「RIAM-COMPACT(リアムコンパクト)」の特徴と新規性について

九州大学 応用力学研究所
風工学分野
内田 孝紀
092-583-7776
takanori@riam.kyushu-u.ac.jp

本研究の背景①
日本国内では，風車の適地が海岸地区から山間部に移行しており，風力発電の事業評価はこれ ま
で以上に厳密に，かつ高精度に行う必要がある．

海岸地区

山間部

本研究の背景②
現在，稼働中のウィンドファームを対象にした計算例

山間部の風の流れは非定常な複雑乱流場

ハブ高さ(64m)における主流方向速度成分の分布

ハブ高さ(64m)における速度ベクトルの分布

NEDOの風況マップと
RIAM-COMPACTの計算結果の比較

NEDOの風況マップと明らかに異なる！

NEDOの風況マップ(500m解像度)

RIAM-COMPACTの計算結果(合成風況図，50m解像度)

マイクロサイティング①
風力発電：再生可能な自然エネルギーの1つ(風力⇒電気)で，現在最も注目されている！

風のエネルギーは，風速の3乗と受風面積Aに比例．
風速が2倍になると．．．
ローター直径D
発電出力は8倍！

できるだけ風況が良い地点に風力タービンを建設するのが望ましい！

風力タービンの適地を探す
受風面積A

マイクロサイティング技術

マイクロサイティング(Micro-siting)

マイクロサイティング②⇒最終的な風力タービンのサイト選定⇒力学的な要素が支配的⇒風に対する地形効果(風の変化や風の乱れ)を考慮する必要あり⇒RIAM-COMPACT®(CFD技術)の利用

Local Speed-Up, Vortex Shedding, Reattachment …
This figure shows the airflow over 2-D escarpment.

非定常・非線形風況シミュレータ
RIAM-COMPACTソフトウエアの紹介
現在最も活用されている分野

主 な 特 長◆非定常・非線形の流体工学(CFD)モデル◆RANS系モデルよりも有望視されている
LES乱流モデルを採用

風力発電分野
◆地理情報システム(GIS)との連携により，国内外を問わず，世界中のあらゆる平坦
地形と複雑地形に適用可能◆風速分布のみならず，乱流強度分布などの3次元アニメーション表示が可能◆観測データに基づいて，任意地点の年間発電電力量や設備利用率が評価可能

ハブ高さ(64m)における速度ベクトルの分布◆風車に対する風荷重を評価するための，風の時系列データの出力が可能◆風車立地点における風速分布や乱流強度の鉛直プロファイルを表示可能◆風車受風面内の風の吹き上げ角度や吹き下げ角度などを出力可能非定常・非線形風況シミュレータ
RIAM-COMPACT®（リアムコンパクト）

九州大学応用力学研究所発の流体工学CFDモデル)

Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University,
COMputational Prediction of Airflow over Complex Terrain◆乱流モデル：次世代乱流モデルとして期待されているLES(Large-

Eddy Simulation)の採用！
◆対象スケール：数(十)km以下の局所域スケールに的を絞る！
◆特長①：風に対する地形・建物の効果を高精度に予測！
◆特長②：安定成層，不安定成層など種々の大気安定度を考慮！
流れの局所的な増速
Flow

逆流域の形成(渦放出)

流れの衝突
流れの剥離

流れの再付着【風に対する地形効果】

RIAM-COMPACT®(リアムコンパクト)の着眼点
流体(風況)のコンピュータシミュレーションにおけるスケールによる分類＜(a)工学分野では
数m以内の物体スケール＜
地上10mにおける水平風速
地上10mにおける水平風速と風速ベクトル，0418
台風と風速ベクトル，0418台風(b)数m～数十kmの局所域スケール(c)気象分野では数十km
以上の広域空間スケール

工学分野では数m以内の物体スケール、気象分野では数十km以上の広域空間スケールが主な研究対象であった。
一方、その中間の数m～数十kmは私達の実生活に関連したごく身近な風環境にも関わらず、地物・地形による影響と時間変化の両者を忠実に再現可能な風況予測モデルの重要性は、未だ十分に認識されてなかった。
我々は、このスケールギャップに着目し、世界最先端の流体計算技術に基づいた斬新で汎用的な風況予測システム(RIAM-COMPACT®：リアムコンパクト)の開発に成功し、この分野の新たな道を拓いた。

