中大型風車仕様調査・第二報
日本市場におけるメーカー動向の分析
企画編集：JWEA 編集委員会 まとめ：編集委員 松信 隆 1. 調査の概要 (1)調査の目的 風力発電システムは固定価格買取制度の導入、環境 法アセスの進捗などに伴い、日本国内にも導入が進ん でいるが、各風車メーカー、販売している風車について 明確な実態が把握されていなかった。本調査では、各メ ーカーから国内向けに販売している風車の仕様を調査 し、風力発電の導入を推進するための基礎資料とする ものである。 (2)調査の対象 風力発電関連機器メーカーもしくは販売を検討して いる会社を対象とした。調査の概要を以下に示す。 ・アンケート調査名：「中大型風車仕様調査」 ・時期：2016 年 10 月 ・実施者：一般社団法人日本風力エネルギー学会 ・有効回答数：12 社 2. アンケート項目と対象風車型式 2.1. アンケート対象項目 (1)対象メーカーと風車 現在、風力発電で主流となる水平軸風車を調査対象 とした。水平軸風車は、ローターの回転軸が地表面ある いは海面に対して水平となる。アンケートは、日本国内 に風車を販売しているメーカーに配布し、回答を得られ たメーカーと風車について、分析した。 (2)アンケート内容 アンケート票の調査項目は、下記とした。 ・企業名（メーカー名）、 ・風車公称名、風車型式名称、運転開始年、 ・定格出力、最大出力、定格ローター回転速度、最大回 転速度、最小ローター回転速度、 ・定格風速、カットイン風速、カットアウト風速、 ・ハブ高さ（標準）、・風車クラス（Vref及びIref）、Ve50（極値風速の3 秒間平均 期待値、再現期間50 年）、 ・風車設置場所（陸上、洋上）、 ・設計・型式認証取得機関（取得年）、 ・ローター直径、ローター型式（アップウインド、ダウンウ インド）、受風面積、 ・ブレード枚数、ブレード材料、ブレード断面形状（翼 型）、出力制御、ブレード固定方式（リジッドハブ、ティ ータードハブ）、ブレーキ方式（全翼フェザリンング又 は主軸ブレーキ､翼端空力）、 ・補助ブレーキ、暴風待機モード（停止後のヨーの状 態）、 ・ドライブ方式、発電機の種類、コンバータ方式、・タワ ー（鋼製中空、トラス式、他）、 ・耐雷強度（ピーク電流）、耐雷強度（全電荷移送量）、 ・日本での設置基数（概略）、世界での設置基数（概 略）、 ・今後の設置予定もしくは計画（記述はオプション）、 ・参照となるホームページURL、・風車写真 2.2. アンケート対象企業 アンケート対象企業はすでに日本風力エネルギー学 会に加入している風車メーカー、代理店などを対象とし た。 3. 調査結果 分析に用いた調査結果は、2016 年に行った日本風 力エネルギー学会編集委員会（以下「編集委員会」と言 う）のまとめ [1]に基づいている。本稿の添付表に、各企 業（メーカー）からのアンケート回答のまとめを示す。記 載内容は、各メーカーからのアンケート結果をそのまま 示すことを基本としたが、未回答の項目は、公開情報を 基に日本風力エネルギー学会編集委員会にて補足し た。発電所の計画に使用するなど各メーカーの保証値 については、改めてメーカーに確認いただきたい。編集 委員会がアンケート内容を分析した結果を以下に示 す。 3.1. 風車技術の傾向 風力発電は、自然エネルギーの中でも、発電単価の 低い、グリッドパリティに近い発電システムと言われる。 日本国内でも、補助金制度が2010年に終了し、2012年 から固定価格買取制度が始まっている。2016 年 2 月に、 業界団体である日本風力発電協会は、2030 年に 10 円 /kWh を目指すウィンドビジョン [2]を発表している。アン ケート調査の結果からも、表1に示すような、発電単価を 下げ得るような風車の投入が検討されていると考えられ る。3.2 項以降にそれぞれのコンポーネント毎の分析を 示す。
技術および最新情報
日立 日立 日立 日立 日立 三菱重 JSW 東芝 酉島 ENERCON ENERCON ENERCON GE Siemens Siemens Siemens Siemens Siemens Alstom 駒井ハルテック MHI-Vestas Vestas Vestas Vestas Vestas 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 0 2,000 4,000 6,000 8,000 受風面積 [m 2] 定格出力[kW] 図 1 定格出力と受風面積 ー 低減 80m 級タワー 90～100m 級タワー ハブ風速増加、発電単 価低減 高速増速機 ドライブ 中速増ギアドライブ、 ダイレクト・ドライブ 信頼性向上、質量低減 DFG PMG 信頼性向上、軽量化 大型ナセル コンパクトナセル 耐 震 性 向 上 、 風 車 コ ス ト・工事費低減 3.2. ローター 風車のローターは、風車の性能を決定する要素とし て重要なコンポーネントである。風のエネルギーの約 45%から 50%を回転エネルギーに変換する。理論効率 は、最大 59%とされる。現在ブレードに採用されている 代表的な翼型は、表 2 に示す通りである。アンケートの 結果、NACA 翼型を使用しているとした風車が 3 機種、 表 2 断面形状の種類 [3] [4] [5] 翼型 開発者 特徴 NREL (SERI) 米 ・ 再 生 可 能 エ ネルギー研究所 様々な翼長に対応できる系列有。