11 /21ASCATによる10m高度海上風ベクトル観測値高度補正手法
平成 27 年度成果報告会 予稿集 No.F-09
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事業概要
1. 期間
開始：平成２６年２月 終了（予定）：平成２９年２月
2.
最終目標洋上風車に求められる経済性と高信頼性を同時に実現する高効率な中速ギヤと、永久磁石同期 発電機（
PMG
）システムを組合せた洋上向け風車開発を目的に、①ドライブトレイン（主軸、ギヤ、発電機）と、②ブレードの設計・製造技術を高め、風車システムとしてその実用性を確認する。
効率向上の評価の仕方として、メリット指数を適用する。
メリット指数は、ブレードの長尺化による発電量の増加率及び、増速機・発電機の効率を、
左記部品の単位重量当たりで換算したものを従前と今回開発品の比率で評価する。
従前のメリット指数と比較して、
20%
以上の向上を目指す。3.
成果・進捗概要(1)
高速スレンダーブレード開発状況高強度化
/
軽量化のためブレード材料にH-Glass
の検討を実施し、材料特性・耐雷特性を 確認した。(2)
増速機開発状況国産化・軽量化を目的とし、効率
97%
以上の確保と約2
割の重量低減の見通しを得た。(3)
工場試験安全性動作確認、ﾋﾟｯﾁｼｽﾃﾑ試験、ﾖｰｼｽﾃﾑ試験、模擬試験、ﾄﾞﾗｲﾌﾞﾄﾚｲﾝ回転試験を実施し、
問題ないことを確認した。
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ー目次ー
１．助成事業計画概要
1-1. 事業目的
1-2. 事業目標
1-3. 研究体制
1-4. 研究項目スケジュール ２．成果報告
2-1. 5MW 洋上風車概要
2-2. 高速ｽﾚﾝﾀﾞｰﾌﾞﾚｰﾄﾞ開発状況
2-3. 増速機開発状況
2-4. 工場試験概要報告
2-5. 現地建設概要報告
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助成事業計画概要 1-1 事業目的
[ 課題 ]
大規模な洋上風力発電所の建設
⇒単位発電量あたりの建設・保守コストの低減 [ 目的 ] （弊社既設２ＭＷ風車をベースに検討）
①風車の大型化
②信頼性の向上
③保守の容易化
④単位重量当たりの発電量の向上
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助成事業計画概要 1-2 事業目標
[ 洋上風車に求められるもの ]
・ 経済性向上⇒大型化
・高信頼性（海上での保守環境の厳しさから）
①中速ギヤドライブトレインの開発 ２軸軸受荷重分散方式による
信頼性向上型ドライブトレインの開発
（主軸、高効率中速ギア、
永久磁石同期発電機）
②高速スレンダーブレードの開発 ダウンウィンド型に特有な軽量・
経済性に優位な設計技術の確立
中速ギアドライブトレイン（
PMG
）ナセル イメージ
重量 ﾀﾞｲﾚｸﾄﾄﾞﾗｲﾌﾞの
9
割目標 ﾚｱｱｰｽ使用量 ﾀﾞｲﾚｸﾄﾄﾞﾗｲﾌﾞの１割目標
大型化 ～７MW
ダウンウィンドロータ
変形
風
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助成事業計画概要 1-3 研究体制
ＮＥＤＯ
（株）日立製作所
①中速ギアドライブトレインの開発 研究実施場所：
日立事業所（日立）、日立研究所（日立）
②高速スレンダーブレードの開発 研究実施場所：
日立事業所（日立）、日立研究所（日立）
③ﾄﾞﾗｲﾌﾞﾄﾚｲﾝ、ﾌﾞﾚｰﾄﾞの実証試験でのｼｽﾃﾑ試験 研究実施場所：
茨城県神栖市
国立大学法人九州大学
①ﾄﾞﾗｲﾌﾞﾄﾚｲﾝの振動解析・評価
②ﾌﾞﾚｰﾄﾞの解析・評価
国立大学法人東京工業大学
①高速ｽﾚﾝﾀﾞｰﾌﾞﾚｰﾄﾞへの
CFRP
適用化研究 助成委託
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２０１３年度 ２０１４年度 ２０１５年度
１．ドライブトレイン
発電機開発
第1期システム試験 評価まとめ 成果報告 ２０１４年度
報告書
２０１５年度 報告書 全体計画
増速機開発
１．ドライブトレイン
・中速ギヤドライブ トレイン設計
・主要コンポーネント設計
・主軸・発電機試作
・増速機設計
・組合試験・評価 ２．高速スレンダーブレード
・概念設計
・構造設計
１．ドライブトレイン
・製作・組合試験・評価 ２ ．高速スレンダーブレード
・概念設計、構造設計
・試作・静荷重試験
１．ドライブトレイン
・主要コンポーネントの 実証試験・評価
・変動負荷加速試験 ２．高速スレンダーブレード
・実証試験・評価
・疲労試験 ２０１６年度
先行事業化
事業化
成果目標 製作・組合試験
第2期システム試験 評価まとめ
２．ブレード 実証機での検証
概念設計・構造設計 要素試験・試作・静強度試験 製作
1-4 助成事業計画概要 開発項目スケジュール
２０１７年度
成果報告 ２０１６年度
報告書
疲労試験
１．ドライブトレイン
・増速機試作
・組合試験・評価
・実証機によるドライブ トレイン試験・ 評価 ２ ．高速スレンダーブレード
・試作・静荷重試験
・実機用ブレード試作 製作
変動負荷加速試験
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5MW 洋上風車概要 成果報告 (1/2) 2-1
Bearing Rotating parts No-rotating parts
図１ 主軸外輪駆動構造
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ダウンウィンドの特徴を生かした、パッシブ冷却方式を採用
※ナセル前方で風を取り込み３方向に排気する風洞形状で、
効率的にラジエータを冷却し増速機、発電機を冷却する。
入気
排気
排気
2014年度グッドデザイン賞を受賞
成果報告
5MW 洋上風車概要 (2/2) 2-1
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成果報告
高速ｽﾚﾝﾀﾞｰﾌﾞﾚｰﾄﾞ開発状況(1/2)
No.
