͑͑͑









目

要

次

旨 ····························································································································································

3

1．はじめに ····················································································································································

42．中型風車の開発と現地実証試験の概要 ·································································································

4

2.1

300kW級中型風車の開発コンセプト ·······························································································

42.2

基本的な仕様と設計条件 ·················································································································

52.3

現地実証試験の概要 ·························································································································

7

3．現地実証試験結果 ·····································································································································

8

3.1

強風時の風速および発電特性 ·········································································································

8

3.2

風の乱れ特性の検討 ························································································································· 13

4．風車ナセル上の風速特性の実験的検討 ··································································································· 20
4.1

実験の目的と概要 ····························································································································· 20

4.2

供試風車の可視化実験装置および方法 ························································································· 23

4.3

供試風車の可視化実験結果 ············································································································· 24

4.4

ナセル模型の可視化実験装置および方法 ····················································································· 25

4.5

ナセル模型の可視化実験結果 ········································································································· 26

4.6

ナセル風速に関する検証 ················································································································· 27

4.7

実験結果のまとめ ····························································································································· 28

5．港湾や漁港における自己利用型風力エネルギーの活用に関する検討 ············································· 28
5.1

ヒヤリング調査の概要 ····················································································································· 28

5.2

ヒヤリング調査の結果 ····················································································································· 28

5.3

港湾や漁港における中型風車の活用に関する提言 ····································································· 33

6．おわりに ····················································································································································· 36
謝辞 ··································································································································································· 36
参考文献 ··························································································································································· 37
記号表 ······························································································································································· 38-- 11 --

Development and Verification of Coastal Medium Size Wind Power System
and its Application to Local Wind Energy Utilization for Ports and Harbors
Toshihiko NAGAI*
Satoru SHIRAISHI**
Kojiro SUZUKI***
Yoji TANAKA****
Izumi USHIYAMA*****
Yoshifumi NISHIZAWA*****
Masao HOSOMI******
Ruka OGAWA******

Synopsis
This note introduces results of 3 years cooperative research among the Port and Airport
Research Institute, Ashikaga Institute of Technology, Hokkaido Institute of Technology and
Komaihaltec Inc. for application of the 3ookW sized middle scale wind power generator system
for local wind energy utilization of ports, fishery ports and harbors in order to reduce CO 2
emission. Following results are obtained;(1) 3ookW sized middle scale wind power generator system was developed and installed at theTokyo Bay coast and proto-type field experiment was conducted.
(2)Proto-type wind and power generation rate data proved the designed power-curve of thesystem.
(3) Small scaled model experiment in a wind flume was also conducted in order to clarify thecharacteristics of the observed winds on the nacelle of the proto type wind-power-generator. It is
concluded that the observed wind speed and direction does not show large difference to the input
outside winds, for the mixed effects of the wind energy consumption by the wind-fan and the windconcentration due to the nacelle shape.
(4)Energy demand investigation to the 5 ports and fishery ports in Japan-Sea coast of
Hokkaido-Island was conducted. It is clarified that 300kW sized wind-power generator system isable to satisfy the total annual demands of the electricity of some ports and fishery ports.
Key Words: Wind Power, Ports, Fishery Ports, Wind Energy Application, Medium Size Generator
*
**
***

Distinguished Researcher
Visiting Researcher (Hokkaido Institute of Technology)
Chief, Marine Environment Information Group, Marine Information Division, Marine Environment andEngineering Department****
Researcher, Marine Environment Information Group, Marine Information Division, Marine Environment andEngineering Department***** Ashikaga Institute of Technology****** Komaihaltec Inc.
3-1-1 Nagase, Yokosuka, 239-0826 Japan
Phone：+81-46--844-5010
Fax：+81-46-841-8307
e-mail: nagai@pari.go.jp-- 22 --

沿岸域中型風車の開発・検証と港湾や漁港における自己利用型風力エネルギーの活用に関する検討
永井 紀彦*
白石悟**
鈴木高二朗***
田中 陽二****
牛山
泉*****
西沢 良史*****
細見 雅生******
小川 路加******
要旨

本資料は，2005 年度から 2007 年度までの 3 か年にわたって，港湾空港技術研究所，足利工業大学および駒井鉄工㈱（㈱駒井ハルテックの前身会社）の 3 者共同研究を発展させ，2008 年度から 2010年度までの 3 か年にわたって北海道工業大学を加えて実施した 4 者共同研究の成果をとりまとめたものである．以下に，主要な成果を述べる．
(1) 中型風車の開発を行い，実機風車を東京湾沿岸に設置し，現地実証試験を実施した．
(2) 現地実証試験結果の結果，強風時についても，風速と発電量の関係は，風車の設計パワーカー
ブと一致していることが確認され所定の発電がなされていることが確認された．さらに．強風時の風の特性として，突風率や乱れ強度を，東京湾内の洋上風観測点である港湾空港技術研究所アシカ
島観測点と比較検討したが，実証試験サイトとアシカ島の間での特性の相違や、既往の設計式との対応を、明らかにするには至らなかった．
(3) ナセル風速の速度比が理論による速度低減率まで低下しなかった理由を検討するため，風洞模型実験を実施した．その結果，ナセル形状による増速効果によって，ナセル風速が上昇する可能性があることが判明した．300kW 風力発電機からの実証試験結果による風速比（Ub/Ua）も 0.8 以上を示しており，本風洞模型実験によって，この風速比を再現することができた．
(4) 北海道日本海沿岸の 3 港湾と 2 漁港を対象とした自己利用型エネルギーの活用に関するヒヤリングを行い，通年および既設別の電力需要をとりまとめ，小規模な港湾や漁港では，総量として300kW 級の風力発電システムは，需要に見合った量の発電が期待できることを明らかにした．ただし，季節毎の詳細な発電予測量と需要量との間にはギャップも見られるので，夏季の不足分は太陽
光発電などを併用して補うことなどの検討も必要となる．
キーワード：風力発電，港湾，漁港，風力エネルギー，中型風車
*
研究主監
**
客員研究官（北海道工業大学）***
海洋・水工部海洋情報領域海洋環境情報研究チームリーダ****
海洋・水工部海洋情報領域海洋環境情報研究チーム***** 足利工業大学****** 株式会社 駒井ハルテック〒239-0826 横須賀市長瀬3-1-1 独立行政法人湾技空港術研究所
電話：046-844-5036 Fax：046-844-1274
e-mail: nagai@pari.go.jp-- 33 --

1．はじめにたものである．この共同研究は，300kW 規模の中型風車を開発し，東京湾沿岸の㈱駒井ハルテック工場内に設置

地球環境問題が大きく取り上げられ，二酸化炭素の排された実機風車を用いた実証試験を行うとともに，追加出量の削減が強く求められる中，化石燃料に頼らない風的な風洞模型実験や現地調査なども実施し，港湾や漁港

力等の自然再生エネルギーの活用が，持続的な社会経済への自己利用型風力エネルギーの展開をめざすことを目の発展のため喫緊の課題となっている．特に，沿岸域は，的としたものである（永井ら,2009；Nagai,et.al.(2010a)；

内陸部に比較すると一般的に風速もしくは風力エネルギ

Nagai,et.al.(2010b)；白石ら,2010）．同時に，本資料は，ーが大きく，風力発電設備を設置するのに適しているた

これに先立って 2005 年度から 2007 年度までの 3 か年にめ（永井ら,2000；永井ら,2001a；永井ら,2001b），これまわたって，港湾空港技術研究所，足利工業大学および駒でにも多くの風力発電設備が設置されてきており，今後

井鉄工㈱（㈱駒井ハルテックの前身会社）の 3 者共同研も増加していくものと考えられる，さらに，洋上や沿岸

究（永井ら,2006b）を発展させたものでもあり．前報の域の風況は，陸上に比較して時空間的な乱れや変動が比

港湾空港技術研究所資料 No.1180（永井ら,2008）を発展

較的小さく，風力発電にはよりふさわしいことも，近年，させたものでもある．

観測データに基づき実証的に示されており（永井,2002；

本資料の構成は，以下の通りである．2.では，中型風永井ら,2003），港湾や漁港などの沿岸域への風力発電の車の開発と現地実証試験の概要を述べる．ただし，この導入への機運は高まっている．

章の内容は前報で詳しく紹介されているため，ここでは反面，我が国では，近年ようやくスマートグリッドのその概要の紹介に留めた．3.では，2.で紹介した実風車構築の必要が叫ばれるようになりつつあるものの，電力を東京湾沿岸に位置する㈱駒井ハルテック工場内に設置供給網が基本的には地域ごとの電力会社単位に分割されし，実機風車を用いた現地実証試験結果を述べる．ただており，時空間的な変動が大きい風力のような自然エネ

し，前報との重複を避けるため，ここでは特に，強風時

ルギーの受け入れ容量に制約があり，西ヨーロッパ諸国の風速および発電量特性と風の乱れ特性の検討とに焦点のような大規模ウィンドファームの建設は，なかなか進を絞り論じることとする．4.では，3.で紹介した現地実んでいないのも現実である．このため，港湾や漁港を含証試験結果として整理された風車ナセル上の風速の特性

めた沿岸域において風力エネルギーの導入を検討する際，について，ナセル風速の速度比が理論による速度低減率

電力会社に売電可能な電力量には一定の制約が生じるたまで低下しなかった理由を風洞模型実験を行い検討しため，MW 級の風車群による大規模ウィンドファームの建結果を紹介する．5.では，2.から 4.の検討結果をふまえ設よりは，数百 kW 級の中型風車によるエネルギー自己た上で，港湾や漁港における自己利用型エネルギーの活利用型の風力発電システムの導入の方が，より現実的な用に関する検討を行った．すなわち，北海道日本海沿岸

風力エネルギーの活用方策とならざるを得ない．このたの港湾や漁港を対象に実施したヒヤリング調査結果をふめ，港湾管理などの自己エネルギー消費にあわせた規模

まえて港湾や漁港における中型風車の活用に関する提言の中小型風力発電装置の潜在的な可能性はきわめて高い．

を整理した．その上で，6.で全体をとりまとめた．

風力のような時空間的な変動の大きな自然再生エネル

2．中型風車の開発と現地実証試験の概要

ギーを，自己利用型として活用するため，港湾空港技術研究所では，はじめに風力照明システムに注目し，研究2.1

所構内に小型風車と小規模蓄電システムを設置した共同

300kW 級中型風車の開発コンセプト

研究を実施してきた（永井ら,2004；永井ら,2005a；永井

風力発電では，風のエネルギーを安全にかつ効率よくら,2005b）．また，風車そのものが空間的な風力エネルギ

引き出すために，発電機の性能を制約条件として作用すーの分布に与える影響を，北海道瀬棚町の洋上風車群でる風に応じた荷重条件を設定している．従来のヨーロッ得られた実測データなどから検討し，風力エネルギーのパからの輸入風車は，ヨーロッパの風の特性に合わせて

空間的ポテンシャル分布特性についても研究成果をとり比較的乱れの少ない風を対象として開発されている．日

まとめている（白石ら,2005；永井ら,2006a）．

本におけるこれまでの風力発電の設置場所は，風の乱れ

本資料は，こうしたこれまでの風力エネルギー活用にが小さく，年間を通じて安定した風が作用する海岸部や関する研究成果をもとに発展させたものであり，港湾空高原地が選定されてきた．しかし，わが国は国土のほと港技術研究所，足利工業大学，北海道工業大学および㈱んどが山間部であり，今後の風力発電は離島や山間部で駒井ハルテックによる 4 者共同研究の成果をとりまとめの開発が増えると予測される．一方，近年のわが国の風-- 44 --

力発電がおかれている現状として，上述の海外機種の占める割合が多いこと，国土の地形条件による風の乱れの表-2.1

開発風車の基本仕様

項目仕様

発生・輸送や建設に制約があること，台風や落雷という300 kW

自然環境の制約があることが風力発電導入促進の障壁と

定格出力

なっている
（（独）新エネルギー・産業技術総合開発機構，

ローター直径33.0 m2007）．また，近年は建設コスト削減等経済性のスケール

定格風速11.5 m/s

メリットを理由に MW 級の大型風車建設が進んでいる

定格回転数

40.5 rpm

回転数範囲

12.0～47.6 rpm

が，輸送や建設条件がさらに厳しくなることや，大型化ゆえに景観や騒音が問題になることも多い．
以上のような日本における風車建設状況を鑑み，今後の風力発電事業を活発にするためには，離島および山間カットイン風速

3.0 m/s

カットアウト風速25.0 m/s

耐風速70.0 m/s

部において風力発電の導入を促進することのできる，厳しい気象条件および輸送・建設の条件に適合した中型風車が必要と考えられる．
また，
このような仕様の風車は，輸送条件や気象条件の厳しい離島においても適しており、港湾や漁港における自己利用型の風力エネルギー供給シ
ステムの開発も重要と考えられる．ここでは，上記コン
セプトにより開発した中型風車の概要を説明する．
2.2

