2010 Fiscal Year Annual Research Report
分散電源を支える二酸化炭素回収式石炭ガス化MHD発電機の高性能化に関する研究
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21560289
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
石川 本雄 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 教授 (90109067)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤野 貴康 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 准教授 (80375427)
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| Keywords | 分散電源バックアップ / 大規模電源 / MHD発電 / CO2回収 / 地球温暖化ガス排出削減 / 高効率発電 / 石炭有効利用 / 流体場電磁場相互作用 |
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| Research Abstract |
(1)地球環境問題を解決する一つの手段としての分散電源を支える高効率大規模集中電源としての二酸化炭素回収方式高性能MHD発電所を実現するために、二酸化炭素回収をめざしたMHD発電機内衝撃波、電流集中アーク現象・電極間短絡現象などの解明、および電磁界と流体との相互作用による2次流れの解明が第一の研究目的である。
一昨年度、昨年度に開発し改良したMHD発電機動作解析用3次元コードを用いて、宇宙応用実規模ダイアゴナル形MHD発電機の3次元解析を世界でもはじめて実行し、設計の改良により、出口付近で誘起されていた大きな渦電流を大幅に削減することができ、電極近傍の電流集中を大幅に減少させることが可能となり、発電機の耐久性向上が期待できる成果が得られた。
(2)10mを越える大規模高性能MHD発電機の設計、およびその動作特性を2、3次元解析により解明し、弱電離プラズマの振る舞いを解明すると共に、3次元解析結果を1次元設計コード改良に利用することが第2の研究目的である。
昨年度得られた予備的3次元解析結果を考慮して、熱入力1GWの条件で設計したファラデー形MHD発電機は16mとなったが、酸素製造電力、二酸化炭素液化回収電力を考慮しても、55%(高位発熱量基準)の総合発電効率が可能あることを見いだした。
16mのMHD発電機上流部分の3次元解析を実行することができ、設計で示した発電性能とほぼ同じ性能が得られることが示された。また、非常に強い3次元的MHD相互作用により、電流が流れる方向には厚い境界層が成長し、電極電圧降下が増大するが、一方、磁場方向には壁近傍で流れのオーバーシュートが発生することが見いだされた。
なお、発電機出口部分の3次元解析はなお実行できておらず、非常に強い渦電流が予想されるので、来年度の研究課題である。
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