ウィンドウズオブ Wind ( 風の窓 ) 風力発電システム IEC/TC88 国際標準化の動向 一般社団法人日本電機工業会新エネルギー部技術課課長石山卓弘 1. はじめにここでは, 一般社団法人日本電機工業会 (JEMA) が審議団体を努める風力発電システムの国際標準 ( 設計基準 試験方法などの規格 ) を制定 管理している IEC/TC88 の概要, 風力発電事業における位置づけ及び最近の動向を紹介する 風力発電システムの国際標準化は,IEC( 国際電気標準会議 ) の Technical Committee 88 ( 通称 :TC88) でなされ, 概要を以下に示す TC88 名称 :Wind Turbines 設立 :1988 年 議長国 : 米国 幹事国 : デンマーク 参加国 :P メンハ ー 25 か国,O メンハ ー 13 か国 風車の国際規格 :IEC61400 シリース 国内審議団体 :JEMA 2. 風力発電システムの国際標準化 2.1 世界における風力発電の動向図 1 に世界の風力発電導入量の変遷を示す 欧州を中心に市場が形成され, 続いて米国, 中国, インドなどの大規模な市場が形成された 日本の風力累積導入量 (GWEC 2013 年末 ) は, 2,661MW(1922 基 ) 世界の第 18 位 ( シェア 0.8%) で, 我が国の消費電力おける風力発電による発電電力量の割合は,0.3% と留まっているが, 政府による固定価格買取制度 (FIT) の導入により今後の躍進が見込まれている 風力発電システムの標準化もこの導入量の変遷と同様に, 欧州が主導して始まるが, 米国, 続いて, アジア諸国 ( 日本, 韓国, 中国など ) において新市場創出や技術開発に合わせた標準化への課題が顕在化し, 国際標準化の重要性が増している そのため, 規格作成においてもグローバルな審議が活発になされている 図 1. 世界の風力発電累積導入量と日本のポジション ( 出典 GWEC) 2.2 風力発電導入のステークホルダー風力発電システムは火力発電等の発電単価より高い為, 導入拡大には図 2 に示すように, 政府のエネルギー政策にも依存する 導入に当たっては様々なステークホルダーが係わっていることが分かる 図 3 に風力発電導入における標準化の位置づけを示す 一般的な標準化は, 製品に対する設計基準及び試験方法など製造者が主に活用するものと思われがちだが, 風力発電システムの標準化は, 製造者に留まらず, 風力発電事業者など広いステークホルダーの意見集約が求められている 図 2. 風力発電導入の原動力
図 3. 風力発電導入における標準化の位置づけ 2.3 規格の発行状況風力発電システムの標準化では, 風車本体の設計基準, 部品の設計基準, 及び性能評価基準などを規定している 規格の体系を図 4 に示す 現在の IEC 規格は, 先進的な欧米での気象条件や知見が基礎となり策定されている 我が国では, これまでこの IEC 規格と整合 ( 完全一致 ) した日本工業規格 (JIS) を策定している これまでの IEC 規格及び JIS の発行状況を図 5 に示す 風車の国際規格は, 一部電機部品を除き, 1988 年より IEC/TC88 で審議が行われており, IEC61400 シリーズとして発行されている これ までに国際規格 (IS) が 17 件, 技術仕様書 (TS) が 5 件発行されている IEC/TC88 に対しては, 一般社団法人日本電機工業会が日本の窓口 ( 審議団体 ) として, 委員会を運営して国際会議対応及び JIS 審議を行っている 現在の審議体制を図 6 に示す 風力発電システムの JIS は,IEC61400 として発行されている規格を翻訳して JIS C1400 シリーズとして発行されている 全ての IEC 規格を JIS として発行しているわけではなく, 国内での必要性を鑑みて現時点で IEC と整合した JIS を 5 件, 日本独自の JIS を 1 件, 技術資料 (TR) を 1 件発行している 本体の設計 IEC614001 大形風車設計 IEC614002 小形風車設計 IEC614003 洋上風車設計 IEC6140032 浮体式洋上風車 部品の設計 IEC614004 ギヤボックス IEC614005 ロータブレード IEC614006 タワー 基礎 IEC614007 パワーコンバータ IEC6007616 風車用変圧器 性能評価 IEC6140011 騒音測定 IEC61400121 性能試験方法 ( パワーカーブ認証 ) IEC61400122 性能試験方法 ( ナセル風速計 ) IEC6140013 機械的荷重計測 IEC6140014 音響ハ ワーレヘ ル IEC6140015 風条件のサイトアセス IEC6140021 電力品質 IEC6140023 実翼構造強度 IEC6140024 雷保護 IEC6140026 シリーズ利用可能率 ( 風車 / 発電所 ) 互換性 その他 IEC6140025 シリーズ監視制御用通信 IEC6140027 シリーズ電力シミュレーション 用語 IEV60050415 用語 風力発電分野 適合性評価 IEC6140022 適合性試験及び認証 図 4. 風力発電システムの国際規格体系 (IEC61400 シリーズ )