失 速制御、ピッチ、可変速制御に対応。 Risø リ ソ 国 立 研 究 所 （現デンマーク工 科大） 前縁の汚れに対する鈍感さ、設計点 を外れた運転での揚力係数、最大揚 力係数、空力騒音なども配慮。 DU オランダ・デルフ ト工科大学 高い揚抗比を保ち、翼前縁部の汚れ や製造誤差などの影響を低減。 NACA 米航空諮問委員 会(現 NASA) 最大キャンバー位置などでシリーズ 化。 MHI 三菱重工業 高効率 方式は、固定ピッチのストール制御、ピッチ制御および 独立ピッチ制御があるが、28 機種のうち、3 機種がピッ チ制御を、25 機種が独立ピッチ制御を採用している。大 半の風車が機械式の補助ブレーキを有すると回答して いる。風車の安全停止系として、ブレーキ系統の冗長化 と系統分離の要求に沿った安全設計に重点を置いてい る点が確認された。アンケート調査の結果、各社の採用 している制御方式を表3 に示す。 表 3 ローター制御方式 制御方式 企業名(メーカー)・型式 ストール 該当無し ピッチ 東芝・U88E、駒井ハルテック・KWT300A、酉島製 作所・TWE100 独立ピッチ 日立製作所・HTW2.0-86、HTW2.1-80A、 HTW2.5U-100、HTW5.2-127、HTW5.2-136、 三菱重工業・MWT95/2.4、日本製鋼所;J82-2.0、 ENERCON・E-44、E-48、E-70、E-82、E-82、 E-92、GE・3.2-103、Siemens・SWT-3.2-113、 SWT-3.6-130、SWT-4.0-130、SWT-7.0-154、 Alstom・ECO74/1670、MHI-Vestas・V164-8.0、 Vestas・ V105、V112、V117、V126 3.3. 定格出力と受風面積 図1 に調査した各企業（メーカー）の各風車機器につ いて、定格出力と受風面積の関係をメーカー名毎に示 す。
日立 日立 日立 日立 日立 三菱重 JSW 東芝 酉島 ENERCON ENERCON ENERCON GE Siemens Siemens Siemens Siemens Siemens Alstom 駒井ハルテック MHI-Vestas Vestas Vestas Vestas Vestas 0 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 0 2,000 4,000 6,000 8,000 受風面積 [m 2] 定格出力[kW] 図 1 定格出力と受風面積 表 1 主要な技術のトレンド 従来技術 合理化技術 効果 80m 級ロータ ー 100m 級ローター 発電量増加、発電単価 低減 80m 級タワー 90～100m 級タワー ハブ風速増加、発電単 価低減 高速増速機 ドライブ 中速増ギアドライブ、 ダイレクト・ドライブ 信頼性向上、質量低減 DFG PMG 信頼性向上、軽量化 大型ナセル コンパクトナセル 耐 震 性 向 上 、 風 車 コ ス ト・工事費低減 3.2. ローター 風車のローターは、風車の性能を決定する要素とし て重要なコンポーネントである。風のエネルギーの約 45%から 50%を回転エネルギーに変換する。理論効率 は、最大 59%とされる。現在ブレードに採用されている 代表的な翼型は、表 2 に示す通りである。アンケートの 結果、NACA 翼型を使用しているとした風車が 3 機種、 表 2 断面形状の種類 [3] [4] [5] 翼型 開発者 特徴 NREL (SERI) 米 ・ 再 生 可 能 エ ネルギー研究所 様々な翼長に対応できる系列有。失 速制御、ピッチ、可変速制御に対応。 Risø リ ソ 国 立 研 究 所 （現デンマーク工 科大） 前縁の汚れに対する鈍感さ、設計点 を外れた運転での揚力係数、最大揚 力係数、空力騒音なども配慮。 DU オランダ・デルフ ト工科大学 高い揚抗比を保ち、翼前縁部の汚れ や製造誤差などの影響を低減。 NACA 米航空諮問委員 会(現 NASA) 最大キャンバー位置などでシリーズ 化。 MHI 三菱重工業 高効率 NREL が 1 機種、DU が 1 機種、他は、未回答となった。 風車の起動停止、出力制御などに関わる風車の制御 方式は、固定ピッチのストール制御、ピッチ制御および 独立ピッチ制御があるが、28 機種のうち、3 機種がピッ チ制御を、25 機種が独立ピッチ制御を採用している。大 半の風車が機械式の補助ブレーキを有すると回答して いる。風車の安全停止系として、ブレーキ系統の冗長化 と系統分離の要求に沿った安全設計に重点を置いてい る点が確認された。アンケート調査の結果、各社の採用 している制御方式を表3 に示す。 表 3 ローター制御方式 制御方式 企業名(メーカー)・型式 ストール 該当無し ピッチ 東芝・U88E、駒井ハルテック・KWT300A、酉島製 作所・TWE100 独立ピッチ 日立製作所・HTW2.0-86、HTW2.1-80A、 HTW2.5U-100、HTW5.2-127、HTW5.2-136、 三菱重工業・MWT95/2.4、日本製鋼所;J82-2.0、 ENERCON・E-44、E-48、E-70、E-82、E-82、 E-92、GE・3.2-103、Siemens・SWT-3.2-113、 SWT-3.6-130、SWT-4.0-130、SWT-7.0-154、 Alstom・ECO74/1670、MHI-Vestas・V164-8.0、 Vestas・ V105、V112、V117、V126 3.3. 