はじめに
寒冷地シリーズ第2弾です。今日は寒冷地での年間発電電力量(AEP)を予測する時の損失について、書きます。
寒冷地における風力発電では、風況そのものだけでなく、冬季特有の停止・性能低下が発電電力量を押し下げる要因となります。主な損失の要素は次の3つです。
- 着氷（icing）による発電量の損失： 風車ブレードの空力性能の低減、センサ凍結による制御停止
- 低気温時停止（low-temperature shutdown）による損失： 風車メーカーの運転下限温度を下回った時の停止
- アイススロー（ice throw）防止のための停止による損失： HSE（安全）上の運転制限・運用停止
IEA Iceクラスによる着氷損失
着氷は、着氷イベント発生時の「段階」 を時間軸で考えます。「気象学的着氷（Meteorological icing）」は着氷可能な気象条件が揃っている期間、「計器着氷（Instrumental icing）」は構造物やセンサーに氷が付着し、観測可能な期間、「ロータ着氷（Rotor icing）」は、風車ロータ（ブレード）に氷が付着している期間を意味します。
IEA Wind RP 13 寒冷地風力の推奨基準では、サイトの着氷のクラスを1～5で表し、気象学的着氷、計器着氷を年間の割合として、着氷損失（icing loss）をグロス年間発電量に対する損失の目安として示しています。フィンランドの研究機関VTTでは、IEAのカテゴリに基づく、Icing Atlasを公開しています。
| IEA Ice class | 気象学的着氷[% of year] | 計器着氷[% of year] | 着氷損失[% of グロスAEP] |
|---|---|---|---|
| 1 | 0 – 0.5 | <1.5 | 0 – 0.5 |
| 2 | 0.5 – 3 | 1 – 9 | 0.5 – 5 |
| 3 | 3 – 5 | 6 – 15 | 3 – 12 |
| 4 | 5 – 10 | 10 – 30 | 10 – 25 |
| 5 | > 10 | > 20 | > 20 |
低気温時停止による損失
低気温による停止損失は、「風速と気温の同時確率分布」が、風車メーカーが定義する運転下限温度を下回る時間帯の発電量を積算して、見積もることができます。
非常に低い気温は、高気圧と関連し、風速が低いことが多く、サイトにおける風速と気温の相関関係を評価した上で、発電量の損失を見積もることが重要です。
アイススロー防止のための停止による損失
アイススロー（回転するブレードからの氷の塊が飛散すること）は、発電性能というより公衆安全、作業安全の問題で、対策は運用ルール（停止・立入制限・警告・復帰条件）によることになります。
この停止による損失は、サイト・規制・運用方針で振れ幅が大きく、単純に一律の損失[%]を設定するのは、難しいといえます。
参考文献
- IEA Wind Recommended Practice 13. 2nd edition, Wind Energy Porject in Cold Climates, 2017.
- VTT Icing Atlas https://projectsites.vtt.fi/sites/wiceatlas/www.vtt.fi/sites/wiceatlas.html
風ノート 