WGs 規格名称 IEC 作業段階 JIS MT1 風車の設計要件 IEC 614001 Ed. 3.0 IS JIS C 14001:2010 IEC 614001am1 Ed. 3.0 IS JIS C 14001:20XX ( 審議中 ) IEC 614001 Ed. 4.0 WD MT2 小形風車の設計要件 IEC 614002 Ed. 2.0 IS JIS C 14002:2010 IEC 614002 Ed. 3.0 IS JIS C 14002:20XX ( 審議中 ) WG3 洋上風車の設計要件 IEC 614003 Ed. 1.0 IS JIS C 14003:20XX ( 制定予定 ) IEC 614003 Ed. 2.0 WD PT6140032 浮体式洋上風車の設計要件 IEC/TS 6140032 Ed. 1.0 1CD JWG 1 風車のギヤボックスの設計要件 IEC 614004 Ed. 1.0 IS PT 614005 風車翼の設計要件 IEC 614005 Ed. 1.0 ANW PT 614006 風車のタワー及び基礎の設計要件 IEC 614006 Ed. 1.0 ANW PT 614007 風車用パワーコンバータの安全要件 PNW 88493 Ed. 1.0 PNW MT 11 騒音測定方法 IEC 6140011 Ed. 2.0 IS JIS C 140011:2005 IEC 6140011am1 Ed. 2.0 IS JIS C 140011:2005 /AMENDMENT 1:2010 IEC 6140011 Ed. 3.0 IS JIS C 140011:20XX: ( 審議中 ) MT 121 発電用風車の性能試験方法 IEC 61400121 Ed. 1.0 IS JIS C 1400121:2010 IEC 61400121 Ed. 2.0 2CD PT 61400122 ナセル風速計による風車の性能計測方法 IEC 61400122 Ed. 1.0 IS JIS C 1400122:20XX ( 審議中 ) PT61400124 発電用風車性能計測のための数値シミュレーションにもとづ IEC61400124 ( 提案検討中 ) く風速推定法 JIS C 1400124:20XX ( 審議中 ) MT13 機械的荷重の計測方法 IEC/TS 6140013 Ed. 1.0 TS IEC 6140013 Ed. 1.0 1CD WG14 風車の音響パワーレベル及び純音性評価値の表示 IEC/TS 6140014 Ed. 1.0 TS WG15 風力発電所の風条件に関するサイトアセスメント IEC 6140015 Ed.1. ANW MT21 系統連系風車の電力品質特性の測定及び評価 IEC 6140021 Ed. 2.0 IS JIS C 140021:2005 系統連系風車の電力品質特性の測定及び評価 IEC 61400211 Ed. 1.0 1CD 風力発電所の電力品質特性の測定及び評価 PNW 88499 Ed. 1.0 PNW MT22 適合性評価方法及び認証 IEC 6140022 Ed. 1.0 IS JIS C 140022:20XX ( 制定予定 ) MT23 実翼構造強度試験 IEC/TS 6140023 Ed. 1.0 TS IEC 6140023 Ed. 1.0 APUB MT24 風車の雷保護 IEC 6140024 Ed. 1.0 IS JIS C 140024:20XX ( 制定予定 ) JWG25 風力発電所の監視制御用通信 : 原則及びモデル全般 IEC 61400251 Ed. 1.0 IS (MT25) 風力発電所の監視制御用通信 : 情報モデル IEC 61400252 Ed. 1.0 IS IEC 61400252 Ed. 2.0 CCDV 風力発電所の監視制御用通信 : 情報交換モデル IEC 61400253 Ed. 1.0 IS IEC 61400253 Ed. 2.0 CCDV 風力発電所の監視制御用通信 :XMLベースの通信プロファ IS IEC 61400254 Ed. 1.0 イルへのマップ 風力発電所の監視制御用通信 : 適合性試験 IEC 61400255 Ed. 1.0 IS 風力発電所の監視制御用通信 : 状況監視用ロジカルノード IS IEC 61400256 Ed. 1.0 クラス及びデータクラス PT 6140026 時間基準による風車の利用可能率 IEC/TS 61400261 Ed. 1.0 TS 利用可能率を基準とする風車の設備容量 IEC/TS 61400262 Ed. 1.0 TS 風力発電所の利用可能率 IEC/TS 61400263 Ed. 1.0 ANW WG27 風力発電の電力シミュレーションモデル IEC 61400271 Ed. 1.0 ADIS 風力発電所における風力発電の電力シミュレーションモテ ル IEC 61400272 Ed. 1.0 ANW AHG1 風車 : 用語 PNW 88477 Ed. 1.0 PNW 風力発電システム 第 0 部 : 風力発電用語 JIS C 14000:2005 小形風車を安全に導入するための手引き TR C 0045:2006 [IEC 文書略称 ] NP: 新業務提案,WD: 作業原案,CD: 委員会原案,CDV: 投票用委員会原案,FDIS: 最終国際規格案,IS: 国際規格,TS: 技術仕様書 TR: 技術報告書 [IEC 作業段階の略称 ] PNW: 新業務の提案,ANW: 新業務の承認,AMW: 改正業務の承認,ACDV:CDV 回覧の承認,CCDV:CDVの回覧 ADIS:FDIS 回覧の承認,CDIS:FDIS の回覧,APUB: 発行の承認,PPUB: 発行物 (IS/TS/TRで表示) 発行済みの規格 現在作業中の規格 ( 未発行 ) イタリック 最近の発行文書 図 5. 風力発電システムの IEC 規格及び JIS の発行状況
国内標準化審議体制一般社団法人日本電機工業会風力発電システム標準化委員会 (28 名 ) 風力発電設計要件分科会 (20 名 ) 小形風車設計要件分科会 (9 名 ) 洋上風車設計要件分科会 (21 名 ) 浮体式洋上風車設計要件分科会 (19 名 ) ギヤボックス設計要件分科会 (10 名 ) タワー 基礎設計要件分科会 (19 名 ) 風車音測定方法分科会 (8 名 ) 風力発電性能試験方法分科会 (21 名 ) 風力発電雷保護分科会 (11 名 ) 風力発電認証システム分科会 (16 名 ) 括弧内の人数は, 委員数 IEC61400 シリーズの開発 IEC TC88 (Wind Energy Systems) MT21,JWG25,PT6140026,WG27,etc MT1,MT13,MT23,PT614005 MT2 WG3 PT6140032 JWG1 PT614006 MT11 MT12 MT24 MT22 IEC61400 シリーズによる認証スキームの運用 CAB IECRE Renewable Energy WE OMC 図 6. JEMA 標準化 (IEC 及び JIS) 委員会の体制 2.4 風力標準化の最新トピックス最近の話題として以下にいくつか紹介する TC88 のスコープ拡大と名称の変更 Wind turbines Wind Energy Systems へ名称変更される予定である TC88 の幹事国の変更オランダ デンマークへ幹事国が交代した (2013 年 5 月 ) IECRE の設立風力発電システムを含む再生可能エネルギーの国際認証制度構築開始 (2014 年 6 月 ) 新規格 : 風条件に関するサイトアセスメント米国より規格化が提案され WG15 設置 審議開始された (2014 年 2 月 ) 新規格 : 風車用パワーコンバータの安全要件スペインが新規提案した (2014 年 7 月 ) 新規格 : 浮体式洋上風車の設計要件 IEC/TS6140032 の素案完成 (2014 年 6 月 ) JIS 発行の予定 (2014 年 8 月 ) JISC14003( 洋上風車設計要件 ) JISC140022( 適合性及び認証試験 ) JISC140024( 雷保護 ) 2.5 規格の活用状況 (1) 世界での活用現在設置されている風車及び部品は,IEC 規 格,JIS 等の地域規格もしくは IEC 規格をベースとしたドイツ船級協会 (GL) などの民間ガイドラインに適合したものとなっている また, 製造メーカ自身が, 規格に適合していることを証明することもあるが, 信頼担保の為, 第三者機関が評価する認証 ( 第三者認証 ) を取得することが一般となっている 風車は, 巨大な構造物 電機設備であるが, これら統一された基準及び第三者認証の活用により信頼性の高い製品が量産 供給され, より信頼性の高い風力発電事業が可能となってきている また, これら基準及び認証も更なる信頼性向上のための見直しが行われている (2) 日本での活用日本においては, 海外と同様に規格に適合した風車が設置されており, その多くは第三者認証を取得している その為, 国内の導入ガイドラインとしても利用されている JEAC 5005( 風力発電規程 ) においても IEC61400 シリーズを引用している また,20kW 未満の小形風車については固定価格買取制度 (FIT) の設備認定において JISC14002 をベースとした JSWTA0001 による認証の取得が求められており, 認証制度が 2012 年 7 月より運用されている