基本的な仕様と設計条件(1) 開発風車の仕様
開発した風車の基本仕様と特徴を表-2.1，図-2.1 に示
す．写真-2.1 は，実証試験の全景である．定格出力 300kWの水平軸プロペラ型風力発電設備である．ローターはアップウィンド型 3 枚翼の可変ピッチ制御システムを採用した．本機のパワーカーブを図-2.2 に示す．
本風車は，離島や山間部の建設を想定して，大型トレーラーを使用せずに，4m 幅の道路でも通行可能な通常

図-2.1の 10t トラックあるいは低床 15t トラックを使用して輸

開発風車の特徴

送できるように部材の長さと重量を設定した．
(2) 設計条件
設計条件として，世界的な設計基準である IEC（国際
電気標準会議）の規格（IEC 61400-1, 1999）を満足すると共に，日本特有の風の特性も考慮して，風車クラスの条件を設定して設計した．風の条件を決めるパラメータは，国内の起伏が多いという地理的条件，台風に対する被害が多いという気象的条件を考慮して，年平均風速をクラスⅡとし，基準風速と乱れ特性はクラスⅡより大きく設定して「ⅡA+」とした（表-2.2 参照）．耐震設計については，国内の建築基準（建築物の構造関係技術基準

図-2.2

解説書編集委員会，2007）と土木の基準（（社）日本道路協会，2002）に準拠して，地震に対しても安全な設計を行った．

-- 55 --

開発風車のパワーカーブ

(4) 輸送条件
離島や山間部への風車建設においては，輸送条件が重要な制約条件となる．特に，MW 級の大型風車の場合，ブレード長は約 30～40m 程度にもなるため，ポールトレーラでの輸送が困難になることが多く，場合によっては道路改良が必要になる．これらの条件が，建設コストを増大させることになる．ここで開発した風車は，離島や山間部の建設を想定して，
大型トレーラーを使用せずに，林道程度の 4m 幅道路でも通行可能な，通常の 10t トラ
ックあるいは低床 15t トラックを使用して輸送できるよ
うに部材の長さと重量を設定した．輸送条件を表-2.4 に，ブレード輸送図を図-2.3 に示す．
表-2.4 開発した風車の輸送条件
項目

写真-2.1 実証試験の全景（駒井ハルテック富津工場）

員数

重量

長さ

ブレード

3

1t

16m

タワー

5

11t 未満11m 以下ナセル

1

15t 未満7.5m 未満表-2.2 IEC 風車クラスと開発風車（ⅡA+）の位置付け
IEC 風車クラス
項目
ⅡA+
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
基準風速 Vref (m/s)
乱流
カテゴリ
Iref

50.0

42.5

A

0.16

B

0.14

37.5

50
0.18

図-2.3 ブレードの輸送C
0.12
ここに、Iref：風速 15m/s 時の乱れ強度の期待値(5) 陸上部での施工性向上
風車を陸上部に建設する場合，最も重量が重いナセル(3) 落雷対策

をタワー先端に設置する必要がある．一般的には大型ク

落雷対策としては，国内では，JIS 規格による建築物

レーンを使用しているが，建設位置までクレーンを移動に対する雷保護を中心に規定されているが，風力発電設させるため，道路条件によっては搬入路の整備が必要と備を対象とした雷対策については，具体的な基準が設けなり，風車建設費を増大させる要因の一つとなっている．

られていない．
そこで，風力発電設備における雷対策は，また，条件が悪い場合は大型クレーンを現地へ搬入でき

一般的な JIS 規定（JIS A4201, 2003）と，国際的風力発電

ない場合がある．上記のような建設時の制約を少なくす

設備の規定である IEC 規格（IEC/TR 61400-24, 2002）にることが重要と考え，大型クレーンを使用しないナセル

従って設計を行った．雷対策の設計レベルとしては，IECの建設工法を開発し実証試験機の架設を行った．この工の保護レベルⅠを設定し，落雷に対しても十分に安全な法は，離島や山間部の風車導入を可能とすることを目的設計を行った（表-2.3）．

として開発したものである．図-2.4 にナセル架設のステップ図を示す．

表-2.3 落雷の IEC 保護レベル(本風車は保護レベルⅠ)
ピーク 比エネ 平均電流 全電荷 回 転
保 護
電 流 ルギー
上昇率
球体法
レベル（kA） （kJ/Ω） （kA/μs） （C）（m）
200
10,000
200
300
20
Ⅰ
150
5,600
150
225
30
Ⅱ
45
Ⅲ
100
2,500
100
150
60
Ⅳ

この架設工法は，重量のあるウィンチを地上に設置することで，タワー上に設置する装置を単純な構造で軽量とすることができ，タワー上での組立が中型のクレーンで可能となっている．

-6-

富津試験サイトでは，風車プロト機と併設して風観測ポールを設置しており，その距離は 2D（D：ローター径33m）である．また，風観測ポールでの風速および風向の観測高さは，ローター中心と同じ 43.5m であり（写真-2.2～2.5），三杯型風速計と矢羽根型風向計によって風況観測を行った．風車側ではナセル上に風速計と風向計を設置しており，風況および発電量を観測している．また，上記の計測結果などに基づいてサイトの評価（サイトキャリブレーション）と風車性能評価を実施している（松下ら,2008; 幽谷ら,2008; Matsushita et al., 2010）．

図-2.4
2.3

ナセル架設ステップ図

現地実証試験の概要

本研究では，千葉県富津市の駒井鉄工㈱（2010.10 より㈱駒井ハルテック）富津工場内に建設された中型風車の観測記録を解析することにより風車の基本性能を把握す
る．図-2.5 に，富津試験サイト位置を示す．
写真-2.2

上から見た風車と風観測ポールの位置関係

富津試験サイト(駒井ハルテック工場)

港湾空港技術研究所

写真-2.3◆

風車と風観測ポールの位置関係

アシカ島
風観測点

N

図-2.5

富津試験サイト位置図
写真-2.4-- 77 --

風観測ポールの風速計と風向計の設置状況

観測ポ―ル

図-3.1

2007 年 3 月 5 日の天気図（気象庁,2007）

図-3.2(1)～(5)は現地実証観測を行った風車および併
写真-2.5設された観測ポールで観測された 2007 年 3 月 5 日の 12

風車の外観～18 時の風速と発電量のデータである．

3．現地実証試験結果

図-3.2(1)は平均風速を示しており，Ua は観測ポール
での風速，Ub は風車ナセル背後での風速である．平均風

3.1

強風時の風速および発電特性

速は１分間平均値と 10 分間平均値を示している．この時(1) データ解析日

間帯の観測記録では，低気圧が日本海を東進した影響に2.3 で述べた現地実証観測の結果については前報（永より風速は 12～15m/s から 15～20m/s に増大傾向にある．

井ら,2008）で報告している．本資料では，まず低気圧通図-3.2(2)は発電量（1 分間平均値）を示す．この風車

過時と台風通過時の強風が作用したときの風速の特性とは風速 11.5m/s で定格となるため発電量は 300kW に近い

300kW 風車実証試験機の発電性能について述べる．検討

値を推移している．図-3.2(3)は風速 Ub と発電量の関係対象とした観測日と気象要因を表-3.1 に示す．

（１分間平均値）を示している．図の実線は風車の性能曲線を示しており，実測の風速と発電量の関係は，おお表-3.1 検討対象とした観測日（2007年）と気象要因
観測日

むね性能曲線と一致している．

気象要因

図-3.2(4)は発電量（10 分間平均値），図-3.2(5)は風

3月5日

低気圧が北日本を通過

速 Ub と発電量の関係（10 分間平均値）を示している．

4月13日

低気圧が日本海を東進

10 分間平均値を取ることにより発電量は,性能曲線と一

4月14日

低気圧が北日本に接近致していることがわかり,風車は性能どおりに発電され4月22日

低気圧が日本海を東進ていることがわかる．図-3.2(3)で示す１分間平均値と比

5月13日

北日本を低気圧が通過

べて 10 分間平均値では，データのばらつきがより少なく

5月25日

低気圧が日本海を東進なっている．

6月7日

寒気を伴う低気圧が日本海を南東進

7月15日

台風 4 号が伊豆諸島神津島付近を通過

9月6日

台風 9 号が伊豆半島に上陸

9月17日

台風 11 号が日本海で温帯低気圧に

10月18日

上空の気圧の谷が通過(2) 低気圧通過時
図-3.1 は 2007 年 3 月 5 日の天気図である．低気圧が北日本を通過し,それに伴う寒冷前線が関東地方を通過した．これに伴って現地実証観測サイトでは午前 4 時頃
から風速 10m/s 以上の強風が継続した．

-- 88 --

風速 (m/s)

25

について，
観測ポールで観測された風向θ1 を横軸にとり，20

風速比 Ub/Ua を 1 分間平均値および 10 分間平均値につい15て示したものである．この時間帯の風向は,ほぼ 180°であり，風は海側から吹いていることがわかる．ナセル背10
Ua 1分間平均
Ub １分間平均5

Ua １０分間平均
Ub １０分間平均

後の風速 Ub の観測ポールでの風速 Ua に対する比 Ub/Ua

0
12

13

14

15

(1)

16

17

は１分間平均値では 0.7～1.2 の間に分布し，比較的短い

18

時間 （時）

時間における風速比の差異が大きいことがわかる．これ

平均風速に対して，10 分間平均値では，その比は 0.9～1.0 の間となっており,観測時間を長くとると Ub/Ua の変動の幅が小発電量 (kW)400

さくなることがわかる．また，この例では 10 分間平均値

300

では，
ナセル背後では風速が低下していることがわかる．

200

ただし，評価時間を短くとった 1 分間平均値では Ub/Ua

100

が 1.0 を超えることがある．

0
12

13

14

15

16

17

18

時間 （時）(2)

1.8

発電量（1 分間平均値）
風速比

発電量 (kW)

400
300
200

Ub/Ua (10分間平均)

1.4
1.2
1
0.8

実測
パワーカーブ100

Ub/Ua (1分間平均)

1.6

0.6
0

90

180

0
0

10

20

発電量 (kW)

図-3.3

400

図-3.4(1)は同じ時刻の風速について観測ポールで観300測された風速 Ua と風車のナセル背後で観測された風速
Ub について，突風率を 1 分間平均値および 10 分間平均

200

値のそれぞれについて示したものである．なお突風率は，100

それぞれの評価時間における瞬間最大風速とその平均値
12

13

(4)

14

15

16

17

との比である．図-3.4(2)～(3) は突風率の 1 分間値と18

時間 （時）

10 分間値について Ua と Ub を比較したものである．突風

発電量（10 分間平均値）

率は Ua と Ub については Ub の方が大きく，その傾向は
10 分間値で顕著であり，海風が作用しているこの観測ケ

400
発電量 (kW)

風向 θ1 と Ub/Ua の関係

風速と発電量の関係(1 分間平均値)0ースについては，ナセル背後では風の乱れが大きくなっ300ていることがわかる．

200

実測
パワーカーブ

100
0
0

10

20

30

風速Ub (m/s)(5) 風速と発電量の関係(10 分間平均値)
図-3.2

360

風向θ1 (°)

30

風速Ub (m/s)

(3)

270

風速と発電量（2007 年 3 月 5 日 12～18 時）

図-3.3 は同じ時刻の風速について観測ポールで観測された風速 Ua と風車のナセル背後で観測された風速 Ub-- 99 --

2

Ua 1分突風率
Ua １０分突風率
Ub １分突風率
Ub １０分突風率

突風率

1.8
1.6
1.4
1.2
1
0

5

10
15
平均風速(m/s)(1)

平均風速と突風率

20

25

Ub 1分間突風率2

図-3.5 2007 年 9 月 6 日の天気図（気象庁,2007）

1.8

図-3.6(1)～(5)は 2007 年 9 月 6 日の 12～18 時の風速

1.6と発電量のデータである．この事例についても，風速と発電量の関係は，性能曲線と一致していることがわかる．

1.4

図-3.6(3)および(5)において発電量が風車の性能曲線からはずれている点があるが，これは風車の安全制御シス

1.2

テムが作動し，風車の発電が一時的に停止している影響

1
1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

1.8

2

である．

Ua 1分間突風率(2)

１分間突風率Ub 10分間突風率

2
1.8
1.6
1.4
1.2
1
1

1.2

(3)
図-3.4

1.4
1.6
Ua 10分間突風率

１0 分間突風率
風速と突風率の関係(2) 台風通過時
図-3.5 は 2007 年 9 月 6 日の天気図である．この事例
では，台風が伊豆半島に上陸し，関東西部を北進した．
この台風の移動により富津サイトでは東風が吹いた．

10 --- 10

図-3.7 は同じ時刻の風速について観測ポールで観測

25

Ua

風速 (m/s)

