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公開番号2025083577
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-30
出願番号2025044026,2021182122
出願日2025-03-18,2021-11-08
発明の名称風車配置適正化装置、風車配置適正化方法、およびプログラム
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F03D 80/00 20160101AFI20250523BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】適正な風車の配置地点を短時間で導出することが可能な風車配置適正化装置を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る風車配置適正化装置は、シミュレーション部、予測モデル構築部、風車配置決定部、判定部を備える。シミュレーション部は、エリア内に風車を配置する場合に、風車が受ける風速をシミュレーションする。予測モデル構築部は、風速に基づいて、風車から得られる発電電力量および極値風速を回帰分析により算出すると共に、風車の位置座標と、発電電力量および極値風速の少なくとも1つとの関係式を予測モデルとして作成する。風車配置決定部は、予測モデルに基づき、予め設定された発電電力量の値よりも、発電電力量が大きくなる位置座標を配置候補地点と決定する。判定部は、配置候補地点の中で、発電電力量が最大となり、かつ極値風速がしきい値よりも小さくなる地点を適正であると判定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
風車の配置を検討するエリア内の風況をシミュレーションするシミュレーション部と、
前記シミュレーション部のシミュレーション結果を用いて、前記風車の配置に関する風条件による予測モデルを作成する予測モデル構築部と、
前記予測モデルに基づいて、前記風車の配置候補地点を少なくとも１つ以上決定する風車配置決定部と、
前記配置候補地点が適正であるか否かを判定する判定部と、
を備え、
前記シミュレーション部は、前記エリア内に前記風車を配置する場合に、前記風車が受ける風速をシミュレーションし、
前記予測モデル構築部は、前記風速に基づいて、前記風車から得られる発電電力量および極値風速を回帰分析により算出すると共に、前記風車の位置座標と、前記発電電力量および前記極値風速の少なくとも１つとの関係式を前記予測モデルとして作成し、
前記風車配置決定部は、前記予測モデルに基づき、予め設定された発電電力量の値よりも、前記発電電力量が大きくなる前記位置座標を前記配置候補地点と決定し、
前記判定部は、前記配置候補地点の中で、前記発電電力量が最大となり、かつ前記極値風速がしきい値よりも小さくなる地点を適正であると判定する、風車配置適正化装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記シミュレーション部は、複数の風車を配置する場合の前記位置座標をサンプリングし、
前記風車配置決定部は、前記複数の風車を配置する場合の前記位置座標を離散化処理し、前記離散化処理された仮想空間に対して、線形計画法を用いて前記複数の風車を配置する場合の位置座標を求める、請求項１に記載の風車配置適正化装置。
【請求項３】
前記風車配置決定部は、前記風条件に加えて、前記風車の配置に関する土地の制約である土地条件に基づいて前記配置候補地点を決定する、請求項１または２に記載の風車配置適正化装置。
【請求項４】
前記風車配置決定部は、前記風条件に加えて、前記風車の配置に関する社会的な制約である社会的条件に基づいて前記配置候補地点を決定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の風車配置適正化装置。
【請求項５】
前記風車配置決定部は、トレードオフのある複数の風車配置を多目的最適化問題として、ＮＳＧＡ－ＩＩを用いて前記配置候補地点を決定する際に、分枝限定法、Ｐｒｉｍ法、Ｅｓａｕ－Ｅｉｌｌｉａｍｓ法のうちのいずれかを用いて前記風車の設置に関するコストを求める、請求項１から４のいずれか１項に記載の風車配置適正化装置。
【請求項６】
前記判定部は、前記風車の設置および運用に関するコストに基づいて、前記配置候補地点が適正であるか否かを判定する、請求項１から５のいずれか１項に記載の風車配置適正化装置。
【請求項７】
風車の配置を検討するエリア内の風況をシミュレーションすることであって、前記エリア内に前記風車を配置する場合に、前記風車が受ける風速をシミュレーションし、
シミュレーション結果を用いて、前記風車の配置に関する風条件による予測モデルを回帰分析により作成することであって、前記風速に基づいて、前記風車から得られる発電電力量および極値風速を回帰分析により算出すると共に、前記風車の位置座標と、前記発電電力量および前記極値風速の少なくとも１つとの関係式を前記予測モデルとして作成し、
前記予測モデルに基づいて、前記風車の配置候補地点を少なくとも１つ以上決定することであって、前記予測モデルに基づき、予め設定された発電電力量の値よりも、前記発電電力量が大きくなる前記位置座標を前記配置候補地点と決定し、
前記配置候補地点が適正であるか否かを判定することであって、前記配置候補地点の中で、前記発電電力量が最大となり、かつ前記極値風速がしきい値よりも小さくなる地点を適正であると判定する、風車配置適正化方法。
【請求項８】
風車の配置を検討するエリア内の風況をシミュレーションすることであって、前記エリア内に前記風車を配置する場合に、前記風車が受ける風速をシミュレーションし、
