2021 Fiscal Year Research-status Report
係留を必要としない新たな洋上風力発電システムの開発
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20K21047
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
橋本 博公 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30397731)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 秋彦 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産技術研究所(神栖), 主幹研究員 (10344334)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 無係留帆走型浮体 / 洋上エネルギーステーション / 水中タービン / 双胴型浮体 / 帆走シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
洋上エネルギーステーションとしての利用を念頭に，無係留洋上発電浮体の試設計を行った。以下に主要なコンセプトを記す。
①大深度海域での利用を念頭に，無係留の帆走型の浮体を用いる。テザーケーブルで水中タービンを曳航することで発電する。②浮体は前後対称の双胴船型とする。左右の浮体のマストを利用してセイルを張り，セイルに風を受けることで推進力を得る。③双胴船型により横復原力を，細長船型により縦復原力を確保し，暴風下での安定性を担保する。浮体は風抗力を得るためのセイルとマスト，蓄電池の重量に相当するだけの排水量が確保できればよい。④一定以上の発電が見込めない低風速時には，電気を放電し，タービンを推進器として利用することで指定海域に留まらせる。
以上のコンセプトのもと，日本の排他的経済水域での運用を想定した試設計と水槽試験による性能評価を行った。水中タービンを収める中空構造体は，風力発電の先行研究に倣い，下流に向かって拡大するディフューザ型を採用し，後端に渦形成用のつばを付加した。ディフューザの開き角，つばの長さを変更した複数の模型を製作し，回流水槽で一様流中の実験を行ったところ，つばの存在が姿勢を大きく安定化させることが確認された。次に，風の作用下での帆走性能を調査するため，1/8スケールの浮体模型を製作し，帆走時にタービンを水中に留めておくための中間シンカーを取り付けたうえで，送風装置を有する曳航水槽での自由帆走実験を行った。いくつかの風速で実験を行ったところ，いずれの場合も風下に向かって安定して帆走し，高速時でも中空構造体が水面下に留まることを確認できた。さらに，セイルが受ける風の抗力，帆走時の浮体抵抗，中間シンカーおよび中空構造体の抗力のつり合いから求まる定常帆走速度と模型実験で計測された帆走速度が良好な精度で一致することを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
模型試験の結果から，セイルに作用する風の抗力により安定して帆走すること，その定常帆走速度はシミュレーションによる推定値と良好な一致を見せることが確認された。浮体や水中タービンのサイズは実海域で運用しやすいものとなっており，平均発電量の予測値も十分であることから，実用化に向けて大きな問題は見当たらない。ただし，新型コロナの影響もあり，帆走シミュレーションの実施については当初予定より遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，当初の研究期間を延長し，風，波，海流が作用する自然外乱下での長期間の帆走シミュレーションを実行し，年間の発電期待量や低風速時の自走機能について検討を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
補助事業の目的をより精緻に達成するための研究の実施のため。次年度は、帆走シミュレーションモデルの構築、シミュレーションによる評価、および追加の模型実験に要する経費に使用する。
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