雪氷に強い小型水車の開発を目的とした実証実験

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K12433
• Research Institution: Niigata Institute of Technology
• Principal Investigator: 佐藤 栄一 新潟工科大学, 工学部, 教授 (00288250)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡山 朋子 大正大学, 人間学部, 教授 (20418734) ; 池田 敏彦 信州大学, 工学部, 特任教授 (60021010) ; 内山 知実 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (90193911)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 小水力発電

Outline of Annual Research Achievements

研究の最終目標は、雪氷に強い出力1kW以下の小型水車を開発し実用化することであり、身近に存在する水路や小規模河川の水力エネルギー有効利用の拡大を図ることである。そこで本研究では、開発に適した実験用水路を特定し、実証実験により雪氷まじりの水流に対しても安定して発電可能な水車発電システムを開発することを目的とする。
令和２年度は令和１年度の研究を継続し、長野県信濃町の用水路に実装した下掛け水車を用いて無雪期間と積雪期間の性能評価実験を行った。無雪期間は、水車ランナーの手間に備えた集水板付近の複雑な流れを把握するために、集水板と水車ランナーの間及びランナーの後方に平行部を新たに設け、各流水断面の水位と流速を測定した。流速に関しては、2成分4方向の測定が可能な電磁式流速計を備えて流下方向xと横断方向yの流速を同時に測定した。その結果、集水板の絞り口後方に単位幅流量が最大となる支配断面が存在し、その位置に本来置かれている水車ランナーが効率良く水力エネルギーを受けていることが判った。また、積雪期間の性能評価実験では、直径13cmから30cmまでの4種類の雪玉を作り、それを3秒の時間間隔で流下させた場合の水車効率と雪玉の挙動との関係を調べた。実験に際して、カメラは水車ランナーの前方、後方及び上部に置き、三方向から撮影を行った。また、水車の発電出力波形により水車の稼働状況を把握できることが判った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

水車ランナーの手前に備えた集水板付近の複雑な流れを把握するために、集水板と水車ランナーの間及びランナーの後方に平行部を設け、各流水断面の水位と流速を詳細に調べる実験を行った。これは当初の計画には無かった項目であるが、この測定により集水板の効果が明らかとなり、水車パラメータの最適値を求める上での課題が解決した。また、当初の計画どおり積雪期間に雪塊・氷塊を模擬する雪玉を作って流下させる実験を行い、水車効率と雪玉の挙動との関係を調べることができた。

Strategy for Future Research Activity

2020年度の研究を継続し、水車ランナーの羽根枚数、堰板の高さなど雪氷に強い下掛け水車のパラメータの最適値を求める。また、積雪期間の実験において、水車上流に付設した排雪板の各種条件に対する水車の効率、雪玉の挙動との関係を調べる。

Causes of Carryover

新型コロナウィルスの影響により、令和２年度に予定していた実証実験場所の訪問及び研究打合せが中止となり、旅費に残額が生じた。令和３年度に実証実験場所の訪問及び研究打合せを行うための旅費として使用する。