海流・潮流発電装置の安全性と経済性を両立させる制御

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02352
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高木 健 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (90183433)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 巻 俊宏 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (50505451)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 海洋再生可能エネルギー / 海流発電 / 水中浮遊式 / モデル予測制御

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、昨年度整備したMATLAB Simulinkにより多数のシミュレーション計算を実施した。この計算においては、事前に調査した発電機関係の制御に関する情報を勘案し、実際の発電機でも有り得る制御を行った。また、制御方法として採用したモデル予測制御に用いる線型方程式の導出を検討しなおし、新たな2自由度の線型方程式を導出した。この方程式を用いてシミュレーションは実施した。これらのシミュレーション結果より、海流発電装置の安全性に関わる運動変位の変動を抑えることと、経済性に関わる発電出力の平均値や変動はトレードオフの関係にあることが確かめられた。また、どのような制御パラメタでどのような制御出力の傾向となるか目安を得ることができた。
昨年度から実施している、浮遊式海流発電装置で用いられるブレードピッチ角によるスラスト力制御を，穴開き円板の回転による抗力制御で代替する模型の開発を引き続き実施し、模型の重心・浮心位置と係留索の関係の改善など、さらなる改善を実施した。また、ステップ応答を用いたシステム同定により，揚力を加味した運動方程式の妥当性を確認するとともに、制御実験により，定格流速付近では円板面積方式により浮体の制御が可能であることを示した。これにより、簡易的な円板面積方式による安価な制御実験装置はほぼ完成した。なお、既製品や３Dプリンターの利用により、当初想定した価格の半分以下の価格で目的を達成した。
一方、実機の制御法等については海外の学会等でさらなる調査・情報収集を実施する予定であったが、COVID-19の影響で実施ができなかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、最終年度に実施する経済性を安全性を両立する制御法の確立で重要なシミュレーションコードを確立した。また、それを用いた多くのシミュレーションにより、トレードオフの関係や、制御パラメタと制御出力の確立など、LCOEの最小化に必要な様々な知見を得ることができた。また、低価格の模型実験装置に関しては、円板面積方式が予想通り働くことを確認できたとともに、予想以上の低価格で実験装置が構築できた。
一方、COVID-19の影響により、国内外の出張が出来ない状況になり、当初予定していた調査や情報収集は殆どできなかった。これらを総合的に判断して（２）とした。

Strategy for Future Research Activity

本年度は最終年度の研究計画を実施するための準備がほぼできたので、それらを用いて来年度の計画を実施する予定である。
ただし、海外の学会等における調査・情報収集はCOVID-19の影響で、繰り越しをしたにも関わらず、実施できなかった。これらについては、国内会議やオンライン会議で可能な限り補うつもりである。