定格出力と受風面積 図1 に調査した各企業（メーカー）の各風車機器につ いて、定格出力と受風面積の関係をメーカー名毎に示 す。 従来のタワー 平坦地 山岳地 風速分布の概念 高高度タワー 耐震、共振に 配慮が必要 日立 日立 日立 日立 三菱重 JSW 東芝 酉島 ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON GE Siemens Siemens Siemens Alstom 駒井ハルテック 20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 ハブ 高 [m ] ローター径[m] 図 2 ローター径とハブ高 洋上風車に向けた単機容量の増加と、比較的低い風速 領域でも発電量を増加することができるローター径の大 きい、受風面積の大きな風車の市場投入を検討してい ると考えられる。 一般的に、風車運転状態での風荷重は受風面積に 比例し、暴風待機状態（風車停止）での風荷重は、ブレ ードの風に対する投影面積に比例すると言われる。発 電量は、約4m/s のカットイン風速から約 12m/s の定格出 力到達風速までのレンジでは、受風面積に比例して増 加し、これに対応して、風車の設備利用率の向上と発電 コスト（円/kWh）の低減が見込まれる。国内の各サイトの 風況に合わせた機種の選定、すなわちサイト適合性の 確認が、風車の安全性確保の観点からも重要である。 3.4. ローター径とハブ高 風車のハブ高は、従来は、地表面や海面とブレード の下端との離隔距離を確保する目的でブレード径に比 例して高くなるような傾向があった。ブレードの回転に伴 う加振周波数との共振および耐震設計などの観点から、 日本国内では、ハブ高に一定の制約があると考えられ ている。図 2 にアンケート調査対象の各風車機器につ いて、ローター径とハブ高の関係をメーカー名毎に示す。 特に欧州製の風車で、ローター径に比べてハブ高の高 い風車が見受けられる。前項のローター径の拡大に伴う、 ハブ高の増加だけではなく、同一ローター径でも、ロー ター径に匹敵するレベルまでハブ高を上げるハイタワー 志向も強まっているものと考えられる。 図3 に示すように、風向に対して垂直な面、鉛直方向 を横切る風の変化ウィンドシアーを考慮すると、地表面 粗度が高い特に陸上では、ハブ高を上げることで、ロー ター受風面に入る風速を上げ発電量を増加させる効果 に加えて、一様な風向と風速が受風面に入力されること が期待できる。較的低い風速領域でもハブ高を上げる ことで、ローターに入力される風速を向上させることがで きる。 アンケート調査には表れていないが、ハブ高を上げる ためには、タワーの技術革新も合わせて検討すべきで ある。 図 3 ウィンドシアーと受風面 中大型風車仕様調査・第二報 : 日本市場におけるメーカー動向の分析
日立 日立 日立 日立 日立 三菱重 JSW 東芝 酉島 ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON GE Siemens Siemens Siemens Alstom 駒井ハルテック MHI-Vestas Vestas Vestas Vestas Vestas 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 エ ネ ルギ ー 密度 [W/ m 2] 定格出力[kW] 図 4 定格出力とローターのエネルギー密度 した値）の関係を示す。 IEC61400-1ed.3（2005）に規定される耐風速クラス（以 下「耐風速クラス」と言う）の 1 に相当するエネルギー密 度350W/m2程度を超えるものから、耐風速クラス2 ある いは3 に相当する低風速型風車に至る広い耐風速クラ スで、各メーカーが日本国内向けに販売を検討している ようである。エネルギー密度は、運転状態の風荷重と相 関関係があり、風力発電所の風況などの条件への適合 性評価は風車の安全性を確保するために益々重要に なってきている。なお、暴風待機状態では、ローターの 回転が停止されているので、風荷重は、ブレードの表面 との関係が大きく、エネルギー密度とは、別の指標で検 討すべきである。 受風面積の拡大と暴風待機状態における風荷重低 減の両立を目的に、NEDO などが風車部品高度実用化 開発プロジェクトの一環として、中速ギヤドライブトレイン と高速スレンダーブレード [6]の開発を進めている。 前述の図 4、添付表などに示したアンケート結果につ 企業名 トレンド 日立 耐風速クラス 1 から 3 のレンジで定格出力 2、2.1、 2.5、5.2MW で展開 三菱重 耐風速クラス 2、定格出力 2.4MW、ローター径 102m で展開 JSW 耐風速クラス未回答、エネルギー密度 368W/㎡、定 格出力 2MW、ローター径 82m で展開 東芝 耐風速クラス 2 で定格出力 2MW、ローター径 88m で 展開 駒 井 ハ ル テ ック 耐風速クラス 1、定格出力 0.3MW、ローター径 33m で展開 酉島 耐風速クラス 1、定格出力 0.1MW、ローター径 21m で展開 ENERCON 耐風速クラス 1 を主体に定格出力 1 から 3MW 級で 展開 GE 耐風速クラス S、エネルギー密度 384W/㎡、定格出 力 3.2MW、ローター径 103m で展開 Siemens 耐風速クラス 1、定格出力から 2、3.2 から 7MW のレ ンジで展開 Alstom 耐風速クラス未回答、エネルギー密度 388W/㎡、定 格出力 1.67MW、ローター径 74m で展開 MHI-Vestas 耐風速クラス 1 相当、定格出力 8MW、ローター径 164m で展開(アンケート回答機種) Vestas 耐風速クラス 1、2 で定格出力 3.6MW、ローター径 105 から 126m で展開
