T.2 ローター

洋上風力タービンブレードの例 画像提供: LM Wind Power 無断複写・複製・転載を禁じます 洋上風力タービンブレードの例 画像提供: LM Wind Power 無断複写・複製・転載を禁じます

基本情報

15MW タービンのローターの質量は約 230t、直径は約 224m です。

ローターは、ブレード、ハブ、ブレードシステム、ベアリング、およびピッチシステムで構成されます。

ブレードは通常、グラスファイバーとエポキシ樹脂で構成されています。設計にはバリエーションがあり、カーボンファイバーを使用したものもあれば、ポリエステル樹脂を使用したものもあります。寿命が尽きたブレード材料を回収して再利用できるように、新たな樹脂の製品が開発され、テストされています。

通常、先端速度が速いほどエネルギー捕捉効率が高まり、沖合での先端速度は陸上での先端速度よりも速くなります。しかし、ブレード前縁の浸食を防ぐため、設計によって速度が制限されています。雨滴、粒子状物質、ひょう、氷、塩による繰り返しの衝撃によりブレードが侵食され、表面が粗くなります。これにより、ブレード前縁外側の空気力学的形状が変化します。そのため、ブレードの性能が低下し、騒音が増加します。修理せずに放置してしまうと、ブレードの構造部分に影響が出るまで損傷が進んでしまいます。

先端侵食のリスクを軽減することは、イノベーションにとって重要な焦点です。アプローチの1つとして、より優れたコーティングを開発することが挙げられます。もう 1 つのアプローチとしては、風力タービンブレードに見られるたわみに耐える柔軟性を備えた、ヘリコプターのブレードと同様の前縁保護プレートを組み込む方法もあります。

各ブレードは、主軸の中央ハブにボルトで固定されたブレードベアリングにボルトで固定されます。ブレードベアリングにより、ピッチ機構でブレードのピッチ角度を調整できるため、タービンからの電力出力を制御し、荷重を最小限に抑え、必要に応じてタービンを始動または停止することができます。

各ブレードにはそれぞれ独立したピッチシステムがあるため、1 つのピッチシステムに障害が発生した場合でもタービンを制御することができます。ピッチシステムは、油圧または電気で作動し、機能面での差異はほとんどありません。

通常、タービンが最大 (定格) 出力を出しながらローター速度を調整するために、中～強風速下ではブレードのピッチ角度はほぼ絶え間なく調整されます。風が弱い場合、ピッチシステムは空力効率を最大化するように動作するため、必要な動きが大幅に少なくなります。

洋上風力タービンのローターを大型化できる可能性はありますが、同じ設計では、生成されるエネルギーの増加量よりも質量の増加の方が顕著になります。これは、エネルギー捕捉が 2 次元の受風面積 (ブレード長の 2 乗) に比例するのに対し、ブレードのサイズと質量は 3 次元 (ブレード長の 3 乗) で増加するためです。ブレード技術の大幅な改善により、風力タービンが大型化するにつれて、実際の質量の増加はブレードの長さの 3 乗ではなく 2 乗に近く保たれています。

好風況の洋上サイトにおける 15MW の洋上風力タービンでは、50% を超える設備利用率が期待されています。これに対し、好風況の陸上サイトの設備利用率は、約 40% となっています。

タービンローターの直径を大きくして、先端速度の制限値を元のままにした場合、回転速度は低下します。回転速度が遅いほど、波による荷重やタービン自体の運転によって励起される共振周波数を回避する支持構造の設計がより困難になります。

ローター速度は 4～8 r/min で、最大先端速度は 100 m/s を超えます。

英国では、大潮時の平均高潮面 (MHWS) より少なくとも 22m 高い位置にローターがある必要があります。

浮体式と着床式の洋上風力発電所向けに設計されたローターには大きな違いはありません。

内容

• ブレード
• ブレードシステムとベアリング
• ハブ鋳造物
• ピッチベアリングとアクチュエータシステム
• ローター附帯システム