RIAM-COMPACT®の応用分野
・山岳地形・市街地における自然エネルギーの有効利用(風力発電)
・巨大都市域(市街地)の大気環境予測と改善
・山間部の地形性局地強風の発生メカニズム解明
・山間部の送電鉄塔周辺の風害対策
・台風に伴う歴史的建造物の風害対策
・竜巻に伴う風害対策【風工学分野】

特に重点を置いているテーマ【鉄道分野】
・突風・強風時における鉄道の安全運行支援システム構築
・線路周辺の風害対策，風況マップ作成【航空・船舶分野】

竜巻シミュレータの開発

・離島空港建設のための風況アセスメント
・大型タンカー接岸ルート支援システムのための風況予測
・台風に伴う風害対策のためのハザードマップ作成(強風域特定)・山火事の延焼域の予測
・山火事の煙，火山ガス，大気汚染物質，花粉などの移流・拡散予測【森林分野】

風向変動を考慮した
ガス拡散予測【レジャー分野】
・ヨットレース，フィッシング，ゴルフ，バルーンなどを対象にした風情報配信サービス

RIAM-COMPACT®に関する特記事項◆ 世界的にこれまで十分に認識されてこなかった数m～数十km程度の局所域に着眼し，先端的風況予測モデルRIAM-COMPACT®の開発に成功.
この分野の新たな道を拓いた(日本風工学会研究奨励賞受賞)．
◆ RIAM-COMPACT®は，国内の風力発電業界では標準コードの一つとして広く普及．
国内シェアNo.1の(株)ユーラスエナジーホールディングス，No.2の電源開発(株)，No.3の日本風力開発(株)，No.5のエコパワー(株)を始め，約80ライセンスの導入実績を実現．中国清華大学などアカデミックユーザも多数．
◆ NEDOの産業技術研究助成事業に採択．風車に対する地形効果に起因する風の乱れの影響を解明．この成果に対し，
2010年科学技術分野の文部科学大臣表彰･若手科学者賞を受賞．
◆ NEDOの平成22年度「戦略的国際標準化推進事業／標準化研究開発（グリーンイノベーション推進事業）／数値シミュレーション技術を用いた風車性能評価技術等の国際標準化に係る研究開発」に採択．
RIAM-COMPACT®の世界標準へ向けた取り組みが開始された．
【実用新案】
実用新案】■設置適性度演算装置(号)
設置適性度演算装置(実用新案第3197903
実用新案第3197903号■発電システム(号)
発電システム(実用新案第3184277
実用新案第3184277号■流体解析支援システム(号)
流体解析支援システム(実用新案第3128436
実用新案第3128436号

MASCOTRIAMCOMPACT

WAｓP

線形・非線形

非線形

非線形

線形

定常・非定常(アニメーション表示不可能)

非定常（アニメーション表示可能）(アニメーション表示不可能)

×

○

×

3次元風車形状モデルの表示×○×

地表面粗度の入力○○○

発電電力量の計算○○○

設備利用率の計算○○○

風配図の作成○○○ウェイクロスの計算○○○

合成風況図の作成○○○

設計風速の計算○○×

マルチコアCPU計算(並列計算)への対応

×

○

×

×

○

×

10m以下の高解像度
標高データの入力

GPU計算への対応

定常

定常

本研究の先端性・独創性①【克服すべき主な課題】
如何に精緻に（数値シミュレーションの境
1)地形の凹凸界条件として）再現するかが極めて重要！
界条件として）
2)地表面粗度①地理情報システム(GIS)との連携を図り，独自の詳細地形データ構築技術を確立．

②航空写真，レーザープロファイラデー
タなどから最新の土地造成状況を再現可能．これらのデータに基づいて
地表面粗度のモデル化が可能．

10m以下の高解像度データの構築が可能！

本研究の先端性・独創性②③ALOS地形データの活用

航空写真
建屋の影響も再現！

SRTM, 90m

ALOS PRISM DSM, 10m

ALOSデータ

本研究の先端性・独創性③④GPVデータの活用本研究の先端性・独創性④

本研究の先端性・独創性⑤

RIAM-COMPACT計算結果の新たな表現方法への取り組み

ーGoogle Earth上での風速分布の可視化ー

岩屋ウィンドファームにおける年間発電電力量の検証結果

赤：RCの結果
青：観測値
ウィンドファーム(18台合計)の年間発電電力量の予測精度は約2％

エコパワー（株）との共同研究成果

最近の受賞

2015年 ISIT創立20周年記念
九州先端科学技術研究開発表彰

内田