3. 風力標準化における我が国の取り組み 3.1 我が国における標準化の課題我が国では, 国土の約 7 割が山岳地帯であり, これに起因した高乱流並びに季節風あるいは熱帯性低気圧起因の台風などによる極値風, 雷が原因と思われる故障 事故が顕在化したことから, 独立行政法人新エネルギー 産業技術総合開発機構 (NEDO) は, 我が国における風車の設備利用率向上のため, 風力発電施設の故障 事故データの収集 原因分析を行い, 利用率向上に向けた報告書を取り纏めた また, これと平行して日本の環境に適合した風車規格 ( 指針 ) 又は対策法の策定を目的に, 日本型風力発電ガイドライン ( 日本型風力発電ガイドライン策定事業 [H17H19]) を取り纏めるとともに, 次世代風力発電技術研究開発事業 ( 基礎 応用技術研究開発 [H20H24] 及び自然環境対応技術等 / 落雷保護対策 [H20H24]) において, 我が国の風及び雷条件に合致した風車設計基準案及び対策方法を策定している 図 7. 日本特有な気象条件と設置環境への対応 これら成果の一部の標準化を推進しており, 規格化が順次取り纏められている これにより, 国内の風力発電所の安定操業の確保, これら同様の国内外の設置環境への市場拡大が見込まれる さらに, 厳しい日本の立地環境を満足することによる日本製品等の評価向上による輸出促進効果, 国内関連産業技術向上なども見込まれる これは,NEDO が平成 22 年 7 月に発行した再生可能エネルギー技術白書で示 図 8. 日本の国内環境に対応した基準の導入 された 1 様々な立地制約を克服する技術的対策を推進し, 国内導入量の拡大を図る 2 国内市場で培った技術力を背景として海外市場で競争力を有する国内企業を育成する という目指す姿 ( 目標 ) に向けた活動の一環である 3.2 標準化の範囲拡大に向けた動向前述の通り, 国内設置環境を考慮した新たな設計基準の IEC 規格への提案及び JIS の策定を行っている 現在, 風力発電システム標準化委員会で推進している主な活動は以下の通りである 大形風車設計に係わる台風, 乱流, 地震, 雷の基準及び評価方法の標準化 洋上風車 ( 着床式, 浮体式 ) の標準化 CFD を使った風速推定方法の標準化 ナセル風速計を用いた性能評価法の JIS 制定 小形風車の設計要件に関する JIS 改正 風車音測定方法の JIS 改正 タワー 基礎設計要件の国際標準化 電力品質の測定 評価の国際標準化 風車の国際認証制度の対応 これらの標準化を推進することにより, 国内に設置される風車への適切な設計基準の提供, 風力発電事業への標準的な評価ツールの提供, を行い, 設置環境の厳しい地域 ( 国内 / 海外 ) の市場拡大, 国内設置風車の安全 信頼性の確保を目指している 3.3 標準化活動における日本の主な成果 (1)IEC 規格への日本意見の反映 1 IEC614001 Ed4.0( 大形風車の設計 ) 日本提案の台風トロピカルサイクロン用風車クラス T(V ref,t=57.0m/s) が採用さ
れる見込みである 日本提案の極高乱流カテゴリー H (I ref =0.18) が採用される見込みである 極値風速及び地震荷重の評価法が採用される見込みである 2 IEC614002 Ed.3.0( 小形風車の設計 ) 日本提案 ( 小形風車の EMC 測定方法 ) が採用された 3 IEC614003 Ed2.0( 洋上風車の設計 ) 日本の海象条件 評価法を提案中である 4 IEC/TS6140032 Ed1.0( 浮体式洋上 ) 日本意見を反映した文書構成及び内容 基準 評価法で審議が進行中である 5 IEC614006 Ed1.0( タワー 基礎 ) 日本の建築基準法の土木学会指針の内容をプレゼンし, 提案中である (2)IEC 規格の開発への貢献我が国からの規格開発への貢献が高まるにつれて, 日本での国際会議の開催の頻度が増加し, 日本のプレゼンスが向上している 2013 年は下記の 6 つの国際会議を日本がホストした 2013.4.45 : 風車認証諮問委員会 