20

1分間平均

Ua １０分間平均

Ub １分間平均

Ub １０分間平均

された風速 Ua と風車のナセル背後で観測された風速 Ub

15

について，
観測ポールで観測された風向θ1 を横軸にとり，

10

風速比 Ub/Ua を 1 分間平均値および 10 分間平均値につい5て示したものである．この時間帯の風速は,ほぼ 90°であり，風は陸側から吹いていることがわかる．ナセル背後

0
12

13

14

(1)

15
時間 （時）

16

17

18の風速 Ub の観測ポールでの風速 Ua に対する比は１分間

平均風速

平均値では 0.7～1.6 の間に分布し，図-3.3 で示した低気
圧通過時に比べて差異が大きいことがわかる．これに対発電量 (kW)400

して，10 分間平均値では，その比は 0.8～1.2 の間となっ300ており,観測時間を長くとるとその変動の幅が小さくな

200

ることがわかる．また，この例では Ub/Ua > 1.0 となって100いる点が多くみられ，観測ポールの風速 Ua がナセル背後
での風速 Ub よりも低下していることがある．これは，台

0
12

13

14

15

16

17

18

風が伊豆半島に上陸し関東西部を北進したことに伴い東時間 （時）(2)

風が作用し，陸側からの風となりその影響を受けている発電量（1 分間平均値）

こと，観測ポールが相対的に風車に対して下流側になっている影響による．

300
200

1.8

実測
パワーカーブ100

風速比

発電量 (kW)

400

0
0

5

10

15

20

25

30

風速Ub (m/s)

(3)

1.6

Ub/Ua (1分間平均)

1.4

Ub/Ua (10分間平均)

1.2
1
0.8

風速と発電量の関係（１分間平均値）

0.6
0

90

発電量 (kW)

180

270

360

風向θ1 (°)

400
300

図-3.7

風向 θ1 と Ub/Ua の関係

200
100

図-3.8(1)は同じ時刻の風速について観測ポールで観0測された風速 Ua と風車のナセル背後で観測された風速
12

13

14

15

16

17

18

Ub について，突風率を 1 分間平均値および 10 分間平均

時間 （時）(4)

値について示したものである．図-3.8(2)～(3) は突風率

発電量（10 分間平均値）の 1 分間値と 10 分間値について Ua と Ub を比較したもの

発電量 (kW)である．Ua と Ub の突風率については両者の大小関係に400

ついては，ばらつきが大きく，図-3.4(2)～(3)で見られ300

たような Ub の突風率が大きく，ナセル背後では風の乱れが大きくなるという傾向はこの観測例では見られない．

200

実測
100

図-3.7 に示すように風向がほぼ 90°で陸風であること

パワーカーブにより上流側の周辺構造物による風の乱れの影響がより

0
0

5

10

15

20

25

30

大きかったことが原因と思われる．また，台風時の突風

風速Ub (m/s)

(5)
図-3.6

率は図-3.4 で示した低気圧通過時の突風率よりも大き風速と発電量の関係(10 分平均値)

いことがわかる．

風速と発電量（2007 年 9 月 6 日 12～18 時）

11 --- 11

の 6 時間中での平均値と 10 分間突風率の平均値を示す.

2
Ua

突風率

1.8
1.6

ただし，風速の平均値が 5m/s 以上で，かつ平均風向（101分突風率

Ua １０分突風率

分間平均値）の 6 時間内での標準偏差が 30°以下のケー

Ub １分突風率

スのデータのみをプロットしている．これを見ると突風

Ub １０分突風率

率はおおむね 1.3 前後であるが．一部台風を起因とする

1.4

気象擾乱において 1.6 を超える場合もあることがわかる．

1.2
1
0

5

10

15

20

1.8

25

(1)

Ua突風率平均値

平均風速(m/s)

平均風速と突風率2

Ub 1分間突風率

1.8

低気圧
台風

1.6
1.4
1.2
1

1.6

0

5

1.4

10

15

20

Ua平均値（m/s）

図-3.9

1.2
1
1

1.2

1.4

1.6

1.8

風速と突風率の関係(4) 観測ポールとナセル背後の風速の比較

2

図-3.10 は観測ポールにおける風速 Ua とナセル背後でUa 1分間突風率の風速 Ub の関係を示す．いずれも 10 分間平均風速の 6(2)

１分間突風率

時間内での平均値を比較している．図-3.3 および図-3.7に示すように 1 分間平均値あるいは 10 分間平均値では,Ub/Ua のばらつきが大きいが，10 分平均値の 6 時間内で1.8の平均値を取ると,ほとんどの場合において Ub が Ua よりも小さいことがわかる．

1.6
1.4

20

1.2

Ub10分平均値（m/s）

Ub 10分間突風率

2

1
1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Ua 10分間突風率

(3)
図-3.8

１0 分間突風率

15

10

5

風速と突風率の関係
00(3) 突風率

5

10

15

20

Ua10分平均値(m/s)

ここでは，表-3.1 に示した日時についてのデータを取りまとめて示す．解析は各観測日のデータについて，0

図-3.10～6 時，6～12 時，12～18 時，18～24 時の 6 時間ごとに

Ub の関係

観測ポールでの風速 Ua とナセル背後での風速

分割し，それぞれについて 1 分間平均値，10 分間平均値を求め，ついで 6 時間中の平均値，標準偏差を求めてい図-3.11 はナセル背後での風速 Ub の観測ポールにおける．図-3.9 は観測ポールにおける風速 Ua の 10 分間風速

る風速 Ua に対する比 Ub/Ua と観測ポールにおける風向θ

12 --- 12

1 との関係を示す．Ua，Ub はいずれも 10 分間平均風速の0.4

6 時間内での平均値を用いて比較している．図-3.3 および図-3.7 に示すように 1 分間平均値あるいは 10 分間平

Ua 1分間平均
Ua １０分間平均
Ub １分間平均
Ub １０分間平均

0.3
乱れ強度

均値では，Ub/Ua のばらつきが大きいが，10 分間平均値の 6 時間内での平均値を取ると,そのばらつきが小さくなっていることがわかる．風向 90°付近の条件では Ub/Ua

0.2
0.1

は 1.0 前後であるが，風向 180°付近の条件では Ub/Ua
は 0.95 程度に低下していることがわかる．これらの相違

0については，4.において風車ナセル上での風速変化に関05する実験結果をふまえて考察する．
(1)

1.1
1
0.9

25

Ua 1分間平均
Ua １０分間平均

0.3
乱れ強度

Uｂ/Ua平均値

5≦Ua≦10
10＜Ua

20

2007 年 3 月 5 日（12～18 時）

0.4

1.2

Ub １分間平均
Ub １０分間平均

0.2
0.1

0.8
0

90

180

270

0

360

0

5

θ1平均値（°）

図-3.11

10

15

20

25

平均風速 (m/s）(2)

風向θ1とUb/Uaの関係

2007 年 9 月 6 日(12～18 時)

図-3.123.2

1015
平均風速 (m/s）

平均風速と乱れ強度の関係

風の乱れ特性の検討(1) 検討の方法

なお，図-3.12 においては，風向が時間的変化してい風はその強さおよび向きを時々刻々と変化させる.風るが，軸を固定せずに風速のデータ整理を行っている．

車の設計においては，その乱れの評価が重要である．風

そこで，風速と風向の観測データより風速の東西成分，の乱れは発電そのものに影響を与えるだけではなく，風

南北成分の時系列を求め，これらを用いて 10 分ごとの風向

車の機械部分の疲労および風車を支持する構造体へも疲の主軸を求め，主軸方向の風速とこれに直交する成分の風

労の影響を与える．

速をそれぞれ求めて乱れ特性を解析する．さらにそれに加図-3.12(1)～(2)は 2007 年 3 月 5 日と 9 月 6 日のケー

えて NOWPHAS 観測点であるアシカ島における風速との比

スの風速 Ua と Ub について，平均風速と乱れ強度（＝風較も行う．アシカ島は東京内湾の入り口に位置し，より海上速の標準偏差／平均風速）の関係を示す．両ケースにおの乱れの少ない風速を観測していると想定されるからであいて，風の乱れ（乱れ強度）については大きな違いがみる．

られる．すなわち，低気圧通過時については，乱れが小さいのに対して，台風時には乱れが大きい．両事例にお(2) 低気圧通過時の風の乱れ特性

いて乱れ強度には相違があるが，先に示した図3.1 で示した 2007 年 3 月 5 日はアシカ島では風速デー-3.2(3),(5)と図-3.6(3),(5)に示すように所定の性能カ

タが欠測であったため図-3.13 に示す 2007 年 4 月 22 日

ーブどおりの発電量が得られていることがわかる．

の事例について解析する．この日は低気圧が日本海を東進したためこの低気圧に向かって南西の風が吹くという条件にあった．
図-3.14(1)～(4)は 2007 年 4 月 22 日の富津およびアシカ島における平均風速，平均風向．風速の標準偏差，および乱れ強度の 1 日の変化を示す．富津においては，風速は連続観測であるが，アシカ島においては 2 時間ごと

13 --- 13

に 10 分間の 5s サンプリング間隔の観測である．両地点25の観測された風速を比較すると富津サイトの方が大きい

富津

アシカ島

20
平均風速（ｍ/ｓ）

結果となっている．これは富津サイトにおいては，風速
はナセルの高さである高度 43.5m で観測されているのに対して，アシカ島では観測高度が 13.5m であるためである．観測高度の違いを見るためべき乗則で富津における

15
10

観測高さの風速に補正すると，べき指数αが 1/7 である

5

1/7

場合にはアシカ島の観測風速は（43.5/13.5） ＝1.18 倍

00.00

されることになる．図-3.14(2)で示される観測風向につ

6.00

12.00

いても違いが見られる．アシカ島の方がやや西寄りの風

18.00

24.00

時間 （時）

向となっている．図-3.14(3)で示される風速の標準偏差(1)についても違いが見られる．アシカ島の方が風速の標準

10 分間平均風速360

偏差が大きいが，三浦半島による影響と観測高度が低い

富津

ことによる乱れの大きさが影響していると考えられる．

アシカ島

平均風向（°）

270

このことより図-3.14(4)で示される乱れ強度についてもアシカ島の方が大きくなるという結果になっている．

180

90

0
0.00

6.00

12.00

18.00

24.00

時間 （時）(2)

10 分間平均風向10

図-3.13

標準偏差σ1 (m/s)

富津2007 年 4 月 22 日の天気図（気象庁, 2007）

アシカ島

7.5

5

2.5

0
0.00

図-3.14 は主軸方向の風速の標準偏差より乱れ強度を

6.00

12.00

求めているが，図-3.15 は同日の富津における主軸方向

18.00

24.00

時間 （時）(3)の風速の標準偏差σ1 と主軸直角方向の風速の標準偏差σ2 を求めたものの時系列を示している．この図より風速

風速の標準偏差

0.8の標準偏差は主軸方向とそれと直交する方向とで差異が富津

大きくないことがわかるが，このことは，永井（2002）

アシカ島

0.6
乱れ強度

で得られた解析結果と同様であった．

0.4

0.2

0
0.00

6.00

12.00

18.00

24.00

時間 （時）(4)
図-3.1414 --- 14

乱れ強度

平均風速と乱れ強度（2007 年 4 月 22 日）

(3) 台風通過時の風の乱れ特性
8
風速の標準偏差（ｍ/ｓ）

σ1

3.1 で示した 2007 年 9 月 6 日の事例について解析する．

σ2

図-3.17(1)～(4)は 2007 年 9 月 6 日の富津およびアシカ

6

島における平均風速，平均風向，風速の標準偏差，および乱れ強度の１日の変化を示す．この事例では．両地点4の観測された風速を比較するとアシカ島の方が大きい結果となっている．観測高度については先の事例と変わり

2ないが，風向が房総半島側から関東西部の台風の中心に
0
0.00

6.00

12.00

18.00

向かう東であったため富津サイトでは陸上の影響をより24.00

強く受けていたのに対し，アシカ島では陸による遮蔽の時間 （時）

程度が小さかったことの影響によると考えられる．観測

主軸と主軸直角方向の風速の標準偏差の比較

図-3.15高度の差を考慮すると，アシカ島の風速は 1.18 倍される

（2007 年 4 月 22 日）ことになるので，その相違はさらに大きかったと考えられる．図-3.17(2)で示される観測風向についてはこの場

図-3.16(1)～(2)は富津とアシカ島について，主軸方合にはほとんど違いが見られない．図-3.17(3)で示され向の風速の乱れ強度を図示したものであり，(1)は平均風

る風速の標準偏差については風速が小さな時間帯ではア速との関係を，(2)は風向との関係を示す．平均風速とのシカ島の方が大きい傾向が見られるが，風速が増大する関係では，平均風速が小さなときほど乱れ強度が大きいに従い相違は小さくなる．図-3.17(4)で示される乱れ強という既往の研究と同様な結果が得られている．また，度については風速の小さな時間帯ではアシカ島の方が大風向との関係では明確な関係は見出すことができない．

