風力発電設備の航空無線システムへの電波干渉評価
海上・港湾・航空技術研究所 電子航法研究所
米本成人、本田純一
ブラウンシュバイク工科大 Robert Geise

国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所
National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology

電子航法研究所© Electronic Navigation Research Institute, 2019

回転している風車の影響

VHF omnidirectional radio range (VOR) に AM、 FM 成分

風力発電機の動作がレーダーに対して偽像や検出確率の低下を引き起こす。

Quelle:ドイツでは現在2300MWの風力発電に対してSpiegel-Online, 08.10.2013
投資が凍結されている。（20憶ユーロ以上）
理由はVORの風車間の両立性が成り立たなからである。
Quelle: Bundesverband für Windenergie
e.V.,Pressemitteilung, September 2015.

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研究の概要• 風力発電設備の航空無線システムへの影響を推量– スケールモデル実験による回転する風車の電波散乱、遮蔽– 得られた測定値から統計モデルを作成– 仮想的に航空無線システム、風車を配置した場合の影響の範囲を計算

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スケールモデル実験

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VOR（VHF Omnidirectional Range）への影響

VOR

East

WestNorthsouth• 航空機誘導用電波標識• 全方位に出す基準信号と指向性のある方位信号との位相差でベアリング（方位）を計測
国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所
National Institute of Maritime, Port and Aviation TechnologyVOR• マルチパス成分として混入する風車による電波の振幅・位相の乱れを計測
設置制限エリアを設定するために動いている風車がどの程度
電子航法研究所
電波を散乱するのかを計測© Electronic Navigation Research Institute, 2019使用した縮尺模型
・3次元風車模型（フル3D）
型式： Siemens SWT-2.3-130
高さ: 62m
Ｓcale: 1:14480cm

Ex.測定周波数
VOR 115MHz -> 16 GHz
送信アンテナから模型までの距離10m->1440m
・平面風車模型（羽根は平面）
型式： Siemens SWT-2.3-130
高さ: 62m
Scale: 1:72
Ex.測定周波数
ARSR 1.3GHz -> 93.6 GHz
送信アンテナから模型までの距離10m->720m
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測定シナリオ
1．反射測定2．透過測定wing
orientation +45°
翼の回転面に垂直に送信電波があたる場
合をorientation 0°

emitter
10m
absorbers

o<0°

10m

receivero<0°receiver

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測定システム（VNA）の設定条件• 模型のサイズと対象となる航空無線機器に合わせて周波数を選定• 連続波モードで伝搬係数 S21 を測定

測定シナ
リオ

風車模型

対象航空無線機器

スケール
周波数測定した周波数
帯域

反射特性
透過特性

3D scale
1:144

VOR

16GHz

10GHz-20GHz

反射特性
透過特性

2D scale
1:72

Primary orSecondary
Radar

72GHz

80GHz-110GHz

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VOR模型の反射測定 - 停止時・回転時の違い
monostatic 16 GHz, horizontal polarization , orientation 45°, pitchset 1-80024681012~20rpm

static14-90

S21 [dB]-100-110-120-130-140time [s]

風車により反射波が発生、羽根の回転に同期して反射波強度が変化
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VOR模型の反射測定値 –ピッチ角の影響–
monostatic 16 GHz, horizontal polarization , orientation 45°,-80-85

00,511,5~20rpm pitch 1~20rpm pitch 2~20rpm pitch 32

S21 [dB]-90-95-100-105-110-115-120time [s]

羽根のピッチ角の影響は少ない
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VOR模型の透過測定値-82,5-83,0-83,5S21[dB]-84,0-84,5-85,0-85,5-86,0orientation 0°-86,5orientation 5°

orientation -90°

orientation -5°-87,00,00,51,0

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1,52,02,53,0time [s]3,54,04,55,0

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2次元模型による高域周波数帯測定

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風車の向きの違いによる散乱特性 at 110GHz-50-520246

S21 [dB]-58101214161820rotatingorientation -10°

-54-568static,orientation -20°
SNR=25 dBrotatingorientation -20°

-60-62-64-66
rotatingorientation -05°

-68

rotatingorientation 0°-70time [s]国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所
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風車の向きの違いによる散乱特性at 110GHz（続き）-50-52024681012rotatingorientation +10°-5414161820rotatingorientation +20°

S21 [dB]-56-58-60-62-64-66-68v90,
orientation +5°-70time [s]国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所
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2次元模型の透過測定-20110 GHz, 20 rpm

110 GHz static

100 GHz static

100 GHz 20 rpm-25

S21 [dB]

-30
-35
-40
-45
-50-55-60
0

12

3456

78910time [s]国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所
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風車解析結果

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元データ
-20110 GHz, 20 rpm

110 GHz static

100 GHz static

100 GHz 20 rpm-25

S21 [dB]-30-35-40-45-50-55-60
012345678910time [s]100GHzの測定値
静止時の平均値：-29.7dB
回転時の値： (最大値)-28.2dB → +1.5dB(最小値)-45.1dB → -15.3dB
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風車を通る電波散乱の度数分布

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最大値で正規化した確率密度関数

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正規化した電波散乱の累積分布関数（仲上・ライス及び一様分布との比較）

レイリー分布＋定常成分＋一様分布
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風車設置シミュレーション

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想定した設置シナリオ
送信点
九十九里の海岸に高さ30mの送信局があると仮定

航空路

Air-routeTransmitterWind Turbine
85.5m

200.48m

Transmitter

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仮想的な2次監視レーダー配置
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風車：送信局の東1㎞に正対していると仮定

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風車方向における上空3000ftの受信電力の変化

Best scenarioでは通常の減衰とほぼ同じ
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上空3000ftの受信電力の強度分布

Worst scenarioでは風車の背後の受信電力が低下
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欧州におけるアセスメントの必要性• 1次レーダーの場合
Zone

Zone1

Zone2

Zone3

Zone4

詳細

0-500m

500m-15kmでかつレーダーの見通し内15km以上最大覆域以内で、かつレーダの見通し内最大覆域以内だがレーダの見通し外、あるいは最大覆域より外アセスメントの必要性

保護領域

詳細なアセスメント

簡単なアセスメント

アセスメント不要• 2次レーダーの場合
Zone

Zone1

Zone2

Zone3詳細

0-500m

500m-16kmで、かつレーダーの見通し内16km以上、あるいはレーダの見通し外アセスメントの必要性

保護領域

詳細なアセスメント

アセスメント不要

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まとめ
風力発電設備が航空無線システムに与える影響を評価する手法を検討
スケールモデル実験にて、風車の電波散乱を計測
回転する風車の散乱の頻度から、最大値、最小値を抽出
仮想的な風車と無線局の位置関係から影響のある範囲の特定航法装置に対する風車の影響を評価する手法の確立
見通し外であれば評価不要、見通し内の場合は離隔距離に合わせて評価

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