2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of a slant type tidal turbine for small marine research buoys with an independent power supply system
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21K03879
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
坂口 大作 長崎大学, 工学研究科, 教授 (70244035)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 潮流タービン / 多目的最適化 / スマートブイ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海洋資源の有効利用には，広い海域を長期間にわたって定点観測できるようなサンプリングシステムが求められる．本課題では，独立電源用潮流タービンを備えた小型観測ブイの開発を行った．垂直軸タービンを流れ方向に傾け，回転損失の少ない傾斜タービンを新たに発案し，カットイン流速が低く，高効率なタービンを開発する．設計には，本研究者が開発応用している人工知能をメタモデルとした多目的最適化システムを利用し，傾斜型潮流タービンの最適翼を設計する．潮流タービンを備えた観測ブイは，3Dプリンタで作製し，回流水槽での特性試験および実海域での長時間実証試験を行う計画とした．本課題で開発しようとするブイは，直径400㎜の一般的なサイズとし．ブイの下部に潮流タービンが備えてあり，タービンが潮流により回転し，ブイ内のハブダイナモにより発電する．ブイは海底の錘により一点係留され，設置工事に潜水作業を必要としないなどの低コスト型とした．潮流から得られる電力量は十数ワット程度と少ないが，海水温度計測用ブイや塩分濃度計測用ブイなど機能を分化させることで，観測ブイの電力消費量を減らすことができるという特徴を持つ．また，安価かつ機能分化したブイを多数配置し，電源をバッテリーではなく小型潮流タービンを採用することで安定的に連続運用を可能としている．従来の観測ブイが大型かつ多機能で高価であったものを，潮流タービンを備えた小型の観測ブイにより解決し，実用的な広域観測システムを構築する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究2年度（中間年度）は，多目的最適化設計により求めた傾斜型潮流タービンについて，回流水槽でのタービン単体性能試験および浮体ブイにタービンを取り付けた発電試験を行い，実証モデルとしての確立を行った．浮体ブイには，発電用ダイナモモジュール，観測用コンピュータモジュール，通信用アンテナモジュールを実装し，潮流発電により独立した電源を確保しながら，海況観測および通信ができるスマートブイを製作した．さらに，観測データをクラウドへ保存し，PCやタブレットなどで確認できるソフトウェアを開発し，遠隔でリアルタイムにデータを確認できるシステムとした．回流水槽試験では，再現できる0.7m/sまでの流速範囲で発電ができること，流れ藻が流入しても絡まることがないこと，浮心と重心の位置調整による姿勢制御により安定した姿勢を維持できることなどを確認し，長崎県五島列島の末津島沖で実証試験を行った．実海域では，潮流速が2.0 m/sを超えるシビアコンディションの中，高波によるアンテナユニットの喪失，漏水による電子回路の漏電等で数回の実験失敗を経験したが，その都度対策を練り，最終的には35日間にわたる連続した発電および観測ができることを確認できた．実海域では，1日の最大発電量は約26Wh，１日の平均消費電力量は約7.2Whであり，消費電力を上回る発電実績を記録し，本課題で開発した潮流タービンが，スマートブイ用の独立電源として十分に機能していることを確認できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究最終年度は，実海域での長期運用を目指す．アンテナユニットを小型化し，高波によるアンテナ喪失を防ぐ対策，多重の漏水対応策を施し，1ヶ月以上の連続した発電および観測を目指す．海況観測パラメータとして，海水温，潮流速度，GPSによる位置情報に加え，観測カメラによる画像情報を取得し，より高度な観測システムを構築する．
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[Book] スマート養殖技術2022
Author(s)
坂口大作，経塚雄策, 征矢野清
Total Pages
306
Publisher
エヌ・ティー・エス
ISBN
978-4-86043-800-5