きいが，風速が大きくなると富津に比べて小さくなるという結果になっている．ただし台風の場合には，台風の中心がある程度近いところを通過するケースにおいては，

0.6

低気圧の場合と比べ気圧傾度の勾配変化が大きいため,

乱れ強度

富津

アシカ島

台風の移動に伴う風場の変化に伴う風速の時間変化も大きい．したがって，2 地点間の同時刻の風速や乱れ強度

0.4の大小を単純には比較できない．
この場合も，図-3.17(1)にアシカ島の風速が富津の風速に比べて約 3 時間早く増

0.2

大し，風速のピーク値が生じている．台風のケースについては，観測サンプルが少ないことに加え，2 地点にお

0
0

5

10

15

20

ける風速の観測高度も異なることから，今後は洋上にお25ける観測高度の異なるデータや多くの台風に対するデー

平均風速（m/s）(1)

タ蓄積を行い分析する必要があると思われる．

10 分間平均風速と乱れ強度

0.6

乱れ強度

富津

アシカ島

0.4

0.2

0
0

90

180

270

360

風向（°）

(2)
図-3.16

10 分間平均風向と乱れ強度

乱れ強度の特性（2007 年 4 月 22 日）

15 --- 15

図-3.18 は同日の富津における主軸方向の風速の標準25
富津

偏差σ1 と主軸直角方向の風速の標準偏差σ2 を求めたもアシカ島

平均風速（ｍ/ｓ）

20のの時系列を示している．この図より風速の標準偏差は台風の場合においても，主軸方向とそれと直交する方向

15とで差異が大きくないことがわかる．

10
5

6.00

12.00

18.00

風速の標準偏差（ｍ/ｓ）

8
0
0.00

24.00

時間 （時）(1)

10 分間平均風速

360
富津

アシカ島

平均風向（°）

270

2

6.00

12.00

18.00

24.00

180

時間 （時）

図-3.18主軸と主軸直角方向の風速の標準偏差（2007

年 9 月 6 日）

0
0.00

6.00

12.00

18.00

24.00

図-3.19(1)～(2)は台風通過時の 2007 年 9 月 6 日の富時間 （時）(2)

10 分間平均風向

津とアシカ島における風速の観測結果について，主軸方向の風速の乱れ強度について図示したものであり，(1)10
富津

標準偏差σ1 (m/s)

σ2

4

0
0.00

90

は平均風速との関係を，(2)は風向との関係を示す．平均

アシカ島

風速との関係では，平均風速が小さなときほど乱れ強度

7.5が大きいという既往の研究と同様な結果が得られている．
5

また，風向との関係では明確な関係は見出すことができ
ない．

2.5

0
0.00

6.00

12.00

18.00

24.00

時間 （時）(3)

風速の標準偏差

0.8
富津

アシカ島

0.6
乱れ強度

σ1
6

0.4

0.2

0
0.00

6.00

12.00

18.00

24.00

時間 （時）(4)
図-3.17

乱れ強度

平均風速と乱れ強度（2007 年 9 月 6 日）

16 --- 16

25

0.6

富津

アシカ島

0.4

0.2

15
10
5
0
0.00

0
0

5

10

15

20

6.00

(1)

18.00

24.00

時間 （時）(1)

10 分間平均風速と乱れ強度

10 分間平均風速

360
富津

0.6

アシカ島

270

アシカ島

平均風向（°）

富津

12.00

25

平均風速（m/s）

乱れ強度

アシカ島

20
平均風速（ｍ/ｓ）

乱れ強度

富津

0.4

180

90

0.2
0
0.00

6.00

12.00

18.00

24.00

時間 （時）

0
0

90

180

270

360

(2)

平均風向（°）(2)
図-3.19図-3.20

10 分間平均風向と乱れ強度
乱れ強度の特性（2007 年 9 月 6 日）

(4) 風の乱れ特性に関する考察(2),(3)節では低気圧通過時と台風通過時の事例について風の乱れ特性の特徴を述べた．ここでは,さらに事例を加えて考察する．
まず，低気圧通過時について述べる．図-3.20 および
図-3.21 は低気圧通過時の 2007 年 4 月 13 日と 4 月 14 日の 1 日の 10 分間平均風速と平均風向の変化を示したものである．両日とも低気圧の通過に伴い平均風速が最大で15m/s に達している.風向は,4 月 13 日は終日 200°で変化は少ないが，4 月 14 日は低気圧の通過による変化が大きい．

17 --- 17

10 分間平均風向

平均風速と風向（2007 年 4 月 13 日）

0.8

25
富津

アシカ島

0.6
乱れ強度

平均風速（ｍ/ｓ）

20
15

0.4
0.2

10

0

5

0

0
0.00

90

6.00

12.00

18.00

富津(2007年4月22日）
富津(2007年4月13日)
富津(2007年4月14日)

24.00

時間 （時）(1)

10 分間平均風速

図-3.23

360

270

360

アシカ島(2007年4月22日)
アシカ島(2007年4月13日)
アシカ島(2007年4月14日)

平均風向と乱れ強度の関係（低気圧）

つぎに，台風通過時について述べる．図-3.24 および図-3.25 は台風通過時の 2007 年 7 月 15 日と 9 月 17 日の270
平均風向（°）

180
平均風向（°）

1 日の 10 分間平均風速と平均風向の変化を示したものである．両日と も台風の接近 に伴い平均風 速が最大で18015m/s に達している.風向は,9 月 17 日は終日 180～200°
富津90

で変化は少ないが，
これは台風から温帯低気圧に変化し，

アシカ島

日本海を東進し，それに向かって南風が終日吹いたこと
0
0.00

による．7 月 15 日は台風が伊豆諸島神津島付近を通過し
6.00

12.00

18.00

24.00

東進したため，台風中心が富津サイトに対して南西側か

時間 （時）(2)

ら南東側に変化した影響により風向の変化が大きい．

10 分間平均風向

図-3.21 平均風速と風向（2007 年 4 月 14 日）

25
富津
平均風速（ｍ/ｓ）

図-3.22 および図-3.23 は低気圧通過時の平均風速と乱れ強度の関係および平均風向と乱れ強度の関係を示す．
アシカ島の 4 月 13 日，14 日について乱れ強度が大きい
ことがわかる.アシカ島については風速の観測高度が低

15
10
5

いため乱れの影響が大きいことがわかる．

0
0.00

6.00

12.00

18.00

24.00

時間 （時）

0.8

(1)

0.6

10 分間平均風速

360

0.4
270
平均風向（°）

乱れ強度

アシカ島

20

0.2
0
0

5

10

15

20

25

図-3.22

アシカ島

180

90

平均風速（m/s）
富津(2007年4月22日）
富津(2007年4月13日)
富津(2007年4月14日)

富津

アシカ島(2007年4月22日)
アシカ島(2007年4月13日)
アシカ島(2007年4月14日)

0
0.00

6.00

12.00

18.00

24.00

時間 （時）

平均風速と乱れ強度の関係（低気圧）(2)10 分間平均風向

図-3.24 平均風速と風向（2007 年 7 月 15 日）

18 --- 18

0.8

25
富津

アシカ島
乱れ強度

平均風速（ｍ/ｓ）

20
15

0.6
0.4
0.2

10

0
0

5

90

0
0.00

6.00

12.00

18.00

富津(2007-09-06)
富津(2007-07-07)
富津(2007-09-17)24.00

時間 （時）(1)

図-3.27

10 分間平均風速

360
富津

270

360

アシカ島(2007-09-06)
アシカ島(2007-07-07)
アシカ島(2007-09-17)

平均風速と乱れ強度の関係（台風）

土木学会風力発電設備支持物構造設計指針・同解説

アシカ島［2007 年版］（(社)土木学会,2007）によれば平坦とみな270
平均風向（°）

180
平均風向（°）

せる地点におけるハブ高さ Hb での乱れ強度 Ip(P(θ))は式(3.1),(3.2)であらわされる．

180

Z b ( P (θ )) < H b ≤ Z G ( P (θ )) のとき

90

0
0.00

6.00

12.00

18.00

 Hh

I P ( P(θ )) = 0.1
 ZG ( P (θ )) 

24.00

時間 （時）(2)−α ( P (θ )) − 0.05

(3.1)

H b ≤ Z b ( P (θ )) のとき

10 分間平均風向−α ( P (θ )) − 0.05

図-3.25 平均風速と風向（2007 年 9 月 17 日） Zb (θ ) I P ( P (θ )) = 0.1
 ZG ( P (θ )) 

図-3.26 および図-3.27 は台風通過時の平均風速と乱ここで, Z b , Z G , α は表-3.2 で表される．

(3.2)

れ強度の関係および平均風向と乱れ強度の関係を示す．
アシカ島の 7 月 7 日，9 月 17 日について乱れ強度が大き表-3.2

平均風速と乱れ強度の高度補正を定めるためのいことがわかる．アシカ島については風速の観測高度がパラメータ低いため乱れの影響が大きいことによる．
Ⅰ

乱れ強度

0.8
0.6

地表面粗度区分（P）
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ

Z b (m)

5

5

10

20

Z G (m)
α

250
0.1

350
0.15

450
0.2

550
0.27

0.4

図-3.28(1)～(3)および図-3.29(1)～(3)は，式(3.1)

0.2

および式(3.2)を図化し，その上に低気圧通過時と台風通過時の富津およびアシカ島における風速の乱れ強度の実

0
0

5

10

15

20

測値をプロットしたものである．実測値は，ばらつきが25

平均風速（m/s）
富津(2007-09-06)
富津（2007-07-07)
富津(2007-09-17)

図-3.26大きいが，観測高度の低いアシカ島において，富津における乱れ強度が大きいことがわかる．一般に乱れ強度はアシカ島(2007-09-06)
アシカ島(2007-07-07)
アシカ島(2007-09-17)海上の方が小さいとされているが，観測高度の影響が大きく，洋上風といえども観測高度による影響が大きい可

平均風速と乱れ強度の関係（台風）

能性が高い．なお，海上風の乱れの高度分布については，

19 --- 19

新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）からの100

委託による洋上風況観測システム実証研究として建設が80
H h (m)

進められている洋上気象海象観測タワーによる，風速の鉛直方向の風速分布や乱れ強度の分布の観測記録に，期待されるところが大きい今後の研究課題である（Nagai

60
40
20

et.al., 2010c）．

0
0

0.2

0.4

0.6

0.8

IP

100

Ⅰ
Ⅲ
富津(2007年7月7日)

H h (m)

80
60

(1)

40
20

Ⅱ
Ⅳ
アシカ島(2007年7月7日)

2007 年 7 月 7 日

100

0
0.2

0.4

0.6

80

0.8

H h (m)0

IPⅠⅢ
富津(2007年4月13日)

ⅡⅣ
アシカ島(2007年4月13日)

60
40
20
0

(1)

0

2007 年 4 月 13 日

0.4

0.6

0.8

IP

100

Ⅰ
Ⅲ
富津(2007年9月6日)

80
H h (m)

0.2

60

(2)

40
20

Ⅱ
Ⅳ
アシカ島(2007年9月6日)

2007 年 9 月 6 日

100

0
0.2

0.4

0.6

80

0.8

H h (m)0

IPⅠⅢ
富津(2007年4月14日)

ⅡⅣ
アシカ島(2007年4月14日)

60
40
20
0

(2)

2007 年 4 月 14 日

0

0.2

0.4

0.6

0.8

IP
100

Ⅰ
Ⅲ
富津(2007年9月17日)

H h (m)

80
60

(3)

40

図-3.2920ⅡⅣ
アシカ島(2007年9月17日)

2007 年 9 月 17 日

高度と乱れ強度の関係（台風）

0
0

0.2

0.4

0.6

4．風車ナセル上の風速特性の実験的検討

0.8

IP
Ⅰ
Ⅲ
富津(2007年4月22日)(3)
図-3.28ⅡⅣ
アシカ島(2007年4月22日)

4.1

実験の目的と概要

2007 年より東京湾東岸部の駒井ハルテック富津工場

2007 年 4 月 22 日

敷地内に 300kW 風力発電機を設置して実証試験を行っ

高度と乱れ強度の関係（低気圧）ており，そこでは風車から 66m（風車直径の 2 倍：2D）
離れた風況観測ポールにて風速 Ua，ナセル風速 Ub および発電出力等を計測している（永井ら,2008；白石ら,2010）．

20 --- 20

その計測データのうち，2007 年 3 月 5 日の風況ポール

1.8
1.6

風速比

1.4

Ub/Ua (1分間平均)風速（10 分間平均）とナセルの風速（10 分間平均）の比

Ub/Ua (10分間平均)（Ub/Ua）を図-4.1～4.4 に示す．この結果より，風速比（Ub/Ua）は，概ね 0.8～1.0 となっていた．

1.2

また，2007 年 3 月 5 日の風向は，図-4.5～4.8 に示す

1

ように，180°から 200°であり，この方向は図-4.9 の風

0.8

向と風車・観測ポールの位置関係から，風況観測ポール

0.6が風車より風上に位置し，海風となることから，建物や

0.4
0

1

2

3

4

5

風車後流の影響を受けていない観測データであった．

6

時間 (時)

