ウェイクギャロッピングを利用した新型風力発電の開発

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21560502
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 比江島 慎二 Okayama University, 大学院・環境学研究科, 准教授 (50284526)
• Keywords: ウェイクギャロッピング / 流体励起振動 / フィードバック制御 / 風力発電

Research Abstract

ウェイクギャロッピングを利用した新しい風力発電装置の実現のため,ウェイクギャロッピングを自在にコントロールするためのフィードバック制御システムを構築し,その制御パラメータである時間遅れと制御ゲインが制御効果に与える影響について風洞実験により検討した.
(1) 下流側円柱が上流側円柱に追随する位相関係で上流側円柱を加振するとき,下流側円柱の振動は無制御時の数倍にまで増輻され,逆に下流側円柱に上流側円柱が追随する位相関係で加振すれば,ほぼ完全な振動抑制が可能である.いずれも,制御開始から短時間で制御効果を得ることができる.
(2) 通常はウェイクギャロッピングが発生しない低風速域においても,適切な時間遅れを与えたフィードバック制御により大振幅の振動を励起することができ,低風速域の風力エネルギーの有効活用が期待できる.
(3) フィードバック制御により下流側円柱の振動数は変化する.その振動数は下流側円柱の振幅に依存し,増幅によって振幅が大きくなるほど振動数は無制御時よりも低下し,抑制によって振幅が小さくなるほど振動数は増加する.なお,増幅時の振動数は本来の円柱の固有振動数に漸近する.
(4) 制御による振動数変化後の上流側と下流側の円柱の位相関係を見ると,上流側円柱に対して下流側円柱が0.2周期遅れで追随して振動するとき,下流側円柱は最大の応答振幅となる.
(5) 制御ゲインが大きいほど下流側円柱の増幅効果が高いこと,低風速域での振動励起にはある程度以上の大きさの制御ゲインが必要であることなどから,広い風速範囲にわたりより多くの風力エネルギーを取り出すには,上流側円柱を少ない制御エネルギーでいかに効率的に加振できるかが重要になる.
(6) 下流側円柱の振幅は風速に依存せず,制御ゲインだけで決まる傾向がある.風速に関わらずほぼ一定の振幅を維持できることから,風速変動に対して安定的な出力が得られる風力発電を実現できる可能性がある.