日立 日立 日立 日立 日立 三菱重 JSW 東芝 酉島 ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON ENERCON GE Siemens Siemens Siemens Alstom 駒井ハルテック MHI-Vestas Vestas Vestas Vestas Vestas 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 エ ネ ルギ ー 密度 [W/ m 2] 定格出力[kW] 図 4 定格出力とローターのエネルギー密度 3.5. 定格出力とエネルギー密度 図 4 に各メーカーの風車機器について、定格出力と ローターのエネルギー密度（定格出力を受風面積で除 した値）の関係を示す。 IEC61400-1ed.3（2005）に規定される耐風速クラス（以 下「耐風速クラス」と言う）の 1 に相当するエネルギー密 度350W/m2程度を超えるものから、耐風速クラス2 ある いは 3 に相当する低風速型風車に至る広い耐風速クラ スで、各メーカーが日本国内向けに販売を検討している ようである。エネルギー密度は、運転状態の風荷重と相 関関係があり、風力発電所の風況などの条件への適合 性評価は風車の安全性を確保するために益々重要に なってきている。なお、暴風待機状態では、ローターの 回転が停止されているので、風荷重は、ブレードの表面 との関係が大きく、エネルギー密度とは、別の指標で検 討すべきである。 受風面積の拡大と暴風待機状態における風荷重低 減の両立を目的に、NEDO などが風車部品高度実用化 開発プロジェクトの一環として、中速ギヤドライブトレイン と高速スレンダーブレード [6]の開発を進めている。 前述の図 4、添付表などに示したアンケート結果につ いて、メーカー毎にトレンド分析した結果を表4 に示す。 表 4 各企業（メーカー）のトレンド 企業名 トレンド 日立 耐風速クラス 1 から 3 のレンジで定格出力 2、2.1、 2.5、5.2MW で展開 三菱重 耐風速クラス 2、定格出力 2.4MW、ローター径 102m で展開 JSW 耐風速クラス未回答、エネルギー密度 368W/㎡、定 格出力 2MW、ローター径 82m で展開 東芝 耐風速クラス 2 で定格出力 2MW、ローター径 88m で 展開 駒 井 ハ ル テ ック 耐風速クラス 1、定格出力 0.3MW、ローター径 33m で展開 酉島 耐風速クラス 1、定格出力 0.1MW、ローター径 21m で展開 ENERCON 耐風速クラス 1 を主体に定格出力 1 から 3MW 級で 展開 GE 耐風速クラス S、エネルギー密度 384W/㎡、定格出 力 3.2MW、ローター径 103m で展開 Siemens 耐風速クラス 1、定格出力から 2、3.2 から 7MW のレ ンジで展開 Alstom 耐風速クラス未回答、エネルギー密度 388W/㎡、定 格出力 1.67MW、ローター径 74m で展開 MHI-Vestas 耐風速クラス 1 相当、定格出力 8MW、ローター径 164m で展開(アンケート回答機種) Vestas 耐風速クラス 1、2 で定格出力 3.6MW、ローター径 105 から 126m で展開 8 10 12 14 16 18 20 1,000 3,000 5,000 7,000 ロ ー タ 回転数 [m in . -1] 定格出力[kW] DD-PMG HG-DFG HG-IG MG-IG MG-PMG DD HG-PMG 3.6. ドライブ方式と発電システム 風力発電機のパワートレイン（ブレードから発電機へ 軸系の構成）の違いにより、大きく分けて「ギアドライブ （増速機付き）」と「ダイレクトドライブ（増速機無しの直結 式）」の2 つのタイプに分けられる。また風車用の発電機 は、「誘導発電機」と「同期発電機」の2 つの型式が用い られる。さらに誘導発電機はかご型と巻線型に分けられ、 同期発電機は回転子に巻線を配す通常型（巻線型）と、 回転子に永久磁石を配す「永久磁石型発電機（PMG：
Permanent Magnet Generator）」に分けられる。それぞれ の発電機の型式はドライブトレインの違いや費用、運用 上の利点を考慮して選択される。巻線型の誘導発電機 は発電機の定格容量の約30～50%の電力変換器（コン バータ）を用いて回転子の交流励磁を制御することで、 コンバータの容量に応じた範囲内で可変速運転を可能 とする。同期発電機は発電機の定格容量分のコンバー タが必要となるが、低速からの広い可変速範囲に対応 が可能 [7] と言われる。ドライブ方式と発電システムの 構成は、風車、特にナセルの構造を決定する上で影響 の大きいコンポーネントとなる。 図5 に発電システムの分類を、表 5 にドライブ方式と 発電システムの分類を、図 6 にアンケート結果を示す。 