空力の追及

発電効率の高い翼型とブレード構成開発
WINPRO 垂直型ブレードは、プロペラ風車とは違い風況の変化に応じて方向を変える必要がないので、
風向が定まらない日本の風況に適しています。
徹底した空力特性の追求による翼型とブレード構成の最適化で、強風時はもちろん、発生頻度の高い微風時から従来に比べ大きな回転力を生み出します。
WINPROでは独自の翼素理論に基づいた『ブレード出力予測システム』を開発
実験や熱流体解析(Computational Fluid Dynamics、略称:CFD)による
理論検証を付加することで、業界最高水準の計算精度を有した出力予測システムを構築しました。
この出力予測システムを用い、WINPRO 風車の商品カテゴリー毎に徹底的なシミュレーションを重ね、 さまざまな風況において高い発電量を実現する翼型およびブレード構成を実現しています。

ブレード開発の流れ

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翼型(揚力および抗力)の最適設計
さまざまな風速による揚力・抗力の実験結果やCFD検証により、最適な設計を行っています。
Fig.1〜Fig.3は、CFDによる揚力・抗力の計算例を示したもので、流速分布、圧力分布、 流れの剥離や渦の発生などの検証を行っています。
Fig.1 流速分布

Fig.1 流速分布

Fig.2 圧力分布

Fig.2 圧力分布

Fig.3 迎角と流速分布の関係

Fig.3 迎角と流速分布の関係

Fig.4はさまざまな角度の風向に応じた揚力(CL)の算出結果で、
風向きが360°変化した場合における揚力の算出結果の一例です。
Fig.4 回転角と揚力との関係
Fig.4 回転角と揚力との関係
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垂直軸ブレード構成の構築
さまざまな風況下で最大の発電効率を達成するために、長年蓄積したノウハウと
膨大なデータから開発されたWINPRO独自の『出力予測システム』により、
風エネルギーから電気エネルギーへの変換効率、微風時の起動特性、
風速毎のブレード出力などの研究を重ねています。
具体的には、翼型による特性、ブレード構成、風速などを『ブレード出力予測システム』に入力し、
Fig.5に示す回転数に応じたブレード出力を算出します。

ブレード出力予測システム

風速毎のブレード出力の計算の一例を、Fig.6に示します。
風速毎の出力計算
Fig.6 風速毎の出力計算
ブレード出力の検証
風洞実験およびCFDを行うことにより、予測システムで求めた結果の検証を行っています。
Fig.7は、CFDにより算出した圧力分布および流速分布であり、 算出した各ブレード間の影響をブレード出力予測システムにフィードバックすることで、 予測精度を高めるとともにブレード構成の最適設計に反映しています。
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Fig.7 圧力分布および流速分布
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安全性の追求

確かな強度および疲労設計により、最大平均風速42.5m/s・
瞬間最大風速60m/sに耐える寿命強度を保証
垂直軸ブレードおよびブレードを支えるアームには、風圧、回転数に応じた遠心力、ブレードから発生する 揚力などの変動荷重が常にかかっており、詳細なシミュレーションを繰り返し行うことで、 あらゆる条件下においてもそれらすべての合力に耐える強度設計をしています。
Fig.8は、アルミニウムのS-N曲線の一例であり、変動荷重によりブレードやアームの各部にかかる 応力振幅がかならず疲労限度をこえない設計としています。
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Fig.8 S/N曲線
Fig.9〜Fig.11に変位や応力の計算結果の一例を示します。
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Fig.9 ブレードの変形量分布図
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Fig.10 ブレードの応力分布図
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Fig.11 アームの応力分布図
自動変速電子負荷制御システム
風速は瞬時に変化するものです。そのため、電力の取りすぎで回転失速しないように 低めの取り出しを行っています。常に最適な電力取り出しを可能とし、 より発電効率を向上させる為、増加量/減少量を補正係数としてフィードバック制御を利用した、 自動変速電子負荷制御システムを開発しました。

自動変速電子負荷制御システム

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環境性への追求

傾斜地の有効活用
WINPRO風力発電機は独自技術により道路脇の法面や、河川敷など斜面への設置を実現しています。 これまで、基礎工事の施工方法はコンクリート基礎を採用していましたが、 風力発電機本体をグラウンドアンカー、受圧板、ワイヤーで補強・固定する工法に変更。 シンプルで環境に配慮した施工方法を実証実験中です。

法面設置のメリット
ロススペースとなる傾斜地への設置が可能
造成や掘削の必要がないため、基礎工事の簡素化、工期短縮、工事原価削減を実現

法面設置のメリット

騒音レベル
垂直軸ブレードは発電時の回転数が低く、住宅街(昼間)の騒音レベル40〜45dBに対して、 風力発電機の運転時(RUN状態)では、10dB以上小さい暗騒音レベルとなります。
ハイブリッド街路灯の騒音レベルは、
人のささやく声や木の葉のふれあう音と同じくらいでほとんど聞こえないレベルです。 風車のブレードが風を切る音は、とても小さい値のため極めて静かな発電機です。 運転時においてもブレーキ時の騒音値とほとんど差異がありません。
落雷対策
WINPRO風力発電機はアルミニウム合金や鋼鉄などの金属でできているため、 落雷による破損や火災の心配がありません。
バードストライク対策
垂直軸型風力発電機のブレードは、飛翔動物に対し危険領域がほとんどないため、 バードストライクなどによる事故も心配ありません。