GFRPトレーリングエッジスポイラーで風力タービンブレードの年間発電量6%向上

風力エネルギースタートアップのevoblade（ブレーメン応用科学大学航空宇宙技術研究所（IAT）のスピンオフ、ドイツ）は、Deutsche Windtechnik AG（ブレーメン）とWirtschaftsförderung Bremenの支援で、ローターブレード用複合材リトロフィット可能トレーリングエッジスポイラーを開発しました。EvoFlapの並列試験と最適化研究の結果、スポイラー設置によりブレード根元付近の空気力学的流れが改善され、風力タービンシステムの効率と性能が向上することが確認されました。

「ローターブレードは風力タービンの技術的・経済的性能に大きな影響を与えます」とevoblade創業者兼CEOのDr.-Ing. Frank Kortenstedde氏は述べます。「リトロフィット可能な流れ制御エレメントの開発と最適化により、技術的理解の進歩を活用して既存システムの技術的・経済的特性改善を目指しました。」

EvoFlapの設計と設置

EvoFlapは異なるローターブレードタイプに適応可能です。基本システムとして定格出力1.5メガワット（MW）、ローターブレード長40メートルのNEG Micon NM 82タービンタイプが最適化に選ばれました。追加スポイラーは複合材ガラス繊維強化ポリマー（GFRP）サンドイッチ構造で、全長10メートル、現場の設置ローターブレード上で直接組立可能な7セグメントに分割されています。

「ブレードをハブから取り外してEvoFlapを設置する必要はなく、作業量とコストを削減できます」とFrank Kortenstedde氏は強調します。「また、セグメントを接着してもブレード構造は損傷せず、EvoFlapはブレードデザインに調和して溶け込みます。」年間エネルギー出力検証のため、ROMO Wind（アインジデルン、スイス）にiSpinスピナー風速計技術を用いた独立性能監視を委託しました。これはタービン前面の風速を測定し、直接的で擾乱のないデータを提供します。試験システムに加え、同タイプの隣接タービンにもiSpin技術を装備し参照システムとしました。

試験結果

2015年8月から2019年3月まで実施された並列試験の結果は、シミュレーションデータで予測されていた年間発電量（AEP）増加を確認しました。最近の結果では、平均年間風速7メートル/秒でAEPが6%増加しました。発電量増加に加え、EvoFlapはローターブレードの曲げとねじり強度も向上させ、ブレード全体の耐用年数改善を実現することが実証されました。

「EvoFlapの耐用年数に応じて、最大耐用年数20年を1.2〜2.6年延長可能です」とFrank Kortenstedde氏は説明します。「非常に高いレベルの技術移転が達成されました。このような大規模流れ制御エレメントのリトロフィットは現在絶対的な例外です。それでも、この研究プロジェクトは顕著なポジティブ効果の可能性を示しています。」

evobladeとパートナーによると、EvoFlapは理論的にブレード根元領域がスレンダーな設計のすべての風力タービンに設置可能です。ただし、リトロフィットソリューションとして適している一方で、対応するブレードタイプの個別特性に適応させる必要があります。

「リトロフィット流れ制御エレメントが常に選択肢になるわけではなく、タービンの初期設計と特性はシステムメーカー次第ですが、未来の技術を見据えたこのような研究プロジェクトに参加し支援できて非常に嬉しく思います」とDeutsche Windtechnik AGディレクターのMatthias Brandt氏は付け加えます。「結果は正しい方向に向かっており、業界全体を支援しています！」