項目 単位 オリジナル開発品 高速ｽﾚﾝﾀﾞｰ
ﾌﾞﾚｰﾄﾞ 1 Rotor
position Down Wind Down Wind
2 風車出力 kＷ 5,000 5,000
3 目標回転速度 min
-1
11.7 11.74 Tip Speed ベース 約1.1倍
5 ﾌﾞﾚｰﾄﾞ材料 E-Glass H-Glass
6 ﾌﾞﾚｰﾄﾞ長 ベース 約1.1倍
7 重量 ベース 約１倍
<
現状>
<
今回>
高速 ｽﾚﾝﾀﾞｰ ﾌﾞﾚｰﾄﾞ
ﾛｰﾀ直径：
126m
（ﾌﾞﾚｰﾄﾞ長62m)
2-2
[ 目的 ] 軽量化・経済性向上
ﾛｰﾀ直径：上記の約
1.1
倍10 /21
・ 極値風速 55m/s 対応設計⇒ 高強度化 / 軽量化 ⇒ H-Glass 適用を検討
・ 材料強度： Ｅ -Glass に対して、 H-Glass は引張・圧縮ともに 10% 程度増加
Ｈ－Ｇｌａｓｓ初適用のため、材料特性・耐雷特性を確認
引張試験 疲労試験 耐雷試験
2-2
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成果報告
高速ｽﾚﾝﾀﾞｰﾌﾞﾚｰﾄﾞ開発状況(2/2)
成果報告 増速機開発状況
進捗： 2013年度(実施済)：概略設計完了
2014年度(実施済)：詳細設計完了,製作開始 2015年度(予定)：試験実施
2016年度(予定)：フィールドテスト実施、
設計へのフィードバック 課題：①風車に適した運用方法構築
②重量(価格)低減
＜詳細設計結果＞
・効率９７％以上を確保
・重量低減：約 2 割
[ 目的 ] 国産化・軽量化
2-3
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実証機搭載前に、工場にてﾄﾞﾗｲﾌﾞﾄﾚｲﾝの健全性及び性能評価を実施
2-4
１．安全動作確認 ２．ﾋﾟｯﾁｼｽﾃﾑ試験 ３．ﾖｰｼｽﾃﾑ試験 ４．模擬試験
５．ﾄﾞﾗｲﾌﾞｼｽﾃﾑ回転試験 成果報告
工場試験概要報告(1/3)
ナセル
ｽﾋﾟﾅ ｶﾊﾞｰ
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成果報告
工場試験概要報告(2/3)
No. 試験項目 目的 結果・考察
1 安全動作 確認
・絶縁状態、電源投入状況の確認。
・制御盤の設定値と信号確認
・ﾎﾟﾝﾌﾟ、油圧系、冷却系の動作確認
適切な状態であることを確認
2 ﾋﾟｯﾁｼｽﾃﾑ 試験
ピッチシステムにおける、リミットスイッチ 機構の検証、原点あわせを行う。
また停止シーケンス、緊急停止 シーケンスの確認を行う。
動作確認、原点確認、
制御特性、緊急停止特性等 確認結果良好
3 ﾖｰｼｽﾃﾑ 試験
ヨーシステムの制御を行うインバータの 設定を確認する。
また、動作試験、原点位置、駆動精度 を確認する。
ｲﾝﾊﾞｰﾀ接続、パラメータ確認、
旋回・停止動作等制御特性確認、
原点セット確認
4 模擬試験 カットイン、カットアウト、エラー含めた
安全ｼｽﾃﾑ動作の確認 異常な動作は見られなかった
5 ﾄﾞﾗｲﾌﾞﾄﾚｲﾝ 回転試験
各部共振を確認する為、全ての付属品
（含ナセルカバー）を取付けた状態で実施。
ﾌﾞﾚｰｷ動作、回転状態において、
異音、共振が無いことを確認した
2-4
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成果報告
工場試験概要報告(3/3) 2-4
発電回転数領域での共振領域は、特に振動成長は見られず。