定格出力が 5MW 以上では、増速比が 1：50 以下の中 速ギアドライブ方式（MG）と永久磁石式同期発電機 （PMG）の組合が 2 例あった。定格出力 5MW 未満では、 増速比 1：50 より大きい高速ギアドライブ方式（HG）と二 次巻線型誘導発電機（DFG）あるいは永久磁石式同期 図 5 発電システムの分類 [8] 表 5 ドライブ方式と発電システムの分類 記号 分類 方式 HG ドライブ 高速ギアドライブ MG ドライブ 中速ギアドライブ DD ドライブ ダイレクトドライブ IG 発電機 巻線型誘導発電機 DFG 発電機 二次巻線型誘導発電機 PMG 発電機 永久磁石式同期発電機 図 6 ドライブ方式と発電機型式 発電機（PMG）、ダイレクトドライブ（DD）とアニュラー発 電機（ENERCON はコイル式のリング状発電機、型式が 特殊なため、図6 ではドライブ方式 DD のみの表記とし た）の組み合わせが多い。アンケートの回答数が少なく 的確な傾向を示しているとは言えないが、同一容積で 磁束密度がコイル式の磁石より高く取れ、ナセルを軽量 化することができる永久磁石を採用する傾向があるもの と思われる。 3.7. ロータートルクと回転数 ローターの周速度U[m/s]は、流入風速 V[m/s]の概ね 6～8 倍、すなわち周速比λ=U/V が 6～8 程度で三枚ブ レード水平軸風車は最大効率となるよう設計されている [8]。各企業（メーカー）の回答、公開情報の整理などか ら、大型風車で V=8[m/s]を仮定すると、周速比λが 12 程度となる高速回転の風車も見られた。周速比λが最 適値近傍のレンジで風車の効率が最大となるので、風 車の大型化に伴い、ローター回転数を下げることは避け られず、風車の大型化で出力が増加しているため、ロー ターのトルクの増加は著しい。図 8 にローターの回転数、 トルクとローター径の関係を示す。 低速回転高トルクの代表的な例である船舶用ディー ゼルエンジン UEC50LSH-Eco-C2 で、最大 108min.-1､ 電力網 キャバシター ソフトスターター 増速機 かご型誘導発電機 系統連系盤 かご型 誘導発電機 電力網 キャバシター ソフトスターター 増速機 巻線型誘導発電機 可変抵抗器 巻線型 誘導発電機 電力網 増速機 二次巻線型誘導発電機 コンバータ 二次巻線型 誘導発電機 電力網 増速機 同期発電機 全量コンバータ (ダイレクト・ドライブ の場合無し) 同期発電機 系統連系盤 GD-IG GD-IG GD-DFG GD-PMG 代表的な発電機 DD-PMG 中大型風車仕様調査・第二報 : 日本市場におけるメーカー動向の分析
増速機 発電機 増速機 発電機 増速機 発電機 発電機 増速機 発電機 型風車のローター回転数とトルクが極めて特異的な値 であることが分かる。 風車のドライブトレインの負荷試験をする場合は、専 用の試験設備が必要で、海外の風車専用設備を用い たり、ドライブトレインを二つ接続した B to B （Back to Back）方式で試験しているのが国内の現状である。 図 7 ローター径と回転数/トルク 3.8. ローター支持方式 風力エネルギーは、ローターで回転エネルギーに変 換され、主軸などを介して発電機に伝達され、電力エネ ルギーとして取り出される。ローターを支持する方式は、 ナセルの寸法および容積を低減する上で重要なもので ある。 主な支持方式は、図8 に示すような方式に分類される。 アンケート調査項目には無かったものの、各企業の公 開情報によれば、（1）から（5）項に示す方式に徐々に移 行していると考えられる。
（1） 主軸受 2 組（Four Point Suspension）：安定した支 持方式であるが、ナセルの大型化につながる。 （2） 主軸受+増速機（Three3 Point Suspension）：風荷
重を主軸用1 組と増速機サポート 2 点、計 3 点で 支持する。安定した支持方式で、ナセルも上記 形式に比べコンパクトである。 （3,4） 主軸受 1 組（ギアまたはダイレクトドライブ用）：風 荷重をハブに直結した主軸受 1 組で支持する。 ナセルをコンパクトにできるが、軸受への負荷が 大きく設計の難易度は高い。ナセルがコンパクト となるが、軸受への負荷が大きく設計の難易度 は高い。 （5） ハブ内蔵軸受 2 組（キングピン方式）：風荷重を ハブ内部に設置される 2 組の軸受で支持する。 (1)主軸受 2 組 (2)主軸受+増速機 (4 Point Suspension) (3 Point Suspension)
(3)主軸受 1 組 (4)主軸受 1 組 (ギアドライブ) (ダイレクトドライブ) (5)ハブ内蔵軸受 2 組（キングピン方式） (ダイレクトドライブにも適用例有) 図 8 代表的なローター支持方式 [7] 3.9. 耐雷システム 近年の落雷に起因するブレードの破損、部材の脱 落・飛散や火災事故に対する取組を受け、風技解釈が 改正された [10]。特にエネルギーレベルが高いとされ る冬季雷は発生現象が解明されておらず、事故の根絶 は困難とも言われるが、公衆安全確保の観点から、リス クの低減が極めて重要である。設備対策面からメーカー 各社により耐雷設計が見直されていることがアンケート 調査にも表れている。受雷レセプタクルの設置や引下 導線への太い避雷アルミ線の採用により、表6 に示すよ うな国際基準以上の耐雷強度が確保されている。アン ケート調査の結果、4 機種が雷のピーク電流を 250A とし、 9 機種が雷の電荷を 600C としている。誘導雷対策として、 盤類には、それぞれのLPZ（Lightning Protection Zone 雷保護領域）に適したSPD（Surge Protective Device サ ージ防護デバイス）を設置しているものと推定される。
