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

2022 Fiscal Year Annual Research 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

計算対象の洋上風車にNREL(National Renewable Energy Laboratory)5MW機を用い，ブレード各断面の翼データ（6種類）をもとに翼素運動量理論を用いて風車性能計算を行い，ピッチ角とパワー係数，トルク係数，スラスト係数の関係を調べた．さらに，定格風速以上の出力制限（5MW一定）の運転について，ロータ回転一定制御（12rpm）とスラスト力一定制御（718kN）を行った場合をそれぞれ調べ，定格風速以上におけるピッチ角および周速比の変化をそれぞれ示した．また，沖縄県中城湾を対象として港湾施設で製作容易なバージ型浮体を考え，領域分割法を用いて円柱浮体（喫水8m，直径40m）について付加質量係数等の各種係数を計算し，これら係数を利用した浮体の運動方程式により動揺を調べた．波浪による浮体のみの動揺では，ピッチング運動の共振は無次元周波数2.7で，波浪の最頻値5.7より小さい値であった．しかし，定格風速以上のロータ回転一定制御を考慮した洋上風車の影響を受ける浮体の動揺を調べたところ，浮体のピッチング運動振幅が時間とともに大きくなった．これは風車制御によるスラスト力変化が，浮体の振動運動に関する減衰項に影響したものであった．
2021(R3)度（2次元CFD計算）に引き続き，開閉式垂直軸風車まわりの流れ（ブレード取付け角70度）について3次元計算を行い，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．また，薄翼まわりの流れについて2次元計算を行いつつ，随伴法機能（アジョイントソルバー）を用いて翼形状を変更して解析を行い，前縁付近の厚み変化を考察した．