2020 Fiscal Year Annual Research Report
Optimization and survivability of marine energy devices in a future ocean climate
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18H01537
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
猿渡 亜由未 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00563876)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮武 誠 函館工業高等専門学校, 社会基盤工学科, 准教授 (20435382)
ヘンリー マイケル・ワード 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (80586371)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 海洋エネルギー / サステナビリティ / 潮流海流発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表者らは過去に発生した低気圧の経路や発達パターンから低気圧をタイプ分けし，タイプ毎に海象災害の発生パターンを分類しているが，本研究ではその災害発生パターンが将来気候において統計的にどのように変化するかを明らかにしようとしている．これは海洋エネルギーデバイスの将来にわたる持続可能性を評価するための基礎的な情報として用いるものである．本研究ではこれまでに，種々の地球温暖化シナリオに対する将来気候データベースであるd4PDFのアンサンブル気候データから，海象災害の原因となりうる強い低気圧，特に冬季爆弾低気圧を抽出し，それに対する海洋の応答を数値計算により再現するための計算セットアップを行った．
また本研究を通して開発を続けている海流潮流発電デバイスについては，昨年までに行ってきたディフューザ，プロペラ部の形状の最適化に引き続き，今年度は発電機構の開発を行った．実験用模型に発電機構モデルを取り付け，最適な発電効率が得られるよう模型形状の調整を行っている．
更に，海洋エネルギー事業と持続可能性との関連について調査を行った．すなわち，過去の海洋エネルギー関連の文献のデータベースを作成し，文献内の主要なキーワードについてテキストマイニングを行うことによりこれまでの海洋エネルギー開発の動向について分析を行った．また頻出するキーワードは複数のSDGsと関連することが明らかとなり，本研究の最終目標の一つである海洋エネルギー事業のサステナビリティ評価において，エネルギー分野だけではなく自然や産業分野に対しても評価指標を提案し得ることが明らかとなった．
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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
当初計画した各要素研究を概ね順調に進展させている．海流潮流発電デバイスについては，ディフューザ，プロペラ回転部に加え，発電装置の開発に取り掛かっている．中規模模型実験を通して比較的流速が小さい場合であっても流れの増幅により妥当な発電効率を確保できる見込みが得られている．これまでに行った研究では小規模から中規模スケールの模型を用いて室内実験を進めてきたが，今後これをスケールアップしていくことにより，実海域における装置の設置や発電計画の提案へとつなげていく．
発電装置の将来にわたる長期的な運用を計画のために必要な，将来気候における海象災害発生リスクの評価についても研究を始めることができた．代表者らは既往研究において，強い低気圧の発生発達パターンの分類と海象災害リスクの評価を行っているが，それを応用させることにより将来気候における海象災害発生パターンの分析を行おうとしている．今年度はそのための数値計算のセットアップを行ったが，次年度は本格的な数値実験を開始する予定である．気候変動により災害パターンが変化していき既往の被災経験からのみでは海洋事業のリスク評価が難しくなっているといわれているが，本研究では将来の海象災害リスクの変化を統計的に予測することにより，実践的なリスク評価の方法を提案することを目指す．
今年度行った我が国で過去に行われてきた海洋エネルギー関連研究の文献調査は，本研究の最終的目標のひとつである海洋エネルギー事業のサステナビリティ評価指標の提案を行うための基礎研究となるものである．今後は我が国より海洋エネルギー研究が活発に行われている諸外国における文献について同様の手法でテキストマイニングを行うことにより海外の動向を調査するとともに，過去から現在にかけての文献を年代ごとに調査し，社会の持続可能性に関する意識の変化が海洋エネルギー研究や事業に与える影響について分析を行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
海流潮流発電デバイスについては，小規模模型を用いた研究についてはディフューザ，プロペラ回転部，発電機構の開発と最適化を行うことができており，今後はこれを大規模化し実海域への適用に向けたより実践的な研究へと応用させていきたい．これまでに行ってきたような水理実験ベースでの発電効率の検討に加え，三次元数値計算を併用することにより水理実験では直接の測定が困難な装置内部の詳細な流れ場の把握も行っていく．また，実海域に設置した場合の周辺環境への影響を推定するために，装置背後の後流の流れ場解析を行っていく．
海洋エネルギー発電デバイスの長期的な運用期間を通しての被災リスクの評価をための基礎的な情報とするために，将来気候における海象災害の発生パターンの評価も行う予定である．これまでに，既往の低気圧の発生発達パターンの分類とそれによる海象災害の発生リスクの統計評価を行ってきた．また2020年度は将来気候における強い低気圧の抽出方法を確立すると共に，それがもたらす海象災害を数値計算により再現するためのセットアップを行った．次年度以降はより多くの将来気候における低気圧のサンプル数を確保し，海象災害発生リスクの統計評価を行っていく．また海象災害の発生パターンが過去から将来にわたる変化について明らかにしていく．
また海洋エネルギー研究の文献調査についても継続して行っていく．2020年度までに我が国における海洋エネルギー事業の動向を分析してきたが，同様のテキストマイニング手法を用いることにより諸外国の動向についても調査し，各国での特徴の違いを明らかにすると共に社会経済的な特徴との関連性について明らかにしていく．
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