2017 Fiscal Year Annual Research Report
波高変動に対して高いロバスト性を有する波力発電用往復流型タービンの開発
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16H04607
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| Research Institution | Matsue National College of Technology |
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Principal Investigator |
高尾 学 松江工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (00332057)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Alam Ashraful 松江工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (60759819)
高見 昭康 松江工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70259919)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 再生可能エネルギー / 波力発電 / ウエルズタービン / 衝動タービン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度の研究について，当初は（1）定常流によるタービン単体の性能試験，（2）非定常流（時間に対して正弦波状に速度変化する周期的往復気流）によるタービン単体の性能試験，および（3）非定常流（実際の海洋で発生する不規則な速度変化する往復気流）におけるブースター（小型の往復流型衝動タービン）を有するウエルズタービン（形状を変化させた2～3種類）の性能予測を実施する計画であった。しかし，（1）で得られたタービン単体の性能試験結果と数値流体力学（CFD）によるタービン性能解析の結果を比較したところ，CFDによる性能解析について極めて良好な妥当性を示せたことから，この手法を用いることで，当初予定より多い8種類のタービンに対して性能を調査することに変更した。当該年度に得られた結果を次の通りまとめる。
（1）タービンの直径比（=ブースター直径/ウエルズタービン直径）について，その好適値は0.5程度である。また，直径比が小さいとブースター前後の圧力差が大きくなり，ブースターへの流量が減少する。
（2）ブースターである往復流型衝動タービンの案内羽根設定角について，その好適値は約30度である。また，案内羽根設定角が小さいとブースター前後の圧力差が大きくなり，ブースターへの流量が減少する。
（3）波力発電用往復流型空気タービンとして提案されている3つのタービン（ウエルズタービン，往復流型衝動タービン，往復流型二重反転衝動タービン）と本タービンの性能比較を行い，本タービンの有用性を示した。
（4）メインタービンの性能改善を図るため，案内羽根を有するウエルズタービンの内部流動を調査し，タービンの失速特性に及ぼす案内羽根の影響を解明した。
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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
本研究の開始当初における全体計画では，当該年度終了時までに，2～3種類の供試タービンに対して準定常解析手法を用いたタービンの性能予測を行うとともに，3次元CFDにより非定常流におけるタービン内部の流動状態について調査することであった。実際には，非定常流ではないが定常流における性能予測を8種類のタービンに実施した上，それらの内部流動を解明し，本タービンの基本的な流体力学特性を十分に把握できている。
したがって，本研究は概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，次の手順によって本研究を推進する予定である。
（1）非定常流におけるタービン性能の数値解析（平成30年4月～平成30年6月）・・・定常流におけるタービン性能（トルク特性，差圧係数）と準定常解析手法を用いて，非定常流におけるタービンの平均効率と起動特性を予測する。また，3次元CFDによるタービンの性能解析を行い，非定常流におけるタービン内部の流動状態について調査する。
（2）ブースターを有するウエルズタービンの実証試験（平成30年7月～平成30年12月）・・・タービン試験装置にメインタービンであるウエルズタービンとブースタータービンである小型の衝動タービンを接続し，実際にブースターを有するウエルズタービンを構築する。そして，実証試験により非定常流におけるタービンの平均効率を求める。
（3）総括（平成31年1月～平成31年3月）・・・項目（2）で得られた結果と従来のウエルズタービンの性能を比較するとともに，ブースターを有するウエルズタービンを発電プラントに搭載した際の発電コストを算出し，本タービンの有用性を判断する。さらに，本タービンの好適形状を提案する。
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