シミュレーション結果を用いて、前記風車の配置に関する風条件による予測モデルを回帰分析により作成することであって、前記風速に基づいて、前記風車から得られる発電電力量および極値風速を回帰分析により算出すると共に、前記風車の位置座標と、前記発電電力量および前記極値風速の少なくとも１つとの関係式を前記予測モデルとして作成し、
前記予測モデルに基づいて、前記風車の配置候補地点を少なくとも１つ以上決定することであって、前記予測モデルに基づき、予め設定された発電電力量の値よりも、前記発電電力量が大きくなる前記位置座標を前記配置候補地点と決定し、
前記配置候補地点が適正であるか否かを判定することであって、前記配置候補地点の中で、前記発電電力量が最大となり、かつ前記極値風速がしきい値よりも小さくなる地点を適正であると判定する、処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、風車配置適正化装置、風車配置適正化方法、およびプログラムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
風車を用いた風力発電機（ＷＴＧ：ＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅＧｅｎｅｒａｔｏｒ）は、脱化石燃料、ＣＯ
２
削減に対してコストパフォーマンスが高いことが一般に知られている。このため、数基の風力発電機から数十基以上の風力発電機から構成される大型のウィンドファーム（ＷＦ：ＷｉｎｄＦａｒｍ）に至るまで、風力発電施設は増加している。
【０００３】
風力発電施設では、風車の健全な運用を実現するために風車の配置が重要となる。風車の配置には、風条件等の種々の制約がある。そのため、風車の配置地点を検討するときには、このような制約も考慮する必要がある。その結果、適正な風車の配置地点を導出するためには、手間がかかり、多くの時間を要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５１８６６９１号公報
特開２０１９－１５２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、適正な風車の配置地点を短時間で導出することが可能な風車配置適正化装置、風車配置適正化方法、およびプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る風車配置適正化装置は、風車の配置を検討するエリア内の風況をシミュレーションするシミュレーション部と、シミュレーション部のシミュレーション結果を用いて、風車の配置に関する風条件による予測モデルを作成する予測モデル構築部と、予測モデルに基づいて、風車の配置候補地点を少なくとも１つ以上決定する風車配置決定部と、配置候補地点が適正であるか否かを判定する判定部と、を備える。シミュレーション部は、エリア内に風車を配置する場合に、風車が受ける風速をシミュレーションする。予測モデル構築部は、風速に基づいて、風車から得られる発電電力量および極値風速を回帰分析により算出すると共に、風車の位置座標と、発電電力量および極値風速の少なくとも１つとの関係式を予測モデルとして作成する。風車配置決定部は、予測モデルに基づき、予め設定された発電電力量の値よりも、発電電力量が大きくなる位置座標を配置候補地点と決定する。判定部は、配置候補地点の中で、発電電力量が最大となり、かつ極値風速がしきい値よりも小さくなる地点を適正であると判定する。
【発明の効果】
【０００７】
一実施形態によれば、適正な風車の配置地点を短時間で導出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１実施形態に係る風車配置適正化装置の構成を示すブロック図である。
シミュレーション部で使用される風況シミュレーションモデルの一例を示す図である。
支配方程式の一例を示す図である。
風車の一例を示す図である。
第１実施形態に係る風車配置適正化装置で実行される演算処理のフローチャートの一例である。
風況データの一例を示す図である。
風条件の予測モデルを用いて作成されたＡＥＰおよび極値風速の分布の一例を示す図である。
第２実施形態に係る風車配置適正化装置の構成を示すブロック図である。
第２実施形態に係る風車配置適正化装置で実行される演算処理のフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態にについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る風車配置適正化装置の構成を示すブロック図である。図１に示す風車配置適正化装置１は、風条件、土地条件、および社会的条件から風車の適正な配置を演算して出力する装置である。ここで、風条件には、例えば、風車から得られる年間発電電力量（ＡＥＰ：ＡｎｎｕａｌＥｎｅｒｇｙＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）、極値風速Ｖ
ｒｅｆ
、Ｖ
ｅ５０
、乱流の状態を示す指標Ｉ、風車に流入する風の吹上角、暴風時における高さ方向の風速変化を示すべき指数、風下側の風車が風上側の風車から受ける後流影響などが含まれる。また、土地条件には、例えば、建物・道路・川等からの距離制約、遮光・音の公害制約、斜面・地盤等の建設可能制約、土地権利等の制約条件が含まれる。さらに、社会的条件には、動植物保護地域、景観保護地域、および文化財保護地域等の制約条件が含まれる。
（【００１１】以降は省略されています）

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