表 6 耐雷システム設計仕様
ピーク電流 電荷量 比エネルギー
国際標準* 200 kA 300 C 10 MJ/Ω
特殊設計例 250 kA 600 C 40 MJ/Ω
*IEC61400-24（2010）の protection level 1 3.10. 保護系統(安全停止系) 風車の出力を制御し、必要に応じて風車の運転を停 止し、ローターの過回転などによるタワーの倒壊を防止 できるよう保護系統（安全停止系）が設置される。国際規 ローター トルク ローター 回転数 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 50 100 150 200 ロ ー タ ー 回転数 [M IN . -1] ト ルク [k N m ] ローター径[m]
増速機 発電機 増速機 発電機 増速機 発電機 発電機 増速機 発電機 14,240kW [9] 程 度 の 仕 様 で あ り 、 ト ル ク は 高 々 約 1,260kNm、2,000kW ローター径 80m の風車のトルクと 同程度のレベルである。2MW を超える出力レベルの大 型風車のローター回転数とトルクが極めて特異的な値 であることが分かる。 風車のドライブトレインの負荷試験をする場合は、専 用の試験設備が必要で、海外の風車専用設備を用い たり、ドライブトレインを二つ接続した B to B （Back to Back）方式で試験しているのが国内の現状である。 図 7 ローター径と回転数/トルク 3.8. ローター支持方式 風力エネルギーは、ローターで回転エネルギーに変 換され、主軸などを介して発電機に伝達され、電力エネ ルギーとして取り出される。ローターを支持する方式は、 ナセルの寸法および容積を低減する上で重要なもので ある。 主な支持方式は、図8 に示すような方式に分類される。 アンケート調査項目には無かったものの、各企業の公 開情報によれば、（1）から（5）項に示す方式に徐々に移 行していると考えられる。
（1） 主軸受 2 組（Four Point Suspension）：安定した支 持方式であるが、ナセルの大型化につながる。 （2） 主軸受+増速機（Three3 Point Suspension）：風荷
重を主軸用1 組と増速機サポート 2 点、計 3 点で 支持する。安定した支持方式で、ナセルも上記 形式に比べコンパクトである。 （3,4） 主軸受 1 組（ギアまたはダイレクトドライブ用）：風 荷重をハブに直結した主軸受 1 組で支持する。 ナセルをコンパクトにできるが、軸受への負荷が 大きく設計の難易度は高い。ナセルがコンパクト となるが、軸受への負荷が大きく設計の難易度 は高い。 （5） ハブ内蔵軸受 2 組（キングピン方式）：風荷重を ハブ内部に設置される 2 組の軸受で支持する。 構造が複雑となるが、安定した支持が可能であり、 ナセルのコンパクト化も可能である。 (1)主軸受 2 組 (2)主軸受+増速機 (4 Point Suspension) (3 Point Suspension)
(3)主軸受 1 組 (4)主軸受 1 組 (ギアドライブ) (ダイレクトドライブ) (5)ハブ内蔵軸受 2 組（キングピン方式） (ダイレクトドライブにも適用例有) 図 8 代表的なローター支持方式 [7] 3.9. 耐雷システム 近年の落雷に起因するブレードの破損、部材の脱 落・飛散や火災事故に対する取組を受け、風技解釈が 改正された [10]。特にエネルギーレベルが高いとされ る冬季雷は発生現象が解明されておらず、事故の根絶 は困難とも言われるが、公衆安全確保の観点から、リス クの低減が極めて重要である。設備対策面からメーカー 各社により耐雷設計が見直されていることがアンケート 調査にも表れている。受雷レセプタクルの設置や引下 導線への太い避雷アルミ線の採用により、表6 に示すよ うな国際基準以上の耐雷強度が確保されている。アン ケート調査の結果、4 機種が雷のピーク電流を 250A とし、 9 機種が雷の電荷を 600C としている。誘導雷対策として、 盤類には、それぞれのLPZ（Lightning Protection Zone 雷保護領域）に適したSPD（Surge Protective Device サ ージ防護デバイス）を設置しているものと推定される。
表 6 耐雷システム設計仕様
ピーク電流 電荷量 比エネルギー
国際標準* 200 kA 300 C 10 MJ/Ω
特殊設計例 250 kA 600 C 40 MJ/Ω
