・2

計測自動制御学会東北支部第 2
81回研究集会 (2013.
6.
21)
資料番号 281.
03

青森県における風力発電電力分布の可視化
AVisualizationofDistributionofWindPowerGenerationinAomori

0佐 々 木 裕 崇 ， 花 田 一 磨
HirotakaSasaki，
KazumaHanada
八戸工業大学工学部電気電子システム学科

HachinoheI
nst
ituteofT
echnology，
キーワード:風力発電 (windpowergeneration)、カットイン、カットアウト風速(cut‑
in，cut‑ou
twindspeed)
連絡先:干 031‑
8501青森県八戸市大字妙字大関 88・1
八戸工業大学工学部電気電子システム学科

花田研究室

Tel:
(0178)
25・8136， F
ax:(OI78)
25‑
1430， E‑
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l:
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2018@
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‑tech.
ac.
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1.はじめに近年、エネルギー問題の解決が求められた、その地域での特性を生かして、発電にている中で、自然エネルギーを活用した発適正な場所として考えられた地点に建てら電方法が注目されている。風力発電をはじれる。それら影響アセスメントを考慮する

め、水力発電、太陽光発電、バイオマス発ためにも風力発電所の建設には長い間の検電など位界の国々や日本国内でも普及が進討期間を要することになる cんでいる。日本においては、それらから得このことについて、一般的に検討されてられる電力の効率化、かっ高出力化などをきた風力発電の建設場所に着目し、その地含めたことを、革新的エネルギー・環境戦

域性、季節性によりどれだけ発電時に影響、略のひとつとして掲げられており、今後普変化があるかに注目したc及が進んでいくと見込まれる。
そのなかで風力発電は、風力エネルギー

表 1 風車のサイテインク手のためのによる発電で、天候、気象により左右され主要検討項目る。日本では国土が狭いために発電所の増自然条件

社会条件設が難しい。さらに面積を大きくとるため‑風向、風速‑区画指定に野鳥や景観等の環境影響も考えられる。

‑雷‑土地利用

風力発電所の建設場所は、それに必要な自‑着雪、着氷、‑騒音

然条件や社会条件といった項目を含め、ま‑砂塵‑景観‑
1・などなど.
~

青森県は風力発電においてトップシェア② 風速がカットイン速度になると風車はを誇っている。発電時に必要な風力エネル起動し、発電する。

ギーを多く得ることのできる県であるため、③

カットイン風速から発電を開始する。

その発電機は比較的多く点在する。そこで、風速がさらに上昇すると発電量も増加

県内の市町村に分布している発電機を比較し、機器から決まる定格出力に達成すし、そこでの気象からの影響特性などの研る。この時の風速を定格風速という o究、検証結果を報告する。

この問、風から与えられる運動エネルギー(民風速 3) をすべて発電するよう2.風車の定格風速に運転するロ

風車の風速と運転方法を示すc 風車はエ④

定格風速を超えてさらに風が強くなる

ネルギー源が風で、あり、また常に一様に風と、出力を一定にするように運転されが吹くとは限らないので各種の運転モードる。そして、それ以上の風速で運転をを設定している c 基本的には以下の通りで継続すると風車に損傷を与え、最悪のある。風速と運転について、図 1を参照に場合に故障するので風車を停止する。

しながら各風速と運転状態を示す。

この風車を停止させる風速をカットア
ウト風速(通常は 25rnJs程度)とし、

つo⑤

風車の制御は定格出力を超えないように運転することで、その方法に翼ピッチ制御、ストール制御などの方法が採用されている c⑥

前記したカットアウト風速は 2種類あり、 10分間平均風速で停止に至る通常停止のカットアウト風速と、瞬間最大速度が規定値を超えると即座に風車を停止させる瞬時カットアウト風速がある。

3.検証比較を行った対象風車の概要

風速 (m/s)

青森県において現段階稼働している風力発電機は計 217基である。全国と比較し

図1.風速と風車の運転た場合、最も多く発電機を構える北海道に続く 2番目である。季節的にも比較的発電①

風速 Om/sからカットイン風速(通常に適した風況であり、それ発電施設に応じは 3m/s前後)までは風車は停止(待た定格出力をもっ発電機が多く点在する。

機した状態)。

そのなかでも、今回の検証に用いられた青‑
2・

.
.
F

森県内で稼働している風車を 2地点各 1基

4. 電力量・風速状況の検証評価とした。それらの風車の仕様について、概4.
1電力量に関する評価
大間町、鯵ヶ沢町にある発電機を一カ月

略を以下に示す。

平均出力で 2010年と 2012年のデータを図3，4 (次頁)に示した。

‑設置場所:青森県下北郡大間町

青森県にある 2地点は、出力では似た特設置者 :NPO法人グリーンシティ
稼働年月:2006年 6月

性を持つことがわかるロ両者に言える発電メーカー:三菱重工業者

特性として、冬期の聞では出力が高い。積

定格出力:1000kW

雪を招く冬型の低気圧により、悪天候の影

ノ¥ブ、高:68m

響を受けることが多い。そのため、他の季

ロータ直径:61.4m

節と比べても風が強く吹き続けることが多

カットイン風速:3m/s

く、高出力に影響することになる。日本海

カットアウト風速:20m/s

側にある鯵ヶ沢町の発電機で、は、その影響012年の 1月を大きく受ける地方にあり、 2‑設置場所:青森県西津軽郡鯵ヶ沢町のデータを見ると明らかである。その月で設置者 :NPO法人グリーンエネルギー

