振動水柱とジャイロ効果を用いたバージ型浮体式洋上風力発電施設のピッチ動揺軽減

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K04507
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 平尾 春華 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (50711321)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 國分 健太郎 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究副系長 (50358404)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ピッチ動揺軽減 / ジャイロ効果 / 浮体式洋上風力発電

Outline of Annual Research Achievements

洋上風力発電施設のピッチ動揺の軽減方法として、①ピッチ抵抗を大きくする、②ピッチ慣性モーメントとピッチ復原力を調整して、同調周期を波周期や風車の回転数等からずらす、③動きを抑制するためのモーメントを加える等があげられる。本研究は、振動水柱型の波力発電に近い形式で、タービンを回し、タービンでフライホイールを回すことで、③以外の、①振動水柱部の水の出入りによる抵抗や、振動水柱のエネルギーを取得するタービンを回すことによる抵抗増加、②フライホイールの回転によるジャイロ効果の見かけ復原力の増加による共振周期の変化を狙い、ピッチ動揺低減を目指した。
ジャイロ効果を確認するために、バージ型浮体にフライホイールを設置した水槽試験を実施し、水槽試験と比較を行った。その結果、ジャイロ効果によりフライホイール回転数が大きくなるにつれ、共振周期が長周期側に移動したことを確認した。
フライホイールのジャイロ効果によって変化した共振周期と波周期が近い時は回転がない時よりもピッチ動揺が大きくなり、フライホイールのジャイロ効果によって変化した共振周期と波周期が離れている時は回転がない時よりもピッチ動揺が小さくなることを確認した。水槽試験では、回転数が小さい時の方が共振周期と波周期が近く、大きい時の方が共振周期と波周期が離れている結果となった。そのため、ピッチ動揺低減効果が見込まれるフライホイール回転数以上でのフライホイールの回転が必要であるとの知見を得た。