*IEC61400-24（2010）の protection level 1 3.10. 保護系統(安全停止系) 風車の出力を制御し、必要に応じて風車の運転を停 止し、ローターの過回転などによるタワーの倒壊を防止 できるよう保護系統（安全停止系）が設置される。国際規 ローター トルク ローター 回転数 0 10 20 30 40 50 60 70 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 50 100 150 200 ロ ー タ ー 回転数 [M IN . -1] ト ルク [k N m ] ローター径[m] カットアウト・暴風待機 運転状態 タウンウィンド状態のまま、 フリーヨーに移行. フェザー フェザー ネガティブ・フェザー ダウンウィンドへの移行 フェザー ブレードピッチファイン 一部のアップ ウィンド風車 格 [11]では、保護系統には「ローターをいかなる運転 状態からも静止又はアイドリング状態にできる一つ以上 のシステム（機械的、電気的又は空力的）で構成される。 少なくともこれらの一つは、風車の低速軸又はローター に作動すること」さらに「保護システムの非冗長部品はす べて最終限界強度、疲労破壊及び最終限界荷重に対 して解析し、要求事項を満足すること。」とされ、少なくと も部品レベルの冗長化を規定している。「制御システム の検出部又は動作部の単一故障によって、保護システ ムが機能不良に陥ってはならない。」とし、冗長化された 保護制御システム（安全停止系）の部品がそれぞれ単 一の故障や事故が原因で複数の保護制御システム（安 全停止系）部品が同時に機能を喪失しないように部品 単位で系統分離されることを規定している。実際の風車 の設計では、前述の 3.2.項に示したように各企業（メー カー）共に保護系統の設計に重点を置いていることが 分かる。 3.11. 暴風待機 風車の運転設計風速を超えるカットアウト風速となっ た風環境下では、風車のローターは、回転停止し、待機 状態となる。風車の暴風待機時状態にはピッチをフェザ リング後に、表7 及び図 9 に示すようなモードでの対応 がある。アンケートの結果、フリーヨーを採用しているの は日立（HTW2.5U-100 を除く）、三菱、JSW および東芝 となった。他は、ヨー制御となっている。 表 7 暴風待機モードの特徴 方式 特徴 フリーヨー ダウンウィンドの状態で風見鶏のように自然と風 下にローターを向けるナセル制御方法。ダウンウ ィンド風車の長所の一つであるが、アップウィンド でも暴風待機状態のみこのモードに移行する例 が有る。暴風中に風車風荷重の低減ができる。 ヨー制御 アップウインドまたはダウンウィンドの状態でヨー 制御を継続する方式。長期の停電に対応するた めには、バックアップ電源が必要となる。暴風中に 風車風荷重の低減ができる。 図 9 暴風待機モードの概念 3.12. 認証 認証レベルとして、設計評価（Design Evaluation）と型 式認証（Type Certificate）が、認証機関として DNV-GL、 TUF および日本海事協会が、準拠規格 IEC61400-1ed3. （2005）が挙げられる。アンケートの結果、認工事計画届 受理の必要条件とされる型式認証を取得する傾向が大 きく、認証機関は、DNV-GL および TUF が多く、日本海 事協会を採用するケースが散見される。 参考文献 [1] 日本風力エネルギー学会, 中大型風力発電シス テム仕様一覧表, 風力エネルギー, 通巻 119 号, 2016, pp.367－382. [2] 日本風力発電協会, ウィンドビジョン, 2016. [3] 前田太佳夫, 他. 風車の翼型と最近のブレード技 術, 風力エネルギー, 通巻 111 号, 2014, pp. 264 －267.
[4] 例えば, Tangler, J.L., Somers, D. M., NREL Airfoil Families for HAWTs, Report of National
Renewable Energy Laboratory, NREL TP-442-7109, 1995.
[5] 例えば，Fuglsang, P., Bak, C., Development of the Risø Wind Turbine Airfoils, Wind Energy, Vol.7, 2004, pp.145–162. [6] 国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合 開発機構, 国内最大級 5MW の大型風力発電設 備が完成, NEDO ホームページ（オンライン）, 2015 年3 月 24 日（引用日: 2017 年 1 月 4 日）, http://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_100368.ht ml [7] 一般社団法人日本産業機械工業会, 3.1 風力発電, 4.2.1 発電機・制御機器, 風力発電関連機器産業 の実態に関する調査報告書, 2016. [8] 牛山泉, トコトンやさしい風力発電の本, 日刊工業 新聞社, 2010.
[9] UE Engines UEC50LSH-Eco-C2 Main data. 三菱 重工舶用機械エンジンホームページ（オンライン）, 2013.（引用日: 2017 年 1 月 4 日）, http://www.mhi-mme.com/jp/products/engine/. [10] 経済産業省商務情報政策局電力安全課, 風力発 電情報連絡会風力発電事業に係る法改正等につ いて, 平成 27 年度 風力発電情報連絡会資料（オ ンライン）, 2015 年 9 月 9 日.（引用日: 2018 年 1 月 8 日） http://www.safety-kyushu.meti.go.jp/denki/shiryou/ image/27fyFJshiryou/shiryou2.pdf.
