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

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K21047
• Research Institution: Osaka Metropolitan University
• Principal Investigator: 橋本 博公 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (30397731)
• 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)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 無係留帆走浮体 / 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

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と運用シミュレーションを行った。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を行う。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を確保すればよい。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にもとづき製作した縮尺模型を用いて、セイルに作用する流体力を計測した。その結果、矩形平板に比べて抗力係数は大きく、揚力係数は小さくなり、本発電浮体のコンセプトにとって有利な結果が得られた。過去に実施した水槽試験結果も考慮のうえで、船舶用のウェザールーティングモデルを応用し、本発電浮体の実海域での運用評価のための帆走シミュレーションを開発した。
シミュレーションによる運用評価の結果、本発電浮体においては風の影響が最も重要であること、風単独よりも風と海流・潮流が併存する方が発電量は大きくなること、一日あたりの平均発電量が22.0[kW]となることが確認された。なお、発電タービンを推進器として利用する自走機能についても検討したが、単純な推力付加モデルでは、期待したような一定の海域に留まる結果は得られなかった。