次世代電力システムを支える高速大規模出力調整用低温駆動希ガスMHD発電機の創出

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05397
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 藤野 貴康 筑波大学, システム情報系, 准教授 (80375427)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: MHD発電機 / 希ガスプラズマ / 電磁流体解析

Outline of Annual Research Achievements

大量の再生可能エネルギー電源を含む次世代電力システムを見据え，今後の火力発電機には電力需給ギャップの調整電源としての高い出力調整能力が求められている。この要求に対し，希ガスMHD発電機が回転型火力発電機とは異次元のレベル（１秒未満の高速大規模出力調整）で応じられることが申請者の先行研究から予測されている。そこで，研究代表者は，次世代電力システムの系統安定化に貢献する高速大規模出力調整用希ガスMHD発電機の開発を早期に実現すべく，独自に発案した「低温駆動希ガスMHD発電機」の創出を目指す研究を本科研費の支援のもとで開始した。

R2年度は，当初計画に従い，一次元電磁流体方程式に基づく希ガスMHD発電機設計解析プログラムを用いて，発電機の各種の基本仕様要素を入力パラメータとしたパラメトリック解析を行い，定格性能をもたらす基本仕様/運転条件に関する参考データを得ることをまず行った。次にそこで得られたデータを参考に，流路壁面周りの境界層の影響を取扱うことのできる二次元電磁流体方程式に基づく同発電機の設計解析を実施し，この後の非定常多次元電磁流体解析で対象とする発電機の基本仕様・運転条件を検討した。また比較対象ケースとなる従来型の高温駆動希ガスMHD発電機の基本仕様・運転条件も同じように検討を進めた。

以上のR2年度の研究から，本研究で対象とする低温駆動希ガスMHD発電機の流路形状/基本仕様（用いる作動ガス種に依存する）を概ね定めることができた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画に概ね従って研究を進めることができているため，進捗状況は順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

R3年度は，R2年度で定めた非平衡MHD発電機の基本仕様（流路形状・運転条件）に対して，多次元非定常電磁流体解析を実施し，発電機の性能および安定度の入口全温度・入口全圧・シード率・磁束密度依存性を調べる。その結果から，低温駆動希ガスMHD発電機の出力調整を安定に行うための適切な運転方法に関する知見を深める。また，入口全温度を下げて運転した際に，入口全圧・シード率・磁束密度のみでは発電機を安定に作動できない場合には，「高周波電力利用プラズマ生成支援技術」を低温駆動希ガスMHD発電機にも応用することを想定した解析を実施し，同技術の有効性を調べる。

Causes of Carryover

当初予定していた国際会議調査，国内学会などが全てオンライン開催になり，そのために計上していた予算の使用がなされなかった。また，当初，本研究のために計算機を購入予定であったが，他研究課題との関係で研究室に既存の計算機を代用できることになり，今年度の購入を見合わせた。ただし，R3-4年度は本研究課題のためにより多くの計算機資源を必要とするため，R2年度の未使用額はその資源確保のために今後使用する予定である。