2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study of new contra-rotating turbine for superconducting rim-drive tidal turbine generator
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16H04597
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
和泉 充 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (50159802)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上入佐 光 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 (10734212)
池田 吉用 東京海洋大学, 学内共同利用施設等, 産学官連携研究員 (40377073)
井田 徹哉 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (80344026)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 海洋資源 / エネルギー / 超伝導発電機 / 二重反転 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海技研は、九大が開発した海潮流タービン性能推定プログラムを用いて異速反転で設計された二重反転タービンの模型を製作し、その性能計測を曳航水槽および大型キャビテーション水槽で行った。等速反転ばかりでなく、海潮流二重反転タービンの特性を考慮して、数種類の異速反転時の性能計測を行った。性能計測データに側壁影響補正を行った結果、等速反転より異速反転の方がタービン効率は若干向上し、最適の回転数関係がある可能性を見出した。一方、九大では、海潮流二重反転タービンの性能推定プログラムの更なる高精度化を目指し、海潮流二重反転タービンの後流渦モデル及びタービン翼での剥離を考慮した粘性修正モデルの改良を行った。改良モデルを用いた計算結果と水槽試験結果と比較し、両者が良好に一致することを確認した。
発電機部に関しては、海洋大が超伝導界磁－電機子構造設計の１次試作と二重反転タービン性能予測の結果を考慮しながら、模擬モデルの改良をを行った。長時間の励磁や運転試験により界磁磁束の劣化や磁束分布の変動を検証した。負荷試験を含めて数か月以上の長期間にわたり超伝導界磁の同期発電機における運転実用性を検証した。界磁磁束の変動は誤差を考慮しても数％以内であり十分に安定的あることを実証した。発電機モードとしての模擬モデルにおける負荷試験もこの期間中に完了した。以上の結果をふまえてバルク界磁を想定しつつ二重反転タービン方式に適した超伝導界磁方式発電機の発電部の外径寸法等の基本設計をまとめた。
このように設計されたタービンの性能確認を行い、超伝導発電機との結合および界磁冷却系を含めた海潮流発電システムの今後の課題やメリットを明らかにして研究をとりまとめる準備が整った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
相補的な実証をともなう二重反転タービンの設計を進める一方、模擬モデルによる超伝導バルク界磁磁束の発電機連続運転耐性も検証できたことから上の区分とした。
特に研究計画時には予定していなかった二重反転タービンの模型試験を実施し、二重反転タービンの性能推定プログラムの精度向上に有効な、異速反転を含む広範囲のデータを取得した。そのデータを用いて性能予測プログラムを改良することで精度向上に成功した。これにより、次年度は本プログラムを用いて現状設計よりも効率を向上させた海潮流発電用二重反転タービンの翼形状を設計することが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
二重反転タービンの性能予測やブレード変形の予測等を行って、最終的な性能予測を行い、タービンと超伝導発電機を一体とするタービン発電システムの設計を確立、高効率な海潮流発電システムの成立性を明らかにする。
二重反転タービン性能予測の研究の進捗とともに、発電機を模擬する超伝導界磁－電機子構造モデルを用いた長時間の連続運転による検証から、構造最適化された大出力向けの界磁－電機子構造が得られている。平成３１年度は、前年度作成された二重反転タービンの性能シミュレーションプログラムにより、最適タービンの流力設計を行い、二重反転タービンの性能予測等を行って、最終的に設計されたタービンの性能確認を行い、超伝導発電機との結合および界磁冷却系を含めた海潮流発電システムの今後の課題やメリットを明らかにして研究をとりまとめる。
電磁・熱解析などを併用して構造最適化された界磁－電機子のより詳細な設計を完了する
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