2018 Fiscal Year Annual Research Report
浮漁礁型海洋エネルギープラットフォームとそれに適合した発電デバイスの研究開発
| Project/Area Number |
17H03494
|
|---|
| Research Institution | Hiroshima University |
|---|
Principal Investigator |
陸田 秀実 広島大学, 工学研究科, 准教授 (80273126)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | 海洋エネルギー / 浮漁礁 / エネルギーハーベスティング / 圧電素子 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
課題１：FFBに適合した潮流発電タービンブレードの設計・製作：FFB直径と各種センサーの駆動・消費電力を考慮して，約100kWクラスの小型発電タービンブレードを設計した．基本設計には翼素運動量理論に基づく理論計算を行い，トルク，パワー係数，発電量を推定するとともに，ブレード形状の最適化を行った．さらに，CFDによりブレードに作用する流体力および周辺流場の把握を行うとともに，FEM解析によりブレード強度・変位量を見積もり，適切な材料選定を行った．これらの結果に基づいて，FFBに適合した模型試験用のブレード製作を行った．
課題２：FFBに適合したスプレー型圧電デバイスFPEDの設計・製作：スプレー型圧電デバイスFPEDの設計には，はりの振動理論と圧電方程式に基づくモード分離型解法を用い，デバイスの発電量と変位を求める．はりの変位をモード形とモード振幅の積で表すと，モード分離したはりの運動方程式が得られ，Transfer Matrix法を適用すれば，固有振動数と振動モード，モードシェイプが求まる．さらに，開発した海洋環境CFDシミュレータと組み合わせ，流体・構造・起電力の相互作用を考慮した設計支援ツールを構築した．本コードは汎用的であるため，船舶海洋工学分野の他研究でも利用可能である．
課題３：発電デバイスの発電性能試験：課題１および２で最適設計・製作された発電デバイス（小型潮流発電タービンおよびスプレー型圧電デバイス）について，曳航水槽・回流水槽・波浪水槽を用いて発電性能試験を実施した．特に，流速・波高・波周期，それらが組み合された条件下（操業～サバイバル）において，平均発電量およびその変動特性を把握した．次いで，浮漁礁に発電デバイスを装着した場合の模型試験も実施した．その際，波・流れ作用下におけるFFBの係留力特性と6DOF運動特性に基づいて，試験条件を設定し，実海域試験に向けた技術的知見を獲得した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画の課題について，ほぼスケジュール通り，進めているため．水槽試験において，データが取得できない実験条件があったため，次年度実施予定とする．
|
| Strategy for Future Research Activity |
課題１：発電デバイスの発電性能試験：前年度の課題で最適設計・製作された発電デバイス（スプレー型圧電デバイス）について，曳航水槽・回流水槽・波浪水槽を用いて発電性能試験を実施する．特に，流速・波高・波周期，それらが組み合された条件下（操業～サバイバル）において，平均発電量およびその変動特性を把握する．次いで，浮漁礁に発電デバイスを装着した場合の模型試験も実施する．その際，前年度の課題で明らかとなった波・流れ作用下におけるFFBの係留力特性と6DOF運動特性に基づいて，試験条件を設定し，実海域試験に向けた技術的知見を獲得する．
課題２：実海域フィールド設置および発電性能試験：課題１で使用した発電デバイスを改良（必要に応じて，再製作）し，実海域に設置するとともに，短期間の発電性能試験を実施する．実証海域は，これまで協力関係にある沖縄県国頭村漁業協同組合の管理域とし，H27年度，既に設置済の浮漁礁を有効活用する．ここでは，発電デバイスの発電量，蓄電量，変形特性，耐候性，耐久性，付着生物などについて調べる．また，実用化を見据えて，小型蓄電体，ワイヤレス機器，計測センサー，GPS等と柔軟発電デバイスを接続し，自立電源ユニットとしての機能性と有用性を検証する．
|