図-4.1

風速比（2007 年 3 月 5 日 0～6 時）

1.8

Ub/Ua (1分間平均)

1.6

風速比

風速比

Ub/Ua (10分間平均)

1.4

Ub/Ua (10分間平均)

1.4
1.2

1.2
1

1

0.8

0.8

0.6

0.6

0.4
0

0.4
6

7

8

9

10

11

図-4.2

風速比（2007 年 3 月 5 日 6～12 時）

Ub/Ua (10分間平均)

風速比

1.4
1.2
1

360

風向と風速比（2007 年 3 月 5 日 0～6 時）

1.6

Ub/Ua (1分間平均)

1.4

Ub/Ua (10分間平均)

1.2
1
0.8

0.8

0.6

0.6

0.4

0.4
12

13

14

15

16

17

0

18

90

図-4.3

180

270

360

風向θ1 (°)

時間 (時)

風速比（2007 年 3 月 5 日 12～18 時）

図-4.6

風向と風速比（2007 年 3 月 5 日 6～12 時）

1.8

1.8
1.6

Ub/Ua (1分間平均)

1.6

Ub/Ua (1分間平均)

Ub/Ua (10分間平均)

1.4

Ub/Ua 10分間平均)

風速比

1.4
風速比

270

1.8

1.8
Ub/Ua (1分間平均)180
風向θ1 (°)

図-4.5

1.6

90

12

時間 (時)

風速比

Ub/Ua (1分間平均)

1.6

1.8

1.2

1.2
1
0.8

1

0.6

0.8

0.4
0

0.6

90

180

270

360

風向θ1 (°)

0.4
18

19

20

21
時間 (時)

22

23

図-4.4

風速比（2007 年 3 月 5 日 18～24 時）

図-4.7

24

21 --- 21

風向と風速比（2007 年 3 月 5 日 12～18 時）

しかし，300kW 風力発電機の風車ローターは，各風速

1.8において最大のパワー係数が得られる周速比で運用され

Ub/Ua (1分間平均)

1.6

Ub/Ua (10分間平均)るよう設計されているにも関わらず，風速比（Ub/Ua）が

風速比

1.4

0.75～1.2 程度であり，翼素運動量複合理論において最大1.2

パワー係数が得られるのは後流風速が流入風速の 1/3 ま1で減速する時（最大速度低減率）であり，実測データよ0.8

り得られた風速比は，その減速まで至っていない．これ

0.6

は，ナセル風速が何らかの要因によって，風況ポール風

0.4
0

図-4.8

90

180
風向θ1 (°)

270

速よりもわずかながら高いことを示唆している．この要360

因として考えられるのが，①風速計特性，②校正の誤差，

風向と風速比（2007 年 3 月 5 日 12～18 時）③ナセル形状に起因する増速効果などが上げられる．この中で，③に関連して，ローター周りや後流の速度分布（c）観測ポールが風下に位置する領域に関する CFD によるシミュレーションや風洞実験等にN 8度よる研究はなされているが，ナセル形状がナセル上に設（d）陸風となる領域

置された風速計への影響について研究された報告は少ない．

風車

そこで，本研究ではこの現象を検証するため，小形供

278度

試風車と 300kW 風車のナセル模型を用いて，PIV（Particle
Image Velocimetry：粒子像相関流速計）によって風車後98度(e)範囲45度

流場とナセル模型周りの流れ場の計測を行い，ナセル形(f)範囲20度
観測ポール（b）海風となる領域

図-4.9

188度

状に起因する風速の増速効果の検証を行った．

（a）観測ポールが風上に位置する領域

風向と風車，観測ポールの位置関係

図 4-11

供試風車の可視化実験装置概要図

22 --- 22

トレーサは，図-4.12, 表-4.2 に示す煙発生装置を用
0.45

いて，図-4.13, 表-4.3 に示す煙ノズルより放出した．

0.4
0.35

パワー係数Ｃｐ

トレーサへの光源は，ハロゲンランプを 6 灯用いている．

6m/s
8m/s
10m/s

0.3

そのトレーサを図-4.14 に示す高速度カメラを用いて撮影し，解析に必要な動画を抽出した．

0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0

1

図-4.10
4.2

2

3
周速比λ

4

5

6

供試風車のパワー係数（西沢ら,2009）

供試風車の可視化実験装置および方法

本実験で使用した供試風車は，翼素運動量複合理論を
図-4.12

煙発生装置の外観

比はλd=7 であるが，実機と同様の設計値を用いて直径

表-4.2

煙発生装置の仕様

0.6m の供試風車の性能試験を行うと，パワー係数が著し

項目
液消費量
スモーク量
スモーク粒子
吐出口径
メーカー

用いて設計されており，直径 0.6m である．
なお，300kW 風車の翼枚数は 3 枚翼であり，設計周速く低下する傾向があるため，実機と同様のパワー係数が得られる設計値を用いて供試風車を製作している．そのため，翼枚数は 5 枚を採用した．その設計値を表-4.1 に示す．

仕様
約 0.2L/h
30m3/min
約 1～50μm
φ25mm
日章電機（株）図-4.10 は，風速 6m/s，8m/s および 10m/s の時の供試
風車のパワー係数の結果である．これより，風速 8m/s
で最大パワー係数 Cpmax=0.38，風速 10m/s で最大パワー
係数 Cpmax=0.41 が得られており，対象とする 300kW 級風車の最大パワー係数に近い値となっている．
図-4.11 に可視化実験装置の概要を示す．本実験に用いた風洞は，足利工業大学が所有する吹き出し型（エッフェル型）で風速 2～20m/s まで変化させることができる．
吹き出し口の断面は 1.05m×1.05m である．
風速は，ピトー管とマノメータを用いて計測した．風
速は 8m/s に設定し，供試風車の最大パワー係数が得られる周速比に対応する回転数でローターを回転させた．回り，周速比は 2.67，回転数は 680rpm である．
供試風車の設計パラメータ（西沢ら,2009）
項目
翼型
直径
揚力係数 CL
迎角α
設計周速比λd
翼枚数

煙ノズルの外観

表-4.3

煙ノズルの仕様

項目
吐出口数
吐出口径
吐出口間隔
メーカー

転数の調整は，インバータおよび誘導電動機を用いてお表-4.1

図-4.13仕様
Clark Y
0.6m
1.1
8deg
2
5枚

23 --- 23

仕様
10本
φ5mm
25mm
日章電機（株）は計算結果のように細かく設定できないため，700 fps で可視化実験を行った．
4.3 供試風車の可視化実験結果(Nishizawa et al.,2010)
可視化実験では，風速 8m/s の時の風車周りの動画を高速度カメラにより撮影し，風車ローターが２回転する間の 123 フレームを対象にして PIV によって各フレーム間で計測処理を行い，各解析グリッドの速度および角度を取得した．さらに各解析グリッドに対して速度および角度の平均化処理を行った．平均化処理を行った後の各グ
リッドの平均ベクトル図および流れ場の平均風速分布を
図-4.14

高速度カメラの外観

図-4.15 および図-4.16 に示す．
半径方向および軸方向の座標軸は，ベクトル図に記載している．なお，ローター

表-4.4

高速度カメラの仕様項目
画素数
濃度諧調(bit)
撮影速度(fps)
感度(ISO/ASA)
メーカーのフランジにより気流が遮られる部分は，r/R=0.2 以下の仕様
800×600
モノクロ：10
カラー：30フルフレーム：1,200
分割フレーム：95,000
モノクロ：4,800
カラー：1,200（株）ノビテック部分であること，煙ノズルの吹出口の全幅が 250mm とトレーサ面に限りがあるため，PIV 計測の対象エリアは
r/R=0.3 以上とした．ここに r は風車中心からの距離，Rは風車の半径を意味する．

なお，この後に PIV ソフトウェアによって流れ場の計測を行うが，その最適粒子移動ピクセル数が 10pix であるため，各風速の高速度カメラのフレームレートを算出
し，設定する必要がある．今回は，撮影範囲の左端から右端までの距離を実測した結果，0.95m であったため，今回の撮影解像度 800×600pix より，1pix あたりの長さ
l は，式(4.1)となる．
l=

0.95= 0.0011875 (m)
800

(4.1)
図-4.15

PIVの最適移動距離は，上式の解を10倍することで，式供試風車の流れ場のベクトル図(4.2)のように算出される．
(4.2)

図-4.16より，供試風車の後流場の風速は，4.0～5.0m/s

これを風速Vで除することで，0.01875m移動するためのとなっており，ブレードのスパン方向30％から100％の領時間が求められ，一コマあたりの時間となる（式(4.3)）．

域において，ほぼ均一に速度の低減が見られることがわ

0.011875(s)
V

かった．また，その速度低減率は，0.5～0.625であった．

l = 0.0011875 × 10 = 0.01875 (m)

t=

(4.3)

高速度カメラのフレームレート(FR)は，フレーム間の時間の逆数として求められるため，式(4.4)で算出できる．
FR =

V
(fps)
0.011875(4.4)

式(4.4)より，風速 8m/s におけるフレームレートは，673.7 fps となるが，高速度カメラのフレームレート設定

24 --- 24

No.6152-8m/s

Wind
8-10
6-8
4-6
2-4

10
-0.6
-0.3

8
6

Wind speedv[m/s]

4
2
1.45
1.3
1.2
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3

0

0
0.3
0.6
0.9
1.2

0-2

Front surface of rotor

Axial coordinate
x/R

1.5

Radial coordinater/R

図-4.164.4

図-4.18ナセル模型の設置方法

供試風車の平均風速分布

ナセル模型の可視化実験装置および方法

図-4.17 にナセル模型の概寸図を示す．なお，本模型には，ブレードは取付けられておらず，風車ローターが回転した時の後流の風速分布までは再現できないが，ブレード根元およびスピナーは再現されている．そこで，
本実験では，ブレード根元のアジマス角が 0°および180°の時のナセル形状の周りの流れ場を計測し，その風速の増減比に前節の供試風車による速度低減率を乗じて検証を行う．
なお，アジマス角とは，鉛直上向き方向から時計回り

図-4.19に測られたロータ中心回りのブレード角度であり，スピ実験装置概要図

ナー（スピナーキャップとも言う）とは，ハブやブレー
ド根元を覆うカバーのことである．
ナセル模型の風洞装置への設置は，図-4.18 に示すよ
うに，カメラ用の三脚を用いており，ナセル模型と三脚の固定にはタイラップを用いた．図-4.19 に実験装置の概要図，図-4.20 に実験中の概観を示す．

240

110

120

図-4.20150

実験中の概観

前節と同様に，実験にて撮影した動画を基にして PIV
図-4.17

ソフトウェアによって流れ場の計測を行うため，フレー

ナセル模型の概寸図

ムレートの算出を行った．今回は，撮影範囲の左端から右端までの距離を実測した結果，0.62m であったため，

25 --- 25

今回の撮影解像度 800×600pix より，フレームレートは
FR=8/0.00775=1032.26(fps)となった．しかし，高速度カ
メラのフレームレート設定は，上記のように細かく設定できないため，FR=1000(fps)として，可視化実験を行った．
以上の条件によって，撮影した動画を PIV によって流れ場の計測処理をするが，撮影した動画の 30 フレームを対象に計測処理の後に，各解析グリッドの速度および角度に対しての平均化処理を行い，各グリッドの速度ベク
トルおよび全体の流線を算出した．
4.5

ナセル模型の可視化実験結果

ブレード根元のアジマス角が 0°の時の速度ベクトル

図 4-21

速度ベクトル図（アジマス角=0°）を図-4.21 に，流線を図-4.22 に示す．なお，ナセル本体
およびスピナー部分に速度ベクトルが表示されているが，これはトレーサの濃淡を計測したのではなく，高速度カ
メラのコマ毎に変化する露光の濃淡を誤解析したものであるため，エラーデータである．
図-4.21 の速度ベクトルの結果より，流入した風は，
スピナー前方で 7m/s 以下に減速されるものの，ブレード根元の後方では，風速が回復し，ナセル風速計が設置されている部分では，8.0～9.5m/s まで増速されていた．また，ナセル上部の速度ベクトルの角度は，ほとんどが水
平方向を示しており，実証機のナセルに設置された風速
計には，風がほぼ直角に流入していると推測される．
図-4.22 の流線の結果より，スピナーによって風の流れの方向が変えられ，上方もしくは下方に約 30°の流入

