振動水柱とジャイロ効果を用いたバージ型浮体式洋上風力発電施設のピッチ動揺軽減

Research Project

Project/Area Number	21K04507
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 24020:Marine engineering-related
Research Institution	National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
Principal Investigator	平尾春華国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (50711321)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	國分健太郎国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (50358404)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000) Fiscal Year 2023: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000) Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords	浮体式洋上風力発電 / ジャイロ効果 / 振動水柱 / ジャイロ / 動揺軽減 / フライホイール / 動揺低減
Outline of Research at the Start	浮体式風力発電施設の浮体ピッチ動揺低減の手法を検討する。振動水柱を用いることで、復原力の低下、抵抗の増加による動揺軽減効果が見込まれる。フライホイールのジャイロ効果を用いて浮体のピッチ運動をロール運動に変換することによるピッチ運動の低減効果が見込まれる。本研究では、2つの要素検討を行い、その後、系全体の動揺軽減効果を確認する。要素検討は、①タービンとフライホイールの連成効果の確認の水槽試験と数値計算、②フライホイールのジャイロ効果の確認試験を行う。最終的に、提案する動揺低減装置を組み込んだシミュレーションによって系全体の動揺低減効果を確認する。
Outline of Annual Research Achievements	本科研費は、洋上風力発電施設の浮体のピッチ動揺の低減を目指して行われているものである。ピッチ動揺の低減には、ブレードピッチ角の制御による低減、浮体の付加物による低減、ジャイロスコープによる低減、アンチローリングタンクによる低減などがある。付加物では、プレート等の減衰力を大きくする物体を取り付ける低減手法、波力発電装置等を取り付ける手法があり、波力発電装置では可動物体を取り付ける手法と振動水柱を取り付ける手法がある。本科研費では、振動水柱による動揺低減効果とジャイロスコープによる動揺低減効果を研究する予定であり、令和4年度は、ジャイロスコープによる動揺軽減に関して研究を行った。研究の結果、ジャイロスコープの搭載時の効果は周期の短いときは振幅が増幅、周期の長いときは振幅を減少させる効果であることが分かった。また、増幅と減少が入れ替わる周期より少し短い波周期で共振現象が起こり、揺れが大きく増幅される周期があることを確認した。ジャイロスコープによる揺れの増幅と減少が入れ替わる周期は、ジャイロスコープ中のフライホイールの慣性モーメントと回転数が大きくなると周期が短くなり、浮体の慣性モーメントが大きいと長くなることも確認した。様々な波の周期で効果を発揮させるためには、想定される波周期よりもこの周期を短くする必要があるため、慣性モーメントの小さい浮体に搭載することでジャイロスコープによる動揺軽減を見込めることができる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 科研費以外の業務に時間を取られており、作業時間を確保できなかったため。
Strategy for Future Research Activity	振動水柱の効果についての洋上風力発電施設に対しての動揺軽減効果を検討するとともに、これまでに数値計算で確認したジャイロ効果に関して実験で確認を行う。