2013.4.810 : TC88 全体会議 2013.4.1112 : WG3( 洋上風車 ) 2013.4.1516 : PT6140032( 浮体式 ) 2013.9.2426 : MT1( 大形風車の設計 ) 2013.9.2728 : PT614006( タワー 基礎 ) 図 9. TC88 全体会議の日本開催 (2013 京都 ) (3)JIS の審議 作成 制定以下の JIS 3 件が,2014 年 8 月 20 日に公示 ( 第 1 版発行 ) される予定である JIS C 14003( 洋上風車の設計 ) JIS C 140022( 適合性試験及び認証 ) JIS C 140024( 雷保護 ) 4.IEC 規格への適合性評価風車製造メーカは, 自社の製品が安全及び性能に関する技術基準である IEC 規格 に適合していることを示すことにより, ユーザへの安全性 信頼性を得ている この適合の示し方として,1 自己適合宣言,2 第三者による認証の 2 つの方法がある 4.1 風力発電の国際認証制度 (1)IEC の認証の種類認証基準 (GL ガイドライン,IEC6140022) で規定された認証の種類及び概要は, 図 10 の通りである 図 10. 風力発電に関する認証の種類 (2) 認証基準で引用している主な規格 IEC614001( 大形風車の設計要件 ) IEC614002( 小形風車の設計要件 ) IEC614003( 洋上風車の設計要件 ) IEC614004( ギヤボックスの設計要件 ) IEC6140011( 騒音測定方法 ) IEC61400121( 性能試験方法 ) IEC6140013( 機械的荷重の計測方法 ) IEC6140021( 電力品質特性の測定 評価 ) IEC6140024( 雷保護 ) IEV60050415( 用語 ) (3) 民間の風車認証機関 DNV GL, 日本海事協会 (ClassNK),TUV,UL, KR,CGC 等が, 風車認証サービスを提供している
図 11. IEC 国際認証スキームへの変革 4 新たな認証制度の枠組み 風力発電システムの認証は 安全性 信頼性 の確保 輸出促進を目的に 市場及び製造メー カが集中していた欧州で開始された 欧州の風 車メーカはもちろん 後発の欧州以外の風車メ ーカも経験豊富な欧州の認証機関に依頼し こ れまでは 欧州機関の寡占状態であった しかし グローバル化が進み各地域の要求が 増える中で認証機関の多様化の要望が増して きた このような背景から国際規格をベースと した国際認証制度構築に向けた活動が開始さ れている 図 11 参照 IEC/CAB 適合性評価評議会 適合性評価システム 電子部品品質認証制度 IECQ 電気機器 部品適合性試験認証制度 IECEE 防爆機器適合試験制度 IECEx 再生可能エネルギーシステム認証制度 IECRE 海洋エネルギー運用管理委員会 ME OMC 太陽光発電運用管理委員会 PV OMC 風車の国際認証システム 風力エネルギー運用管理委員会 WE OMC 認証機関グループ CBC 試験機関グループ TL エンドユーザグループ End User 風車 部品製造者グループ OEM 小形風車グループ(SWT) SWT 図 12 再生可能エネルギー認証制度 IECRE の概要 2011 年 5 月に国際風車認証諮問委員会 WT Certification Advisory Committee が設置 され 2010 年 6 月に発行された適合性試験及び 認証 IEC 6140022 を再構築する活動が開 始されている 2013 年 4 月には CAB WT CAC/SC22 と TC88/MT22 との合同会議が設置され 規格改 定作業が開始された さらに議論を続けるにつれて 風力発電シス テムだけでなく 太陽光発電システム 海洋エ ネルギーを含めた再生可能エネルギーシステ ムの認証システム IECRE を新たに設置する ことが 2014 年 6 月の IEC の適合性評価評議会 CAB で承認された 図 12 に示す審議体制に おいて 制度構築に向けたルール 手順の整備 が進められている ５ まとめ 日本においても IEC/TC88 風力発電システム 国際標準の主要な審議に参画し 日本の提案が 採用されるようになっている 成果が有効活用 され さらなる信頼性 安全性の向上とコスト 低減を目指し 日本でも経済的で持続可能なク リーンエネルギーの利用を最大化され 将来の 日本が目指す中長期ビジョンの原動力の一助 となることを祈念している 謝辞 平成 26 年度の風力発電の標準化は 経済産業 省の新エネルギー等共通基盤整備促進事業の 支援を得て推進しているものである ここに記 して関係者の皆様に感謝する