2017 Fiscal Year Research-status Report
もったいないエネルギーによるピコ発電システムの開発
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15K01000
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| Research Institution | Sendai National College of Technology |
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Principal Investigator |
山田 洋 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (80302230)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ピコ水力発電 / エネルギーハーベスティング / アキシャルギャップ型コアレス発電機 / マグネットカップリング / ハイブリッド発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、身の回りに存在するが普段見過ごして捨てている、水流の小さなエネルギーを電気エネルギーとして収穫する「エネルギーハーベスティング」技術を発展し、再生利用可能エネルギーの利活用推進を目的とする。現在の新エネルギーとして定義される、サブMW級マイクロ水力発電、数kW級中小水力発電に対し、未利用領域である数W級のピコ水力発電を研究対象とする。
平成27年度は、低落差かつ開放型の無圧水路を対象とする螺旋水車と、低流量水流・低回転速度でも発電可能な多極型ダイレクトドライブ方式の円板状アキシャルギャップ型コアレス発電機を試作検討を実施した結果、十分な発電性能を発揮できることを確認した。
平成28年度は、上水道に代表される圧力水路の水流を対象とし、水車と発電機との接続部における軸封水の手段として、非接触でトルク伝達可能なマグネットカップリングの活用を検討した。この構造は上述のアキシャルギャップ型コアレス発電機と類似である点に着目し、非接触トルク伝達と発電とのハイブリッドな機能を有する新しいピコ水力発電システムの基礎検討を行った。有限要素法による電磁界シミュレータ(JMAG-Designer）を用いたトルク伝達特性と発電特性の計算結果より、マグネットカップリングはハイブリッド発電機として十分機能することを確認し、また簡易特性評価装置を試作して発電特性を検討した結果、非接触トルク伝達と発電との両立が可能であることを確認した。
平成29年度は、アキシャルギャップ型発電機のマグネットカップリングとしてのトルク伝達特性と発電特性との両立について、解析的、実験的に検討を進めた。発電機をベースとした構造のハイブリッド発電特性簡易評価装置を再構築し、アキシャルギャップ型発電機においても上述の特性の両立が可能であることを確認した。
これらの成果は平成30年2月の東北地区若手研究者研究発表会で発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、開渠から暗渠、圧力水路を対象として軸封水と発電性能を両立できるハイブリッド発電システムの検討を進めており、三年目はマグネットカップリングの構造をアキシャルギャップ型発電機で実現したハイブリッド発電システムの検討を実施した。アキシャルギャップ型発電機はコイルをはさむ両側に界磁となる回転子が存在し、これをマグネットカップリングとして機能させるが、この発電機の試作検討と、トルク伝達特性と発電特性を評価する簡易評価装置の試作検討において、機器の故障などの影響のため研究開発に時間を要したことから、研究の進捗がやや遅れている。また、平成29年度は5年生の担任業務として学生の進路指導など予想以上の時間を費やしたことや、本校改組にかかる新しいカリキュラム検討などの業務負担の増加に伴い、研究エフォートの低下に対応しきれなかったことが、研究開発の進捗を遅らせた一因となっている。
今年度は担任業務が外れることによる負担軽減と、教務主事補としての負担増とのバランスから研究エフオートの確保に努める必要があり、研究年度を一年間追加することでこの遅れに対応する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
上水道に代表される圧力水路はその水圧が高いため、水路を密閉環境とすることにより軸封を確保し漏水の問題を回避できる。本研究はその軸封にマグネットカップリング機能を活用し、トルク伝達と発電とを両立するハイブリッド発電システムの特性改善を図るものである。
平成30年度前半は前年度に引き続き簡易特性評価装置の改善を図り、より精度を高めた実験環境の確立と実験的検証を進める予定である。また、ここで発電した電力を蓄積するシステムの検討も並行して推進する。発電と蓄電との機能を併せるシステムの構築により、電気的な機能を集中して検討することができる。
また、大気中での検討だけでなく、水路環境を考慮したハイブリッド発電構造検討と、水車の設計・試作を併せたハイブリッド発電システムの簡易モデルを構築し、実稼動環境を想定したシステムの動作検証とその性能改善に向けた検討を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
平成29年度は主にアキシャルギャップ型発電機を改造してハイブリッド発電システムに適用させる検討を進めたため、水車の試作検討や蓄電システムの構築に遅れが生じた。当該予算はその試作検討に充てる物品費も含むことから、実施の遅れが次年度使用額が生じた主な理由である。また実験試作装置の故障などに伴う実験の遅れが生じたことも一因である。
平成30年度はハイブリッド水力発電システムのモデル構築に向けた検討を進めるため、水車の設計・試作にも予算を執行する。また、ハイブリッド発電システムで得た電力を蓄積するシステムの試作検討にも予算を執行する。これらの実験的解析で得た結果を発表するため、学会発表の投稿費及び旅費として予算執行する予定である。
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