風力発電設備と雷ーその影響と対策ー


著者名: 高田吉治 著
ISBN: 978-4-425-69091-6
発行年月日: 2015-10-26
サイズ/頁数: A5判 192頁
在庫状況: 在庫あり
価格(本体価格)

2,376円 (2,200円)

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風力発電設備に携わる管理者・設計者・研究者の方へ

雷の性質や種類・季節別分類・多発地域・観測方法と風力発電設備の落雷被害・落雷対策・避雷対策など風力発電設備の事故防止と安全性を高めるために必要な知識を、この1冊で知ることができます。

【まえがき】より
雷は、気象現象であるとともに電気現象である。
 昔から高い地物に対しては、落雷による被害が多いのが常識となっている。材質が導体であろうと絶縁体であろうと、高い地物ほど雷を引き寄せる効果は大きい。
 落雷による被害は、高電圧、大電流によるものと、それに付帯して発生する瞬間的な衝撃、音、高熱によるものである。
 風力発電設備は、平成15年(2003年)ごろには単機出力が1500kW を超えるような大型機種が急速に増えてきた。さらに風車のタワーは高くなり、ブレード先端高さが100m を超えるようになってきた。このころ、海外からの輸入機の割合が90%を占めていたが、海外とは異なる日本の特異な気象状況も影響し、雷による被害が多発し始めた。その後、風力発電設備の大型化、高層化によって、特にブレードへの落雷による爆裂破損事故が次第に増大していった。
 日本風力エネルギー協会理事会は、平成17年(2005年)に入り、ブレードの雷害事故を放置しておくと、再生可能エネルギーのひとつである風力エネルギーの展開に支障を来すおそれがでてきたことを懸念した。
 そこで風力発電設備の雷対策を含めた雷の実態をまとめるよう、実験気象学が専門で、高電圧工学に通じた筆者(当時理事)に依頼となった。
 本書は(一社)日本風力エネルギー学会の学会誌に「技術連載 雷」を通巻73号(2005年Vol.29 No.1)から通巻104号(2012年Vol.36 No.1)まで8年間、31回にわたって連続掲載した内容を整理したものである。
 風力発電設備についての落雷被害は、雷が直撃した場合に大きな被害が発生する。前述のような爆裂破損事故の要因は、雷のエネルギーを受けて、ブレード内の圧力が高まったことによるものであり、結露等に起因する水蒸気爆発も一因と推定できる。本書ではこれらの原因と対策に迫った。
 連載後の動きとして、洋上風力発電の導入促進のため、平成25年(2013年)3月には、日本国内で初となる千葉県銚子市の沖合約3.4㎞の海域にて2.4MW洋上風力発電設備の本格実証運転が開始された。その後、同年6月には日本海側では初となる北九州市の響灘沖(沖合1.4㎞)に設置した2MW の風力発電設備が稼働して、通年の風況観測や海象観測、塩害、落雷、運転保守対策などの実証を行っている。銚子市沖と北九州市沖の設備は、風車の基礎部分を海底に固定した着床式であったが、福島県沖合の実証研究では、浮体式洋上風力発電設備として世界最大級の7MW 風車を設置し、洋上風力発電の導入普及に必要な技術および浮体式洋上風力発電のビジネスモデル確立を目指したプロジェクトが進んでいる。また、平成26年(2014年)4月に発電用風力設備の安全性の審査が、建築基準法から電気事業法へ一本化されるなど、法整備の面でも風力発電の導入促進が図られている。
 一方、平成25年(2013年)冬季に、落雷に起因すると推定される風車破損事故が多発し、事故原因の究明および再発防止対策が検討されるなど、風力発電設備にはより高い安全性が求められている。
 今後、風力発電設備は小型から大型まで広く展開されていくが、雷害を常に考慮した上で適切に対処していかねばならない。本書では、風力発電設備全体に関わる雷の性質や種類、季節別分類、多発地域、観測方法、落雷被害、落雷対策、避雷対策などについてまとめてある。本書が、風力発電設備の雷対策の一助になれば幸いである。

平成27年9月
高田吉治

【目次】
第1章 雷

1 雷雲の形成
 1.1 雲の種類
 1.2 雲粒の形成から雨滴への成長
 1.3 雷雲の種類と構造
 1.4 雷雨発生時の状況
 1.5 雷の地域分布
2 雷の電気的特徴
 2.1 電荷の発生・分離機構
 2.2 雷放電
 2.3 雷の電気的性質
3 冬季雷
 3.1 冬季雷の発生地域
 3.2 冬季雷発生時の気圧配置
 3.3 冬季雷の雲構造・放電特性
 3.4 冬季雷の増加と地域環境
 3.5 冬季雷の発雷条件
  コラム 雷は増えているのか
4 雷害
 4.1 落雷被害の概要
 4.2 人体への被害
  コラム 航空機の被雷

第2章 雷観測と雷予測
1 雷の観測
 1.1 雷観測機器の分類
 1.2 雷性状の観測法
  コラム 目と耳による雷観測
  コラム 雷観視システムLIDEN
2 雷の予測
 2.1 直前の予測(ナウキャスト)
 2.2 短時間予測
 2.3 短期予測
  コラム ケネディ宇宙センターの雷観測

第3章 風力発電設備と雷被害
1 風力発電設備
2 雷計測の必要性
3 風力発電設備の雷被害
 3.1 雷被害の概要
 3.2 部品・部位別の損傷状況
 3.3 ブレードの爆裂
 3.4 落雷と構造物との相互作用
  コラム 開発が進む小型風車

第4章 雷保護
1 雷保護レベル
 1.1 雷保護に関する規格
 1.2 雷保護システム(LPS)の保護レベル選定
  コラム 雷保護レベル選定の留意点
2 外部雷保護システム
 2.1 外部雷保護システム(外部LPS)の概要
 2.2 受雷部システム
 2.3 引き下げ導線システム
 2.4 接地システム
3 内部雷保護システム
 3.1 内部雷保護システム(内部LPS)の概要
 3.2 等電位ボンディング
4 雷サージ
 4.1 雷サージとは
 4.2 電磁誘導サージ
 4.3 静電誘導サージ
 4.4 逆流雷サージ(接地雷サージ)
 4.5 雷サージの保護
  コラム 最新の雷対策

第5章 風力発電設備の雷対策
1 日本の大エネルギー雷への対応
2 部位別の雷対策
 2.1 ブレード
 2.2 ナセル
 2.3 タワー
 2.4 発電機・制御機器
 2.5 電源・信号線・制御回路
3 受雷部システム
 3.1 避雷針
 3.2 接地システム
4 等電位化
5 冬季雷の対策技術
 5.1 着雪・結氷対策
 5.2 積雪対策
 5.3 低温対策
6 メンテナンス
7 風車の公衆安全確保策
8 洋上の落雷対策
 8.1 洋上の雷の特徴
 8.2 洋上の風力発電機への落雷
 8.3 洋上風車の落雷対策
 8.4 大気の電位、電荷と等電位保護
 8.5 洋上の雷の観測と予測
9 雷対策事例
 9.1 青森県の雷対策
 9.2 新潟県の雷対策
 9.3 島根県の雷対策
 9.4 襲雷検知・注意喚起

  市町村別の風力発電設備導入状況
  参考文献
  索  引

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