は、毎日のように出力は大きく、 14日に稼働年月:2003年 2月

は年間最大出力を記録した (37693kWh)。

negy(Tache社)
メーカー:GEWindE

また、その日の風はカットオフ風速に至る

定格出力:1500kW

ことはなく、 2 4時間稼働し続けることがノ、ブ高:65mできた。

ロータ直径:70.5m

対して、大間町でも前者に及ばないが、カットイン風速:3m/s

2010年時は特に冬期の出力が高いことがカットアウト風速:25m/s

分かる(鯵ヶ沢町の 2010年 1月発電実績データなし)。反対に、 4‑‑9月にかけて月別出力は減少していくのがわかる。青森県は

350
294

基 300

日本北部に位置するため、台風といった南側からの風の影響を大きく受けない口南の数 250

風の影響も含め、春200

夏にかけて出力は小さくなっていっている。

150

また、大間町の発電機は一年間の出力に100応じた定格出力で、高い平均出力で示され50る。鯵ヶ沢町の発電機は変化が大きい出力。

であるため、 5‑‑9月にかけては特に低出
北海道

青森県

全国平均力であることが分かる図2.北海道，青森県，全国平均の発電機基数の比較‑
3・D

、703，a5、旬 60

2時
零 50J

¥

四一大関ーー鯵ヶ沢

7月9月40)Q

長
u 30製
R縫迫

2010。
1月

2月

3月

4月

5月

6月

8月

10月 11月 12月

図 3. 大問、鯵ヶ沢町の月別平均出力 (2010年)
80

さ 70i56500

可弘

四一大間ーー鯵ヶ沢

安時

2殺
U 403024車
4 2010。
1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

8月

9月

10月 11月 12月

図 4. 大問、鯵ヶ沢町の月別平均出力 (2012年)

4.
2風速に関する評価
風力エネルギーとなる風速を発電機に備月に着目すると、 2地点の月別平均風速値

え付けられた風速計からの導入実績データが高いことがわかる。大間町と鯵ヶ沢町とを用いて比較を行った o 月別平均風速のグの距離は津軽海峡を挟んで直線上 100 k

ラフを図 5， 6 (次頁)に示す。出力と同m以上ある o それ関わらず、 12月の月別様に、 2010，2012年の検討、評価を行う巴

平均風速はほぼ同じ値を示していることが大間町、鯵ヶ沢町の年間風速データを比較分かつた c その比較値を以下に示す。 12してみると、月別では同様の風速結果であ月の風速では運転上、高効率発電に良好なることが分かつた。特徴として、平均風速風が吹いていたことが分かる。表 2にそのは冬の聞が大きいことが分かる。両年 12平均風速比較のグラフを示す。
‑4・

4'"

4

反対に、 6'"'‑'
9月にか上、 2012年の. 20 10年
表2

図6.大問、鯵ヶ沢の月別平均E

12月平均風速比較のグラフ

大きくないc 特に鯵ヶ沢町では年間では風12月

2010年

2012年

速の大小がはっきりしており、その期間で大間町

8.
56m/s

8.
63m/s

は最低平均風速値がある月がわかる。月別

鯵ヶ沢町

7.
82m/s

8.
8m1s

平均風速でカットイン風速に至っていない月もあることが分かつた。表 3にその風速値を示す白1、 12月では他の月と比べて、 1日平均風速が 1Om/s以上の風が吹くことが多表3. 鯵ヶ沢町の 2010年、 2012年のかった。 2地点のこの月の天候は 1年間で最低平均風速値の風力発電出力上、比較的良好な風速になる日が多いことが分かつた。

鯵ヶ沢町2010.6201
2.
92.
94m/s

3.29m1s

09876543210

i

唱

四一大間(句︑日)刷用盛安時

1月

2月

3月

4月

5月

7月

6月

一一鯵ヶ沢

8月

9月

10月 1112月

図5.大問、鯵ヶ沢の月別平均風速 (20 10年)

1
2
間一大間 一一鯵ヶ沢

10
3日8i
現E
き6事
PB
ト42。

‑，

，‑ー一寸一一ー一自信自由寸ー一一一ーーー‑r‑
一一一一一ーγ一一ー一一一一「一一ー一ーー‑1

1月

2月

3月

4月

5月

6月
‑
5・

7月

8月

9月

10月 11月 12月

.
、

5.まとめ

7.参考文献今回の研究、検証結果では青森県で離れ[1]牛山

こ気候的特徴のある二ている上、さらに特 l

泉:風力エネルギー読本

出版社:オーム社

地点を扱って、年間での発電出力で冬期が[2]P
DF:r
革新的エネルギー・環境戦略(概高い時期であることが分かつた。今後は、略)J

青森県のみならず、大きな視点で県の西部

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06earthly060と東部、また西日本と東日本等でも比較し‑lll
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決定していきたい c%E3%83%BC%E7%92%BO%E5%
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6.謝 辞%E8%A6%81'[3]NEDO (独立行政法人新エネルギー・本研究を実施するに当たり、 NPO法人
グリーンシティの富岡様、並びに N P O法

産業技術総合開発機構)

人グリーンエネルギーの工藤様より貴重な「日本における風力発電設備・導入実績Jデータをご提供していただいきました白こ[4]NPO法人

グリーンシティー市 民 風 車 発 電 大 間 風 車 1号機の場を借りて御礼申し上げます。

発電実績月報 (2010，2012.1‑12月)[5]NPO法人

グリーンエネルギー

Title:
Plan
tp
rodu
ction
Location:
Aji
gasaw
a
Systemtype:GEWE̲B1.5cs
201
2.
1‑
12月
TimeRange:
2010，[6]気 象 庁 気 象 統 計 情 報「過去の気象データ J[7]21あおもり産業総合支援センター「青森県内企業の力を結集し力発電先進地域へ」‑
6・日本風