図 4-22流線図（アジマス角=0°）

傾斜角が発生するものの，ナセル上部では，その傾斜角が緩やかになっている．また，ナセル表面付近において
は，空気排出口の突起物によって，その前方では風が上方へ向かうものの，その中間および後方では，ナセル上部に再付着するように，下方に向かって流れていた．
次に，ブレード根元のアジマス角が 180°の速度ベク
トルを図-4.23 に，流線を図-4.24 に示す．

図 4-2326 --- 26

速度ベクトル図（アジマス角=180°）

ほとんど発生せず，ナセル上部の後方の流線がスムーズになる要因であると考えられる．これは，円弧型で後端を切り落としたナセル形状が，流体の中を進む上で最も効率の良い形とされる流線型の物体の場合，その後端を切り落としても抵抗はほとんど増加しないとされるスポーツカーのコーダトロンカ（カムテール）形状と同様の効果が得られたためと思われる．

図 4-24流線図（アジマス角=180°）

図-4.23 の速度ベクトルより，ブレード根元の影響を受けていないスピナー後方のナセル上部では，流れが増速され，約 11m/s となる箇所が存在した．その後，空気排出口の突起物前方で減速し，ナセル表面に近いほど減速するものの，実証機のナセルに取付けられている風速計の位置では，風速がおよそ 9.5～10.5m/s に増速されている可能性があることが，この結果より判明した．また，

図 4-25

ナセル上部の速度ベクトルの角度について，ナセル上部

速度ベクトル図（アジマス角=180°）【流速カラー設定を 1～11m/s に変更】の前方では，上方に+10°程度，後方では下方に-3°程度の傾斜角があるが，実証機のナセルに設置された風速計

4.6

ナセル風速に関する検証には，影響のない程度に風が流入していると推測される．

供試風車の可視化実験によって，風車の後流場の風速
は 4.0～5.0m/s，速度低減率は 0.5～0.625 であった．

図-4.24 の流線の結果より，アジマス角が 0°の時と同様に，スピナーによって風の流れの方向が変えられ，上また，ナセル模型の可視化実験によって，風速計が設

方もしくは下方に約 30°の流入傾斜角が発生するもの

置される箇所での風速はアジマス角が 0°の時 8.0～の，ナセル上部では，その傾斜角が緩やかになっている．

9.5m/s，速度増加率は 1～1.19 であり，アジマス角が 180°

また，前記と同様に，ナセル表面付近においては，空気の時 9.5～10.5m/s，速度変化率は 1.19～1.31 であった．

排出口の突起物によって，その前方では風が上方へ向か

この速度変化率に上記の結果を乗じたものを表-4.5

うものの，その中間および後方では，ナセル上部への再に示す．上記結果より，ナセル形状による増速効果によ付着が生じるように，下方に向かって流れていた．

って，ナセル風速が上昇し，風速比（Ub/Ua）が 0.819 程
度になる可能性があることが判明した．

以上の結果より，スピナーによって風の流れの向きが変えられたことによる風の増速効果は存在し，その効果

表-4.5

は，ナセル後方まで影響を及ぼすことが判明した．また，予測されるナセル上風速の変化率
ブレードのアジマス角

ナセルの突起物によって風速計への流入傾斜角を調整す
る効果もあることが判明した．

0°
ブレードによる風速の低減率
ブレード後のナセ
ル風速の増加率なお，ナセル上部の後方の流線では，ナセル背面部分に風が流れることがなく，スムーズに後方に流れている．
それに対し，ナセル下部の後方では，最大+45°の傾斜角
でナセル背面に風が流れており，その流線はローター中

最終的なナセル風速の変化率

心線よりも上方まで伸び，その箇所の風速は約2m/sまで

180°0.500～0.625

1.000～1.188

1.190～1.310

0.500～0.743

0.595～0.819

減速している（図-4.25）．このような風の流れがナセル
300kW 風力発電機からの計測結果（図-4.7 および図後方に存在するため，ナセル背面には大きな乱れや渦が

27 --- 27

-4.8）によるに 1 分間平均データに基づく風速比（Ub/Ua）

明らかにしておく必要があることから，北海道北部の日も 0.75 以上を示しており，本実験によって，実機による

本海側に面する港湾・漁港において，電力の使用状況を

風速比の一部を再現することができた．

調査した．この地域では，年間の平均風速が大きく風力

ただし，図-4.7 および図-4.8 の 1 分間平均データの風

発電施設の立地上の有利さがある．このため，わが国に速比 Ub/Ua は 0.75～1.2 となっており，さらに 10 分間平おける大型ウインドファーム導入の初期の段階では風車

均データの風速比 Ub/Ua は 0.9～1.1 を示している．模型建設が進んだが，系統連系上の容量の限界や電力会社のによる実験結果と実機による計測データの間に，このよ

電力買取量の制約により，メガワット級の風車の更なるうな乖離が生じた理由として，模型のレイノルズ数が建設が厳しい状況となっている．このようなことから，

Re=6.15×104 であるのに対し、実機は同風速の 8m/s の時本研究で提案する中型風車を用いた自己利用型の風力エ

5に Re=5.12×10 であり，模型のレイノルズ数が実機よりネルギー利用の可能性を探るとともに，導入に際してのも低いことがあげられる．そのためにナセル境界層付近

諸問題を明らかにすることを目的にヒアリング調査をおでの風速の増加率を，本実験では過小評価した可能性がこなった．
調査を行った港湾・漁港および調査日は表-5.1

考えられる．また，ブレード根元は翼型形状ではない部のとおりである．

分があり，あまり速度低減していない可能性があるが，本実験ではブレード根元の速度低減率まで再現していな

表-5.1

港湾・漁港
A港
B港
C港
D 漁港
E 漁港

いことも，模型と実機の風速比の間に乖離が発生したと考えられる．これらを踏まえた実験的研究が今後の課題
である．
4.7

実験結果のまとめ

本研究では，PIV（Particle Image Velocimetry：粒子像

月のアメダス観測点における月別平均風速を示す．各観模型周りの流れ計測を行い，風車による速度低減効果お測点はいずれも日本海側に面している．観測点を表すア

よびナセル形状に起因する風速の増速効果の検証を行っ

ルファベットは表-5.1 の港湾名とは異なる.いずれの観た結果，以下の結論を得た．

測点においても冬季に平均風速が大きく，夏季に平均風

スピナーによって流入傾斜角が変えられたことによ

速が小さいという傾向がある．

る風の増速効果は存在する．
スピナーによる増速効果は，ナセル後方まで影響を及ぼす．
ナセルの突起物は，風速計への流入傾斜角を変化さ
ナセル下部の後方を円弧型にし，その後端を切り落とすことで，ナセル上部の後方の流れをスムーズに42する効果につながる．
ナセルの増速効果によって，風速比が0.75以上にな

12

10
11

8
9

6
7

4
5

2
3

12
2006

10
11

る可能性がある．

8
9

0
2005

5)

6

6
7

4)

平均風速 (m/s)

せる効果がある．

4
5

3)

8

2
3

2)

調査日（2009 年）
9 月 25 日
10 月 16 日
10 月 16 日
10 月 15 日
10 月 15 日

図-5.1 は調査を行った地域の 2005 年 1 月～2006 年 12相関流速計）を用いて，供試風車と 300kW 風車のナセル

1)

港湾・漁港へのヒヤリング調査日

年月
地点A

図-5.1

5．港湾や漁港における自己利用型風力エネルギー

地点C

地点D

地点E

地点F

調査を行った地域におけるアメダス観測点の月別平均風速(2005 年～2006 年)の活用に関する検討
5.1

地点B

5.2

ヒヤリング調査の概要

ヒヤリング調査の結果(1) Ａ港

本章では中型風車を用いた自己利用型風力エネルギーa）港湾の概要の活用について港湾や漁港を事例として検討を行う．検2009 年 9 月 25 日にＡ港の港湾管理者においてヒヤリ討に際しては，電力の使用実態や導入に際しての課題を

28 --- 28

ングを実施した．A 港は北海道の日本海側に位置する重要港湾である．
取扱貨物は平成 13 年（2001 年）から平成 18 年（2006年）にかけては 328 万 t から 349 万 t の間を推移していたが，平成 19（2007）年度，平成 20（2008）年度は 400
万 t を超えている．主たる取扱貨物（平成 20 年実績）は
林産品 142.5 万 t，石油類 90.6 万 t，砂利・砂・石材 67.8
万 t である．
b) 使用電力量の実態
A 港における高圧電力の電力使用量（2008.4～2009.3）
を表-5.2 に示す．
写真-5.1高圧電力で，使用量の多いものは，A-3 ふ頭荷捌き地

A-3 ふ頭荷捌き地の冷凍コンテナの冷凍コンテナ（写真-5.1）のリーファーコンセント（写真-5.2）が年間 261,144kWh，A-2 ふ頭上屋（定温庫，くん蒸庫，天井走行クレーン）が 229,319kWh である．この表に示している港湾管理者以外の支払い分として民間利用業者の荷役機械の電力として，年間 354,576kWh の使用電力量がある．
表 -5.2

A 港における高圧電力の年間使用電力量（2008.4～2009.3）

A-4 ふ頭

使用電力量(kWh)73,997
シャッター，送風機
229,319
定温庫，くん蒸庫，
天井クレーン
261,144
リーファーコンテ
ナ用コンセント
48,363陸電装置

A-5 ふ頭上屋

天井クレーン

40,907A-6 ふ頭上屋

シャッター，送風機

55,712A-7 ふ頭ガントリークレーン
レールヒーティング

67,536

68,675kWh である．ロードヒーティングの電気代は 1 月

68,675

冬季の間，ガントリークレーンのレール部分の降雪によ

施設名
A-1 ふ頭上屋
A-2 ふ頭上屋
A-3 ふ頭荷捌き地

A-7 ふ頭合計

主たる電力用途

写真-5.2

リーファーコンセント

A-7 ふ頭のガントリークレーン（写真-5.3）動力用の
電力使用量は 67,536kWh，ガントリークレーンのレール（写真-5.4 ）のロードヒ ーティ ング の使用電 力量はから 4 月分に計上されている．ロードヒーティングは，る雪氷の凍結防止のため使用している．

845,653

29 --- 29

40000

使用電力量（ｋWh)

30000

20000

10000

0
4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

2

3

月

写真-5.3A-1ふ頭上屋
A-3ふ頭荷捌き地
A-5ふ頭上屋

ガントリークレーン
図-5.2

A-2ふ頭上屋
A-7ふ頭
A-7ふ頭（レール）

A-4ふ頭
A-6ふ頭上屋

A 港における施設別の月別使用電力量（2008.4～2009.3）
図-5.3 は A 港における月別使用電力量の合計値を示している．
冬季の 1～3 月に電力使用量が多いことがわかる．A 港において冬季の使用電力量が多いことは，この地域では冬季に風が強く期待される発電量が多いことから，風力発電の利活用においては好条件である．なお,
低圧電力についてはデータの入手が年間の使用電力量の総計のみであったので，ここでは，それに 12 か月で除して月別使用電力量として表示している．
写真-5.4

ガントリークレーンのレール(kWh)
125,000

表-5.2 に示した以外に A 港の港湾管理者が支払って高圧

月 100,000
別使
75,000用
電
力 50,000
量
25,000いる低圧分の使用電力量は年間約 200,000kWh であり，高圧分の約 1/4 の使用量である．低圧分は臨港道路等の街路灯，監視カメラ，照明等に用いられている．
図-5.2 に高圧電力について，施設別の月別使用電力量を図示している．A-3 ふ頭荷捌き地については，11 月～

0

12 月に使用電力量が増大している．使用用途は冷凍コン

低圧

4月 5月

6月 7月 8月

9月 10月 11月 12月 1月

2月 3月

月

テナ用の電源であり，この時期に水産物，水産製品の利図-5.3 A 港における月別使用電力量（2008.4～2009.3）

用が多かったことによる．

(2) Ｂ港a) 港湾の概要
2009 年 10 月 16 日に地方港湾 B 港の港湾管理者である町役場においてヒヤリングを行った．B 港は北海道の北部日本海に流下する河川の河口を利用した河口港として整備された．港湾の整備は河口特有の砂洲のため河口（港口）が閉塞したことから昭和 6(1931)年の河口改良工事に始まり，昭和 28(1953)年に地方港湾の指定を受けて本格

30 --- 30

的河口工事が進められた．昭和 55(1980)年からは新港地(kWh)

