2018 Fiscal Year Research-status Report
Study on wave energy converters based on auto-parametrically excited oscillations
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17K06960
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
井関 俊夫 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (70212959)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 波力発電 / 浮体動揺 / スパー型ブイ / パラメトリック励振 / マシュー方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では上下揺れと縦揺れの2自由度連成運動を対象として、復原力制御によるパラメトリック励振発生に関する基礎的研究を行っている。これは、研究代表者による先行研究において、マシュー型不安定に基づくパラメトリック励振を波浪発電に利用することの可能性が示されたことに基づいており、(1)ブイ模型の製作と水槽実験、 (2) 動揺制御システムの開発、(3)数値シミュレーション・プログラムの開発の3 項目について研究を進めている。今年度の研究実績は以下のとおりである。
(1)まず、昨年度投稿した1自由度実験に関する論文を国際学会MARTECH2018で発表した。つづいて、昨年度製作した新型ブイによる２自由度実験結果で明らかとなった（大振幅縦揺れが突然発生する）現象に対して、理論的に説明を試み、その結果を日本船舶海洋工学会（推進・運動性能研究会）、国際学会CORE2018、国際ワークショップWETNAOE2018で発表した。最新の研究結果は2019年6月開催のOMAE2019で発表する予定である。
(2)新型ブイ模型内部に搭載されているバラスト昇降装置を効率的に制御するための研究を行った。具体的には、波浪中にける浮体動揺応答の不確定性を調査し、離散フーリエ変換、相関（B-T）法、統計（MAR）モデルのそれぞれの方法によって動揺のクロス・スペクトル解析結果を比較検討した。さらに、運動特性の実時間同定に関する研究も行った。これらの結果をまとめて、日本航海学会、アジア航海学会（ANC2018）で発表した。今後、縦揺れ復原力のダイナミック制御システムに応用する予定である。
(3) 2自由度連成運動を対象としたシミュレーション・プログラムの開発中である。波浪強制力計測を行うための模型拘束装置を製作し、水槽実験を実施した。現在は２Dグラフィックスによる計算プログラムを鋭意製作中である。
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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
平成30年度では、製作した新型ブイによる２自由度実験結果で明らかとなった（大振幅縦揺れが突然発生する）現象の理論的解析に関する研究だけではなく、新型ブイ内部に搭載されたバラスト昇降装置による復原力のダイナミック制御の基礎研究を追加したため、予定より多くの研究発表を行うことができた。具体的には学会等における研究発表を６回行い、国際学会等のプロシーディングスに３件の論文が掲載された。その他にも論文投稿を行ったので、次年度においても、MASHCON2019、OMAE2019、ISOPE2019の船舶海洋工学に関する国際会議において論文を発表する予定（いずれも採択済み）である。
模型実験については、波浪強制力計測を行うための模型拘束装置を製作し、東京海洋大学船舶運航性能実験水槽における規則波中波浪強制力計測実験を実施することができた。しかしながら、全部の実験条件を実施する前の平成30年12月に造波装置が故障し、その莫大な修理費用から、現在も修理の目途が立たず、実験再開の可能性は極めて低い。したがって、現在、他機関の実験水槽における追加実験の可能性を検討しているが、波浪強制力計測実験が必要最低限度実施済みであることと、模型と計測装置の他機関への移動等を考慮すると、新しい計測システムを含めたブイの改造が適切とも考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は本研究課題の最終年度となる。そこでまず、平成30年度に実施できなかった模型実験を他機関の実験水槽で実施することを検討する。前述のように、今年度において波浪強制力計測実験が必要最低限度実施済みであることと、模型と計測装置の他機関への移動等を考慮すると、新しい計測システムを含めたブイの改造が適切とも考えられる。他機関の実験水槽の下見は既に行っているので、先方のスケジュールと、実施のための費用対効果を考慮し、早急に結論を出す必要がある。さらに、シミュレーション・プログラム開発を重点的に行い、パラメトリック励振を利用した波力発電システム開発に対する具体的機構等を検討する。水槽における追加実験ができない場合は、減衰係数は今年度実施した実験で得られた係数を定数として与えてプログラムの完成を目指す。動揺制御システム開発については、マイコンボードArduinoだけではなく、シングルボード・コンピュータRaspberry Piを導入する。これによって、ブイ本体の動揺加速度を計測しつつ、浮体動揺応答の不確定性解析と実時間同定を同時に行う高度なプログラミングが可能となると思われる。その際、ステッピングモータの駆動力で十分な追従性が得られるかどうかが主要な検討事項になる。
情報発信としては、平成30年度中に投稿したMASHCON2019、OMAE2019、ISOPE2019において研究成果を発表する。
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| Causes of Carryover |
平成30年12月に、東京海洋大学船舶運航性能実験水槽の造波装置が故障し、規則波中波浪強制力計測実験を全ての実験条件について実施することができなかった。現在も修理の目途が立っていないため、昨年度からの懸案であった２台目の検力計の選定・購入は中止した。次年度は、他機関における水槽実験実施を考慮に入れて追加実験の可能性を早急に検討し、新しい計測システムを含めたブイの改造が急務となる。繰り越した予算はその実施費用に充てる予定である。
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