基礎調査Ⅰ）

測値を入力値とし，16 方位別の気流解析による風向別

洋上風力発電の基本設計に必要なデータを収集するの補正係数を乗じることにより算出する．
極値風速は，

ことを目的とした観測を秋田県にて実施している．陸土木学会指針による方法と，建築学会指針による方法

上風況観測マスト，鉛直ライダー，スキャニングライの 2 つの推定方法により算出する．

ダーを用いて，洋上沖合 2km を対象とした 1 年間の観測を行っている．
スキャニングライダーの観測項目は，

3.6.2 NEDO 着床式洋上 WF 開発支援事業(洋上風況調

洋上における 10 分間平均風速，10 分間平均風向であ査手法の確立) 42)

り，観測高度は，40m，100m，160m の 3 高度である．

本事業は，国立研究開発法人産業技術総合研究所（代

スキャニングライダーで洋上の風況を観測，鉛直ライ

表機関），国立大学法人神戸大学，イー・アンド・イー

ダーと気象観測マストで陸上沿岸の風況データを観測

ソリューションズ株式会社，日本気象株式会社及び一する．洋上観測地点（スキャニングライダー）の欠測

般財団法人日本海事協会の 5 者による共同受託事業で時には，陸上沿岸のデータを用いた MCP 法(Measure-ある．また，業務の一部は株式会社ウインドエナジー

Correlate-Predict)による補完を行っている．この手法にコンサルティングへ再委託するものである．

より，充足率の高い洋上風況データの取得を可能としスキャニングライダーやフローティングライダー等ている．観測の概要図を図 3.5 に，観測機器の設置時のリモートセンシング技術を活用した洋上風況観測手

状況について図 3.6 に示す．

法を確立するための技術開発を目的として，青森県六
200m

測定点＝

v

スキャニングライダー観測ではフランス Leosphere
160m

160m

100m
58m
40m

40m

100m

ヶ所村むつ小川原港にて観測を行っている．

v

vとイギリス Halo Photonics 社製の StreamLineXR+（以v下，XR+）の 2 機種を使用している．シングル観測とv

スキャニングライダー

想定風車

気象マスト
鉛直ライダー

2000m

海域

社製の Windcube200S 及び 100S（以下，200S と 100S）

デュアル観測の 2 つの手法により，10 分平均風速・風向・鉛直シア・乱流強度等の検証をする．

陸域

図 3.5 観測概要図
(a)

(c)

(b)

図 3.6 観測機器の設置状況：(a)鉛直照射型ライダー，(b)スキャニングライダー，(c)気象観測マスト

図 3.7 むつ小川原港の観測サイトと機器配置 42)

4

わが国の洋上風況調査の展望

4.1 洋上風況調査技術
これまで述べてきた洋上風向調査手法のまとめを図4.1，表 4.1 に示す．

図 3.8 陸上サイトライダー設置状況 42)
フローティングライダー観測では，その観測データについて，近傍の防波堤に設置された気象マストと鉛
直ライダーの観測データを用いた精度検証を行っている．
フローティングライダーは，
Fugro 社製 SEAWATCH，

図 4.1 洋上における風況調査手法 43)

AXYS 社製 WindSentinel，長崎県 5 社製 MIA の 3 種類を使用している．フローティングライダーでは浮体動
揺が風況観測精度に与える影響についても検証する．

図 3.9 使用したフローティングライダー
SEAWATCH（左），WindSentinel（中），MIA（右）42)

また，本事業では風況観測データの観測期間を短縮

表 4.1 風況調査手法
観測手法

観測
精度

建設
費用

建設
作業

離岸
距離

乱流
強度

①洋上風況
観測タワー

高

高

困難

限定
なし

〇

②スキャニング
ライダー

△

中

容易

近距
離

△※

③フローティング
ライダー

△

中

容易

限定
なし

△

④洋上
プラットフォーム

高

高

困難

△

〇

〇：取得可 △：研究段階※研究段階だが，技術的に最も期待が大きい化した場合に年間風況推定精度にどのような影響があるかを評価するなどのシミュレーションに関する研究も行う．

