山間地のサイトは複雑地形であるため、上流の地形に起因した乱流が発生する可 能性がある。したがって、風車位置と同様に観測マストの位置を決定するときには、乱流に配慮することが必要である。複雑地形サイトに設置された高さ60mの観測マスト位置において、気流シミュレーションを実施した例を左に示す。その結果は上流の地形により、気流の剥離が起き、乱流が発生している。マスト高さの半分以上は渦領域に入っているため風速変動が激しく、実際に非常に高い乱流強度が記録された。マスト設置前にCFDを実施することにより、設置位置が適切かどうか判断が可能となる。

技術文

一般的に、風が斜面を駆け上がる際の増速効果により、標高が高ければ高いほど風が強くなります。しかし、周辺地形の影響により、そうならない場合があります。黒マスト位置の標高は赤マストより100m高い位置にあります。平均風速は赤より黒のほうが高いと期待したくなりますが、黒マストは赤マストより風速が1メートル弱いです。その原因は、上流に風を遮る地形によります。この遮る地形によって乱流が発生し、赤地点より風速の変動が大きく、突風が頻繁に出現します。風車は、風が強く突風が少ない位置に設置すべきであり、風車（観測マスト）も黒マスト位置より赤マスト位置の方が適切です。地形の影響によりサイト内で風況は大きく異なる可能性があるため、観測マストの位置を検討する際には、事前にCFDを行いましょう。

風車（黒）の周辺で風向・風速が激しく変動する。その原因は上流の複雑地形、特に西側のV字形に窪む急斜面と考えられる。この局所的乱流でヨーモーターが頻繁に故障し、ヨーリングも破損した。高い修理費と機械の老朽化のため、風車を撤去する方針に固まっている。

風車は尾根から離れて設置されている。尾根から風が剥離することで周期的に渦が発生し、風車のローターに流れ込む。風車のローター面は完全に剥離渦領域の中にある。空間的に不均一に変動する風がブレードに負荷をかけた事により、風車の故障に至った。故障防止のため、風速８メートルを超えると運転制限することに。設備利用率に大きく影響している。

風速10メートル以上のとき、風車（赤）とは対照的に風車（黒）では振動が発生する。CFDの結果では、風車から400メートル上流方向の丘で風が剥離して、乱流が発生している。この乱流により非常に大きい水平・垂直風速差（シアー）を風車ローター面内に観察できる。これは振動の原因となる。過剰な振動を防ぐため、風速10メートル以上で運転停止をかけている。発電量・稼働率が大幅に下がることとなる。

崖を吹きあがった風が剥離し、手前の谷で渦を巻くことで乱流となっている。ヨーギア・ヨーリング、増速機の破損、ブレードの大きな亀裂、ナセルフレームの割れが発生した。これらを防ぐために、この風向（卓越風向）に対し全風速で運転停止を実施している。

7年間の運転データでは、右側の風車はヨーギアとヨーモーターの合計故障件数が突出している。右側の風車の上流には複数の尾根がある。CFDの結果により、この尾根により流れが剥離し、乱れを引き起こしていることがわかる。風車ローター面内で大きな風速差が生じており、ヨーギア・ヨーモーターへの故障につながった。

この風車のブレードがタワーと接触し、破損しました。風車周辺の地形は極めて複雑であり、したがって風も非常に複雑な乱れた流れになる。ブレードが大きくたわみ、タワー接触が発生させるのは、風車の上部よりも強い風を下部で受ける場合であり、その状況をCFDの結果が示しています。