[11] 国際電気標準会議, IEC61400-1 Part 1: Design requirements, 2005. 【ア ッ プ ・ウ ィ ン ド 風 車 】 フ リ ー ヨ ー ・ダ ウ ン ウ ィ ド ヨ ー 制 御 ・ア ッ プ ウ ィ ン ド 【ダ ウ ン ・ウ ィ ン ド 風 車 】 フ リ ー ヨ ー ・ダ ウ ン ウ ィ ド ブレードピッチファイン 中大型風車仕様調査・第二報 : 日本市場におけるメーカー動向の分析
添付表 ア ンケ ー ト 結果要約（ 抜粋 一部 JW EA 編 集委員会調査及び 推定を 含む ） 企業名 / メ ー カ ー 名 風車型式名称 方式 (注 1) 定格 ロ ー タ ー 回転数 ロ ー タ ー 径 受風面積 出力密度 出力制御 暴風待機 耐雷 / ピ ー ク 耐雷 日立 H T W 2. 0-86 H G-D F G 2000 kW 16. 5 m in -1 86 m 5, 764 ㎡ 347 W / ㎡ 独立ピ ッ チ フ リ ー ヨー 250k A 日立 H T W 2. 1-80A H G-D F G 2100 kW 17. 5 m in -1 80 m 4, 978 ㎡ 422 W / ㎡ 独立ピ ッ チ フ リ ー ヨー 250k A 日立 H T W 2. 5U -100 H G-D F G 2500 kW 15 m in -1 100 m 7, 854 ㎡ 318 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A 日立 H T W 5. 2-127 M G-P M G 5200 kW 11. 7 m in -1 127 m 12, 603 ㎡ 413 W / ㎡ 独立ピ ッ チ フ リ ー ヨー 250k A 日立 H T W 5. 2-136 M G-P M G 5200 kW 11. 7 m in -1 136 m 14, 450 ㎡ 360 W / ㎡ 独立ピ ッ チ フ リ ー ヨー 250k A 三菱重 M W T 95/2 .4 H G-D F G 2400 kW 15 m in -1 95 m 7, 088 ㎡ 339 W / ㎡ 独立ピ ッ チ フ リ ー ヨー 200k A J S W J 82-2. 0 D D -P M G 2000 kW 19 m in -1 83. 3 m 5, 442 ㎡ 368 W / ㎡ 独立ピ ッ チ フ リ ー ヨー 200k A 東芝 U 88E H G-P M G 2000 kW 15. 3 m in -1 88 m 6, 079 ㎡ 329 W / ㎡ ピ ッ チ 制御 フ リ ー ヨー 200k A 駒井 K W T 300A M G-I G 300 kW 40. 5 m in -1 33 m 855 ㎡ 351 W / ㎡ ピ ッ チ 制御 ヨー 制御 200k A 酉島 T W E 100 M G-P M G 100 kW 60 m in -1 21 m 345 ㎡ 290 W / ㎡ ピ ッ チ 制御 ヨー 制御 200k A E N E R C ON E -44 D D 900 kW 34. 5 m in -1 44 m 1, 517 ㎡ 593 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A E N E R C ON E -48 D D 800 kW 31. 5 m in -1 48 m 1, 805 ㎡ 443 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A E N E R C ON E -70 D D 2300 kW 21 m in -1 71 m 3, 950 ㎡ 582 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A E N E R C ON E -82 E 2 D D 2000 kW 18 m in -1 82 m 5, 261 ㎡ 380 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A E N E R C ON E -82 E 2 D D 2300 kW 18 m in -1 82 m 5, 261 ㎡ 437 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A E N E R C ON E -82 E 4 D D 2350 kW 18 m in -1 82 m 5, 261 ㎡ 447 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A E N E R C ON E -82 E 4 D D 3000 kW 18 m in -1 82 m 5, 261 ㎡ 570 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A E N E R C ON E -92 D D 2350 kW 16 m in -1 92 m 6, 622 ㎡ 355 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A GE 3. 2-103 H G-D F G 3200 kW 14. 8 m in -1 103 m 8, 332 ㎡ 384 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A S iem ens S W T -3. 4-108 D D -P M G 3400 kW 12. 75 m in -1 108 m 9, 144 ㎡ 372 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 問合せ 問合せ S iem ens S W T -3. 2-113 D D -P M G 3200 kW 10. 25 m in -1 113 m 10, 000 ㎡ 320 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 問合せ 問合せ S iem ens S W T -3. 6-130 D D -P M G 3600 kW 9. 5 m in -1 130 m 13, 300 ㎡ 271 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 問合せ 問合せ S iem ens S W T -4. 0-130 H G-I G 4000 kW 9. 5 m in -1 130 m 13, 300 ㎡ 301 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 問合せ 問合せ S iem ens S W T -7. 0-154 D D -P M G 7000 kW 154 m 18, 600 ㎡ 376 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 問合せ 問合せ Al st o m -E co t ècni a E C O 74/1670 1670 kW 19 m in -1 74 m 4, 301 ㎡ 388 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 問合せ 問合せ M H I-Ves ta s V164-8. 0 M W M G-P M G 8000 kW 10. 5 m in -1 164 m 21, 124 ㎡ 379 W / ㎡ 独立ピ ッ チ 問合せ 問合せ 問合せ Ves ta s V105 3. 6M W H G-D F G 3600 kW 8. 3 m in -1 105 m 8, 659 ㎡ 416 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A Ves ta s V112 3. 6M W H G-D F G 3600 kW 8. 1 m in -1 112 m 9, 852 ㎡ 365 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A Ves ta s V117 3. 6M W H G-D F G 3600 kW 6. 7 m in -1 117 m 10, 751 ㎡ 335 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A Ves ta s V126 3. 6M W H G-D F G 3600 kW 6. 2 m in -1 126 m 12, 469 ㎡ 289 W / ㎡ 独立ピ ッ チ ヨー 制御 200k A （ 注 1 ） ド ラ イ ブ 方 式 ： H G ： 高 速 ギ ア ド ラ イ ブ 、 M G ： 中 速 ギ ア ド ラ イ ブ 、 D D ： ダ イ レ ク ト ド ラ イ ブ 、 発 電 機 方 式 ： IG ： 巻 線 型 誘 導 発 電 機 、 D F G ： 二 次 巻 線 型 誘 導 PMG ： 永 久磁 石式同期 発電 機 （ 注 2） 上 記 仕様は J W E A の調査お よ び 一部推定 結果 で あ り 、 メー カ ー の仕様を 保 証す る も ので はあ り ま せん 。