現在，風況観測手法としては，4 つの手法が考えられている．①の洋上風況観測タワーは，観測精度が最も高く理想的な計測手法である．風力関連の研究開発

3.7 まとめが先行している欧州諸国にて，採用が多い手法でもあわが国では欧州とは異なる国土の特徴の中で，気象る．
しかしながら欧州と国内の沿岸海域の違いにより，観測マスト，スキャニングライダー，フローティング

国内での建設作業が難しいこと，建設に多大な費用をライダーと実証事例を着実に積み重ねている．特にス要すること，許認可にも長い時間を要することなどク

キャニングライダーについては，欧州と比較しても劣リアする課題が多く，代替手法が望まれている．

らないような実証実験が進んでいる．

④洋上プラットフォームは，手法①同様に，費用面

現地観測手法に加え，数値シミュレーションモデル

と建設作業面において課題はあるものの，これからのについても，その高精度化と高解像度化やウェイクモ技術研究開発により，信頼性の高い風況観測手法となデルなどの開発も必要である．

る可能性があると考えられる．
リモートセンシング技術である②スキャニングライ
ダー，③フローティングライダーは，観測精度は研究段階にあるものの，手法①，④の建設が難しいサイト
でも，設置が可能であること，費用に関しても抑える

ことができるため，望まれている手法である．手法②は，離岸距離が大きくなると観測が困難になるため，離岸距離が近い部分を得意としており，手法③としては，洋上に装置を設置するため，手法②では困難な離岸距離が遠い部分でも観測可能となる．しかしながら乱流強度の観測については，手法③では研究段階であるものの浮体動揺の影響があるため難しいと考えられており，手法②では研究段階であるものの，デュアル
観測技術を用いることで取得できることが示されている．
4.1.1 コンバージェントビームライダー観測/スキャ
ニングライダー(デュアル観測)
上記手法②のスキャニングライダーのうち，現在乱図 4.2 スキャニングライダー（シングルスキャン）

流強度の測定が可能とされているコンバージェントビ
ームライダー観測について示す．
ドップラーライダーはレーザーを用いて，空気中の微粒子（エアロゾル）からの反射波により風向風速を
リモートセンシングにて測定する技術である．
機器は測定方法の違いから，鉛直型ライダーと水平照射型スキャニンライダーの 2 種類に分けられる．ス
キャニングライダーの技術的特徴は，レーザーの方位角，仰角を自在に制御し，水平，鉛直，斜めなど任意のスキャンが可能な点である．これより水平方向に離れた位置における風向風速の測定が可能であることから，風況観測塔の建設が困難な場所，洋上における風況を陸上沿岸に設置した機器で，測定することが可能となる．
さらにスキャニングライダーの測定方法は，1 台の図 4.3 コンバージェントビーム（デュアルスキャン）

機器を用いて測定する方法と，複数台（2 台）の機器を用いる方法がある．複数台用いる方法は「コンバーシングルスキャンは，ある平面状にて照射角度を変ジェントビームライダー観測」の名称で呼ばれており，

えたレーザーを出力し，エアロゾルからの反射波を取

主に 2 台用いることから「スキャニングライダー(デュアル得する．そのため，値を取得できる間隔（サンプリン

観測)」とも呼ばれている．

グ）は，レーザー照射角度の切替え性能に依存する．

当手法では，複数台のスキャニングライダーからの速度成分はレーザー照射に沿ったものしか取得できなレーザーを 1 点に集中させるようにセットすることでいものの，複数のレーザー成分を合成することで，10測定するため，細かいサンプリングが必要となる乱流

分平均風速について，高精度なデータの取得が可能と計測が可能とされている．この方式は，三杯式風速計

されている．

同様に特定ポイントの空間の風速を算出する WVR※
モデルで算出される．
図 4.2，図 4.3 にそれぞれの測定イメージを示す．

デュアルスキャンは，レーザーの照射角度は変えず照射した反射波を取得する．そのため，サンプリング
はレーザーの受光部の性能に依存するため，シングル
スキャンと比較して高頻度サンプリングデータを取得※Wind Velocity Reconstruction

することができる．
最適な構成はビームの仰角が最も低く，ライダービ
ームによって広がる 2 次元平面は，水平面とできるだけ平行であることが望ましいとされている．また，ビ