区の整備が開始された．平成 19(2007)年の取扱貨物は移25,000

出が 63.1 万 t，移入が 2.9 万 t で，そのほとんどが砂利・

高圧
低圧

月
20,000別使
用 15,000
電力 10,000
量

砂である．
b) 使用電力量の実態
表-5.3 は B 港における使用電力量を示す．使用電力量

5,000の多いものは，高圧契約の冷凍倉庫の電力（166,337kWh）である．低圧 契約の港湾内 照明施設の使 用電力量は

039,277kWh である．数年前から街路灯は電気代節約のた

4月

5月

6月

7月

8月

9月 10月 11月 12月 1月

2月

3月

月

図-5.4

め減灯している．

Ｂ港における月別使用電力量（2008.4～2009.3）

事務所用電力としては港湾内事務所のクリーントイレの使用電力量が大きく，循環式をとっており，また，冬(3) Ｃ港

季間凍結防止用にヒーターを入れている．ただし，使用a) 港湾の概要

電力量は 8,254kWh であり多くはない．以前に離島との2009 年 10 月 16 日に地方港湾 C 港の港湾管理者である間にフェリーが試験運航をしていたことがあり，陸電を町役場においてヒヤリング調査を行った．C 港は離島航供給したことがあるが，現在は契約を解除している．た路の拠点港として整備されている．昭和 7(1932)年に着工

だし，電源供給の配線は残っている．

されて以来，整備が進められてきたが，港湾に流入する漁協契約分については冷凍冷蔵庫の電力で，加工場も河川の流出土砂による埋没と冬季の季節風による港内波ある．ただし，製氷施設はなく，漁協管轄内の他の漁港浪のため利用が阻害されてきた．昭和 50(1975)年より流から氷を運搬してくるほか，漁業者が個別に所有してい入河川の切替工事が進められ，昭和 62(1987)年をもってる小型製氷機による製氷を使用している．

完了した．平成 19(2007)年の取扱貨物は移出 3.9 万 t，移入 3.3 万 t であり，そのうち移出，移入ともに離島フェ

表-5.3

施設名
港湾内照明
港湾内事務所
冷凍倉庫
合計

リー分が 2.5 万 t であり，それ以外の取扱貨物は少ない．

Ｂ港における年間使用電力量(2008.4～2009.3)
主たる電力用途

使用電力量
(kWh)
39,277ナトリウム灯（低圧）8,254
管理棟，トイレ（低圧）
166,337
冷凍庫，水産加工場（高圧）
213,868b) 使用電力量の実態
表-5.4 は C 港における使用電力量を示す．港湾管理者である町が支出している電力量は港湾区域内の街灯関係の 16,975kWh である．そのほかフェリーが待合所および事務所の電力として 12,255kWh，フェリーの倉庫の電力として 3kWh 使用している．
漁協契約分では，冷蔵庫，自動製氷機の使用電力量が

図-5.4 は B 港の高圧電力，低圧電力について月別の使

多いが，これらはいずれも高圧契約である．

用電力量を示したものである．使用電力量のうち高圧分
は 5～8 月に他の時期と比べて少なく,後に述べる D 漁港

表-5.4の月別の使用電力量と異なる傾向を示している．

Ｃ港における年間使用電力量(2008.4～2009.3)

施設名
港湾内照明
ターミナル施
設
貨物倉庫

使用電力量
(kWh)
16,975ナトリウム灯（低圧）12,255
管理棟（低圧）照明（低圧）

3

漁協事務所

照明他（低圧）79,341

漁協冷蔵庫

（高圧）

213,031

自動製氷機

（高圧）

187,749

水産加工場

（高圧）

34,194

合計

31 --- 31

主たる電力用途

543,548図-5.5 は C 港の高圧電力，低圧電力について月別の使表 -5.5

用電力量を示したものである．高圧電力量は 6 月に最も2009.3)
施設名

少なく 11 月に多い使用電力電力量の多くは，冷蔵庫および自動製氷機によるもので，水産物の漁獲の時期に影響

港湾内照明

しているものと考える．

公園公衆トイ
レ
事務所

（kWh）

使用電力量
(kWh)
ナトリウム灯（低圧） 定 額契約の
ため不明
1,876
照明（低圧）
26,340荷捌き所

動力（低圧）

61,491

蓄養施設

動力（低圧）

59,059蓄養施設

電灯（低圧）

5,179

船揚げ場

動力（低圧）53

船揚げ場

電灯（低圧）

34

タコ加工場

動力（高圧）

355,577

ホタテ加工場

動力（高圧）

125,741月

旧加工場

動力（高圧）

21,667

Ｃ港における月別使用電力量（2008.4～2009.3）

冷蔵庫

（高圧）

高圧
低圧

80,00060,00040,00020,0000

図-5.5

主たる電力用途

照明（低圧）

100,000
月
別
使
用
電
力
量

Ｄ 漁 港 に お け る 年 間 使 用 電 力 量 (2008.4 ～

4月

5月

6月

7月

8月

9月 10月 11月 12月 1月

2月

3月

合計

68,151
725,168(4) Ｄ漁港
低圧分のうち漁港内街灯は，電力会社との定額契約のa) 漁港の概要
2009 年 10 月 15 日に D 漁港のある町役場においてヒヤため使用電力量は不明である．これらの電力使用のうち，リング調査を行った．D 漁港は北海道北部の日本海側にみなと公園公衆トイレは町役場の支出，その他は漁協の面する．気候は対馬暖流の影響を受け，内陸部よりも温支出である．低圧分の荷捌き所の使用電力量は冷蔵庫の暖であるが，夏の一時期を除いて風が強まるので，冬季使用電力である．みなと公園のトイレは開放期間が 4 月には出漁機会が限られる．D 漁港は第４種漁港に指定さから 10 月で，冬場の電気使用はない．
船揚げ施設の使用回数は年 40 回程度であるが，使用電れ，避難港としての機能も有する．

力量としては極めて少ない．蓄養施設のポンプは，1 回b) 使用電力量の実態まわすと 24 時間以上は回る．漁業者は港の中で別途に養表-5.5 は D 漁港における使用電力量を示している．高殖施設を所有しており電力を使用しているが，個別の契

圧電力において使用電力量の多いものは，タコ加工場の約なので，この表には含まれていない．おおむね 15kWh

電力（355,577kWh），ホタテ加工場の電力（125,741kWh）の契約で，3 月から 9 月までの 7 か月間の使用が多い．

である．旧加工場は魚の一時保管等，現在は加工とは違

図-5.6 は D 漁港の高圧電力，低圧電力について月別のう用途で使用している．ホタテの加工場は，現在は漁期

使用電力量を示したものである．使用電力量のうち高圧である夏場のみ乾燥機を使用している．他の時期は電灯

分は 6 月～9 月の夏季に多いことがわかる．これはタコのみの使用となっている．最も使用量が多いタコ加工場

加工場の使用電力量が多いためである．

は漁の最盛期である夏場に乾燥用の電力使用が多いがホタテ加工場，冷蔵庫については年間の変動量は比較的小
さい．

32 --- 32

(kWh）
100,000(kWh)
100,000
月
別使 80,000
用
電 60,000
力
量 40,000

高圧

月 80,000
別使
用 60,000
電力 40,000
量

低圧20,00020,000
0

0
4月

5月

6月

7月

8月

9月 10月 11月 12月 1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月 10月 11月 12月 1月

2月

3月

月

月

図 -5.6高圧
低圧

図 -5.7

Ｄ 漁 港 に お け る 月 別 使 用 電 力 量 （ 2008.4 ～Ｅ 漁 港 に お け る 月 別 使 用 電 力 量 （ 2008.4 ～2009.3）2009.3）5.3(5) Ｅ漁港

港湾や漁港における中型風車の活用に関する提言a) 漁港の概要(1) 自己利用型風力エネルギー利用モデル

2009 年 10 月 15 日にＥ漁港のある町役場においてヒヤ

図-5.8 は港湾における自己利用型風力エネルギーモ

リング調査を行った．E 漁港は第 3 種漁港である．

デルの評価フローを示している．この評価フローにおいb) 使用電力量の実態ては，中型風車による電力は基本的には自家消費とする

表-5.6 は E 漁港における使用電力量を示す．使用電力が，5.2 で示した使用電力量の現地調査結果によれば，

量の多いものは，冷凍倉庫の電力（487,160kWh），港湾

港湾・漁港ごとに電力の使用状況に季節変動性を有する．

内の事務所用電力（87,101kWh）である．2008.5 より冷また，発電量についても季節的な変動がある．そこで，

凍倉庫を新設し,その製氷能力は 13.77t/日である．漁獲物

需給バランスのギャップをうめるために，必要に応じては－40℃で凍結させ，その冷凍能力は 10t である．

蓄電池の利用による発電量の平滑化を図る必要がある．

港湾緑地の駐車場の照明装置の使用電力量はまた，自家消費ではなく，電力会社との売買電とするこ2,198kWh で漁港全体の使用電力量に占める割合は小さとも条件によっては必要になる．ただし，具体的な検討

い．

は個別条件ごとに大きく異なるので，本資料では発電量，使用電力量についてマクロな検討のみにとどめることと

表 -5.6Ｅ 漁 港 に お け る 年 間 使 用 電 力 量 (2008.4 ～し，月単位での需給バランスについての計算結果のみを示す．

2009.3)施設名
港湾内照明
港湾緑地の照明
冷凍倉庫
漁港内トイレ
陸電施設
その他
合計

主たる電力用途
（低圧）
（低圧）
（高圧）
（低圧）
（低圧）
（低圧）

使用電力量
(kWh)
99,527
2,198
487,160
532
405
10,329600,151

図-5.7 は E 漁港における月別の使用電力量を示す．高圧の使用電力量は夏場の 6 月から 9 月，年末の 11 月から12 月にかけて多いことがわかる．

33 --- 33

いのに対して，その時期は平均風速が小さいため，風力発電単独では，大幅に不足する傾向が見られる．これに対して A 港，C 港においては使用電力量と発電推定量の差が相対的に少なくなっている．
表-5.7

図-5.8

1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10 月
11 月
12 月
年平均

自己利用型風力エネルギーモデルの評価フロー(2) 月別発電量の推定と月別使用電力量との比較
立地地点における発電ポテンシャルの推定については,
以下の方法について検討した．
①

風速の平均値を用いレーリー分布によって発電量を推定する方法②

する方法
まず，①の方法による検討を行って，使用電力量を調査した港湾における中型風車導入の可能性を検討する．
ただし，調査した５港のうち B 港は表-5.3 で示したように年間の使用電力量が約 210,000kWh であり，その他の４港に比べて半分以下であり，ここで検討する 300kW 風
車１台の年間発電量に比べても少ないと想定されたため計算の対象から除外した．
表-5.7 は A 港，C 港，D 漁港，E 漁港についてアメダ
ス平年値、または NEDO の風況精査実測値による月別平
均風速を示す．
表-5.8 は A 港，C 港，D 漁港，E 漁港について表-5.7に示したアメダス平年値、または NEDO の風況精査実測値に基づき NEDO の風況マップを参考に風車のハブ高さである高度 41.5m/s における月別平均風速を推定したものである．
図-5.9 は表-5.8 で示した月別平均風速を用いて発電推定量と 5.2 で示した各港湾・漁港における月別使用電力量と比較したものである．港湾・漁港ごとに推定発電量と使用電力量は年間の総量では 300kW 風車 1 台で需給がほぼバランスしているが，月別には過不足が生じている.とくに D 漁港，E 漁港においては夏季に電力使用が多34 --- 34

A港

C港

D 漁港

E 漁港

8.9
7.8
4.8
6.1
6.5
4.6
5.3
5.3
6.4
6.7
9.8
7.5
6.6

4.0
4.4
4.2
4.0
3.5
2.9
2.4
2.9
3.7
4.2
5.2
5.6
3.9

4.3
3.8
3.8
3.5
3.2
2.5
2.2
2.3
2.8
3.8
4.8
4.7
3.5

7.0
6.4
7.9
5.3
4.5
3.4
3.4
3.9
4.6
8.1
9.9
7.9
6.0

観測高さ

40m

-

-

15m

引用元

NEDO

アメダス

アメダス

NEDO

表-5.8

実測データ等を用いて時系列的に発電量を推定

月別平均風速（単位 m/s）

高度 41.5m の月別平均風速の予測値（単位 m/s）
月

A港

C港

D 漁港

E 漁港

1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10 月
11 月
12 月
年平均

9.6
8.4
5.2
6.5
7.0
4.9
5.7
5.7
6.9
7.2
10.5
8.1
7.13

6.9
7.6
7.3
6.9
6.1
5.0
4.2
5.0
6.4
7.3
9.0
9.7
6.78

9.4
8.3
8.3
7.6
7.0
5.4
4.8
5.0
6.1
8.3
10.4
10.2
7.56

8.1
7.4
9.2
6.2
5.2
4.0
4.0
4.5
5.4
9.4
11.5
9.2
7.01

(kWh)
150,000

次に②の方法について述べる．計算の具体的手順を以使用電力量（2008年度 高圧のみ）
レーリー分布推定発電量(風車１台)

電 120,000
力
量 90,000

下に示す．
イ) アメダス観測記録（時系列記録）を入手する
ロ) NEDO 風況マップまたは港湾地域風況マップ等を60,000用いて風車設置地点の風速に換算する
ハ) 地形・地表条件より決まるα値を用いてべき乗則を30,000

