浮体式洋上風力発電の新技術開発に向けた出力および浮体動揺の安定化

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05355
• Research Institution: University of the Ryukyus
• Principal Investigator: 天久 和正 琉球大学, 工学部, 准教授 (40284955)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 正己 琉球大学, 工学部, 客員研究員 (30171250)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 洋上風力発電 / 浮体式

Outline of Annual Research Achievements

浮体式洋上風車について，高風速時の定出力運転においては，ネガティブダンピング防止策の観点から，定速回転に限定しない運転制御を考える．すなわち，定格出力を保持して，定格回転数を大きく超えないようスラストを一定に保ち運転することを考える．このような運転特性を把握するため，基準風速（定格風速）で無次元化したパラメータ（風速比V/V0，周速比λ0およびスラスト係数Ca0）を導入し，各ピッチ角の定出力における風速とスラストとの関係を示した．さらに，高速時の風速変化に対する定出力・定スラスト制御運転を行うときの風車回転数とピッチ角の関係を示した．
また，風車効率＝（トルク×ロータ角速度）/（スラスト×風速）を提案し，出力係数＝スラスト係数×風車効率を導入した．風車効率を用いることによって，他のターボ機械との性能比較が可能となり，他のターボ機械と比べて風車効率が低く改善の余地が多く，性能向上の可能性が高いことを示した．さらに，開発した数値流体計算コードを用いて，風車ブレード表面の流れを詳細に調べ，低レイノルズ数における特異性を示した．
汎用数値流体計算コードでは，水面付近に固定した物体（四角柱）にストークス波を入射し，作用する力について調べた．また，開閉式垂直軸風車について，ブレード取付け角70度の2次元流れについて計算を行い，風洞実験結果と比較し，風車1回転当りの各ブレードに作用する力やトルクの変化を詳細に調べた．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究実績の概要で述べたとおり，高風速時における定出力・定スラストの風車運転制御について，風車回転数とピッチ角の関係に関する成果は得られた．また，汎用数値流体計算コードを用いて，物体まわりの流れの解析を行い，風洞実験結果と比較検証を行った．
一方，浮体の揺動解析シミュレーションツールについては，計算結果を他のデータと比較検証しつつ，計算コードを改良している．

Strategy for Future Research Activity

提案する風車運転制御を行った場合について，変動風を用いて風車性能特性を把握するシミュレーションツールを開発し，そのシミュレーションツールを用いて浮体揺動と風車運転の連成解析に必要なデータを算出する．また，浮体の揺動解析シミュレーションツール開発について，風車の運転特性との連成解析の構築を行い，風車浮体構造物として解析を行う．

Causes of Carryover

新型コロナウイルス感染症（covid-19）の影響により，計画した旅費が未使用となったものである．また，計算機の選定が遅れ，未使用となった．
次年度，シミュレーション計算に必要な計算機を再度計上する．