つかっている．複数台の風車を立てたとき，上流側のームの方位角が 90°に近いものが良いとされている．

風車と下流側の風車で発電量の違いが発生することな一定の広さの空間を代表させるシングル測定とは異どが報告されており，その対応について研究が始まっなり，コンバージェントビームライダー観測は，1 ヶている．海外では風車を制御（特にヨー制御）するこ所の空間をセットするため，三杯風速計同様に高詳細とによって，ウェイクの向きをずらして，発電量を最な測定が可能である．

大化することができるとする文献が見られた．44)また，この手法，細かいサンプリング測定が可能である一ナセルライダーによる観測やマイクロスケールのシミ方，測定設定が非常に複雑で，高度な測量技術が求めュレーションによって後流の構造や風車間の相互影響られる．

も明らかになりつつある 45)．
こうした発電量の最大化など、発電事業に大きな影

4.2 今後の展望響を与える課題に，わが国が取り組む沿岸海域での洋4.2.1 リモートセンシング技術の活用

上風況調査技術を用いることで，国内事業への寄与のわが国では，
国土の自然条件，
社会的制約条件から，
風況調査手法にはリモートセンシング技術が望まれてみならず，同様の課題を持つ他国へのアピールにもつながると考える．

いる．中でも，現状は海岸線近傍に促進区域や公募区域が多いため，これからの風況調査にはスキャニング

5.まとめ，他国へのアピールへ

ライダーの普及が期待される．現在，これらの研究開

本稿では，洋上での風況調査について海外の事例，日発が盛んに行われており，今後の研究結果が期待され本の事例，最新研究プロジェクトや今後の展望についている．また，リモートセンシング技術開発の促進のて述べてきた．内容を以下に示す．

ために，国内においてリモートセンシング機器の認証を取る仕組みが必要である．ドップラーライダーは観(1)海外の洋上風況調査

測値との比較をもとにした測定値の信頼性を評価する

これまでの気象マストを用いながらも，最近では気必要があり，現在は主に海外に依存している．国内で象マストからリモートセンシング技術（ドップラーラの認証の体制を整えることが，このリモートセンシンイダー）へ移行が見られている．また数値シミュレー

グ技術の開発スピードをさらに加速させると考える．

ションではダウンスケーリングによって 1km 以下のスケールでのシミュレーションが行われ，資源量評価

4.2.2 事業適用範囲の拡大，発電量最大化技術開発へ
洋上風況調査は，事業開始前の事前調査だけではな
く，事業計画，工事中，事業運転，撤去などすべてのプロセスでも重要な役割を担うものである．

だけでなくウェイクの再現なども行われてきている．
(本稿 2 章)(2)日本の洋上風況調査
わが国においても，スキャニングライダー，フローティングライダーとリモートセンシング技術の実証事
例を着実に積み重ねている．また数値シミュレーショ
ンモデルの高精度化と高解像度化や，ウェイクモデル

図 4.4 洋上風力発電の計画から撤去のプロセスの開発がこれからも続いていくと考えられる．(本稿 3章)

計画段階においては，事業性の評価や，工事計画の(3)わが国の今後の展望について

作成，工事段階においては，工事船の運用への気象，

わが国としてはリモートセンシング技術を軸として

海象予報，事業段階においては，オペレーション，メ

研究開発を進め，洋上風力発電に活用する．そして，ンテナンス計画・発電量を最大化，撤去段階においてこの風況調査技術は，発電機の運転時にも寄与し，30

は作業計画の作成など，風況調査により得られるデー

年以上に及ぶ洋上風力発電事業全体に貢献するものでタから事業へ与えるメリットは多い．

ある．さらには欧州とは異なる沿岸海域での洋上風況

わが国の洋上風力開発は今後，計画，工事ときて，調査技術は，国内のみならず，わが国と同様の国土・事業運用段階に入っていくと考えられる．事業運用段環境を持つ他国へのアピールにもつながると考えられ

階では風車 1 台あたりの発電量について注目され，既る．(本稿 4 章)に海外では，新たに発電量の最大化というテーマが見謝辞
本稿作成にあたり，新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）新エネルギー部より，多大なるご支援とご協力を賜りました．さらには，研究機関を初め，各関係者の皆様に，貴重なご指導とご助言を賜りました．ここに記して，心より感謝を申し上げます．

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28060/1549734271894331
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