用いてハブ高さの風速に換算する

0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

ニ) 計算機種（300kW）のパワーカーブを用いて各風速

10 11 12月

(1)に対する発電量を算定する

Ａ港ホ) 日別発電量，月別発電量，年間発電量を算定する
図-5.10 は，A 港について 2005 年と 2006 年の気象庁(kWh)150,000のアメダスの風速観測値に基づいて推定した発電推定量

電力 120,000
量と 5.2 で述べた 2008 年の使用電力量を月別に示している．

使用電力量（2008年度）
レーリー分布推定発電量（風車１台）

風 力 発 電 量 の 推 算 で は 図 -5.8 の フ ロ ー に し た が い

90,000300kW 風車の発電特性とアメダスの 10 秒ごとの風速データを用いて時系列的に発電量を求め，日別，月別に推60,000定電力量を求めている．A 港では 300kW 風車 1 台による30,000

発電推定量と使用電力量の差は月ごとに見ても小さい．

0
1

2

3

4

5

(2)

6

月

7

8

9

ただし，夏季の 6 月から 9 月においては，発電推定量は

10 11 12

使用量の半分程度に留まる．夏季の 6 月から 9 月にかけ

Ｃ港ての使用電力量が発電推定量を超えているので，これらの月の使用電力量を充足させるためには，風車の台数を(kWh)
150,000
電力120,000
量増やすこと，あるいは，冬季においては，風車 1 台でも使用電力量（2008年度）

必要な電力量が供給可能であることから夏季の不足分はレーリー分布推定発電量（風車１台）

太陽光発電などを併用して補うことなどの検討も必要と90,000なる．

60,00030,000(kWh)150,000

0
1

2

3

4

(3)

5

6

月

7

8

9

使用電力量（2008年度 高圧のみ）
2005年推定発電量（風車１台）
2006年推定発電量（風車１台）

電
力
量 120,000

10 11 12

Ｄ漁港

90,000(kWh)60,000150,000

使用電力量（2008年度）

電
力 120,000
量

30,000

レーリー分布推定発電量(風車１台)

090,000

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12月

60,000

図-5.1030,000
0
1

2

3

4

(4)
図-5.9

5

6

7

8

9

発電推定量と使用電力量の比較(3) 港湾・漁港における風力発電導入のための課題

10 11 12月

ここまでは各種の法規制等を考慮せずに，沿岸部におＥ漁港ける風力エネルギーの導入可能性について港湾・漁港を

発電推定量と使用電力量の比較モデルとして検討している．具体的な導入にあたっての35 --- 35

課題を以下に述べる．
①

1)

中型風車の開発コンセプトをとりまとめ，実証試験

港湾・漁港ごとの使用電力量の実態把握と風力エネ

風車を東京湾沿岸に設置し，現地実証試験を実施しルギー導入ポテンシャルの把握た．

本資料では，北海道の北部日本海側に面する港湾・漁2)現地実証試験結果をとりまとめ，低気圧や台風が通港五港を対象に使用電力量を調査している．調査した港

過した際の，強風時の風速および発電量特性，およ湾・漁港での月別の使用電力量の傾向には大きな差異がび，沿岸域における風の乱れ特性を明らかにした．

見られた．今後は，調査対象地域を広げ，使用電力量のこの結果，強風時についても，風速と発電量の関係

実態把握を進めるとともに，当該地域における風速デー

は，風車の設計パワーカーブと一致していることがタに基づき発電ポテンシャルを調査することにより，導確認され所定の発電がなされていることが確認さ入可能性を把握することが，港湾・漁港におけるクリー

れた．さらに．強風時の風の特性として，突風率やンエネルギー利用拡大につながると考えられる．

乱れ強度を，東京湾内の洋上風観測点である港湾空

また，船舶の停泊中のアイドリングストップのための港技術研究所アシカ島観測点と比較検討したが，実陸電供給や臨港道路の沈埋トンネルの照明や換気，橋梁証試験サイトとアシカ島の間での特性の相違や，既の照明やライトアップ等，利用方法についての検討も必

往の設計式との対応を、明らかにするには至らなか要である．

った．海上風の乱れの高度分布については，現在建②設が進められている洋上気象海象観測タワーによ

発電量の時間変動性の緩和
本資料においては，発電量の時間変動性については月

る風速の鉛直方向の風速分布や乱れ強度の分布の別変動性についてのみ言及している．発電量については，

観測記録に期待されるところが大きい，今後の研究

このほか日別変動性，時間帯別変動性があり風力エネル

課題として位置づけられる．

ギーを自己利用型エネルギーとして利用することを難し

3)

風洞模型実験を通じて，現地実証試験における風車

いものにしている．発電量の時間変動性の緩和のためにナセル上で得られた風向風速記録の特性について

は，蓄電池の利用，太陽光発電等の他のクリーンエネル

考察した結果，ナセル形状による増速効果によって，ギーとのハイブリッド化等が考えられるが，いずれも発ナセル風速が上昇する可能性がある．このため，ナ

電単価のアップにつながるので，その点を考慮しつつ検セル上の風速と発電量との関係がパワーカーブと討することが必要となる．

結果的にほぼ一致した，3.で述べた事実の説明がで③きた．300kW 風力発電機からの実証試験結果によ

法規制の緩和

る風速比（Ub/Ua）も 0.8 以上を示しており，本風洞

港湾管理のための設備として風力発電を導入した場合，発電電力の使用は港湾施設での使用に限定される．地方

模型実験によって，この風速比を再現することがで港湾では使用電力量が少ないため，港湾施設単独では余きた．
4)

剰電力が生ずるので，港湾の漁港地区に立地する冷蔵冷

北海道日本海沿岸の 3 港湾と 2 漁港を対象とした自凍倉庫への電源供給や水産加工施設への電源供給を行う

己利用型エネルギーの活用に関するヒヤリングをことが事業性を向上させることになる．こうした施設は行い，通年および既設別の電力需要をとりまとめた．

漁業協同組合や民間事業者の管理となるため，現行の法

この結果，小規模な港湾や漁港では，総量として制度の下では余剰電力の転用ができない．第三セクター

300kW 級の風力発電システムは，需要に見合ったの事業として，地域で総合的に電力供給する手段も考え量の発電が期待できることが明らかにされた．ただられるが，いずれにしても風力発電をはじめとするクリ

し，季節毎の詳細な発電予測量と需要量との間にはーンエネルギーの導入促進が図れる法制度の確立や規制

ギャップも見られるので，夏季の不足分は太陽光発の緩和が必要となる．

電などを併用して補うことなどの検討も必要となることが示された．

6．おわりに（2011 年 1 月 26 日受付）
謝辞

本稿では，沿岸域に適した中型風車を開発しその実証試験結果を紹介するとともに，港湾や漁港への風力発電

本資料は(独)港湾空港技術研究所，足利工業大学，北海システムの導入に関するヒヤリング結果をふまえた提言

道工業大学，㈱駒井ハルテックの４者共同研究と実施していをとりまとめた．以下に，主要な成果を述べる．

るものの一部の成果をまとめたものである．使用電力量の調36 --- 36

査においては国土交通省北海道開発局港湾空港部ならび性 ， 土 木 学 会 ， 海 岸 工 学 論 文 集 ， 第 50 巻 ，に港湾・漁港管理者の協力を得ており関係者に謝意を表し

pp.1306-1310.

ます．データ整理の一部は北海道工業大学の卒業生である

永井紀彦・牛山泉・根本泰行・川西和昭・額田恭史・鈴高橋泰央，二本松誠司，山田祥弘，安達和の諸君の協力に

木靖・乙津孝之（2004）：現地実証試験と風況シミュよるものであり感謝の意を表します．

レーションに基づく沿岸風力照明システムの合理的構築, 足利工業大学総合研究センター，自然エネル

参考文献

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日本道路協会（2002）：道路橋仕方書・同解説の適用可能性に関する現地実験，海洋調査技術学会，

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土木学会（2007）：風力発電設備支持物構造設

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独立行政法人

永井紀彦・鈴木高二朗・牛山泉・西沢良史・細見雅生・

新エネルギー・産業技術総合開発機構

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永井紀彦・橋本典明・横井博志・鈴木善光・魚崎耕平

永井紀彦・鈴木高二朗・田中陽二・牛山泉・西沢良治・（2000）：観測データに基づく沿岸域および海上の風

白石悟・細見雅生・小川路加・久高将信（2009）：中出現特性の検討，土木学会，第 27 回土木学会関東支規模風車による沿岸域自立型クリーンエネルギー活部技術研究発表会講演集 pp.374-375.

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が国沿岸の風観測結果に基づく風力エネルギーの試

西沢良史, 谷口英人，鈴木政彦，牛山泉（2009）：水平軸

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小型風車のブレード形状に関する実験的研究（低設永井紀彦・勝 海務・岡島伸 行・隅田耕二 ・久高将信

計周速比ローターの最適形状の検証），日本機械学会（2001b）：NOWPHAS データより推定した洋上沿岸

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域での風力発電の可能性，土木学会，海洋開発論文

松下大介・幽谷栄二郎・松宮煇・細見雅生（2008）：臨海集，第 17 巻，pp.19-24.

工業地域に設置した 300kW 風車のサイトキャリブ

永井紀彦（2002）：風力エネルギー活用の観点から見た沿レーション技術を適用した性能計測，風力エネルギ

岸域洋上風力の特性，港湾空港技術研究所資料，

ー，Vol.32, No.3, pp132-139.
幽谷栄二郎・松下大介・松宮煇・細見雅生（2008）：臨海

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永井紀彦・小川英明・中村篤・鈴木靖・額田恭史（2003）：

工業地域に設置した 300kW 風車のサイトキャリブ

観測データに基づく沿岸域風力エネルギーの出現特レーション技術を適用した性能計測および性能評価，

37 --- 37

第 30 回 風 力 エ ネ ル ギ ー 利 用 シ ン ポ ジ ウ ム ，P：地表面の粗度区分

pp175-178.

pix：ピクセル（画素数）r：風車中心からの距離(m)R：風車の半径(m)t：１コマ当たり時間間隔

Ua：観測ポールにおける風速(m/s)

JIS A 4201(2003): 建築物等の雷保護.

Ub：ナセル背後における観測風速(m/s)

Matsushita, D., Yukoku, E., Matsumiya, H., and Hosomi, M.

V：基準風速(m/s)(2010): Estimation of Power Performance of 300kW

Zｂ：基準高さ（べき乗則が成り立つ上限高度）

Wind Turbine Located in the Seaside District, Book of

ZG：基準高さ（べき乗則が成り立つ下限高度）

Abstract,

Conference,α：べき乗則の係数λd：設計周速比Nagai, T., Suzuki, K., Tanaka, Y., Ushiyama, I., Shiraishi, S.,

θ1：観測ポールにおける風向（°）

Field

θ3

：ナセルにおける風向（ナセル角度）（°）

Experimentation of the 300kW Wind Power Generator at

σ1：主軸方向成分の風速の標準偏差

the Tokyo-Bay Coast, Book of Abstract, Renewable

σ2：主軸直角方向成分の風速の標準偏差IEC 61400-1(1999): Wind turbine generator systems - Part 1:
Safety requirements.
IEC 61400-24(2002): Wind turbine generator systems - Part
24: Lightning protection.

Renewable

Energy2010

CD-ROM.
Ogawa,

Energy

R.

2010

and

Kudaka,Conference,

M.

Paper

(2010a):No.

O-Wd-2-1,

CD-ROM.
Nagai, T., Suzuki, K., Tanaka, Y., Ushiyama, I., Nishizawa, Y.,
Shiraishi, S., Ogawa, R. and Kudaka, M. (2010b): Field
Testing for Offshore Wind Farm in Tokyo Bay, Proc. ofthe

TECHNO-OCEAN

2010

Paper

No.14-1-012,

CD-ROM.
Nagai, T., Kawaguchi, K., Yoshimura, Y., Yoshioka, T.,
Tanikawa, R. and Aoki, I. (2010c): Study on Offshore
Wind Turbines in Japan using NOWPHAS Data, Proc. ofthe

TECHNO-OCEAN

2010

Paper

No.14-1-010,

CD-ROM.
Nishizawa, Y., Ushiyama, I., et al. (2010): An Experimental
Study of the Shapes of Rotor for Horizontal – Axis SmallWind Turbines with and without Winglet, Book of
Abstract, Renewable Energy 2010 Conference, Paper No.
O-Wd-10-3, CD-ROM.
記号表
Cp：パワー係数

Cpmax：最大パワー係数D：ローター径(m)fps：フレームレートの単位（1s あたりのコマ数）

FR：フレームレート（シャッター時間間隔の逆

Hb：地点におけるハブ高さ

Ip：風の乱れ強度

Iref：風速 15m/s 時の乱れ強度の期待値

l：単位ピクセルに相当する長さ(m)数）

38 --- 38