沖合の大規模Wave farmの最適設計技術に関する研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26289337
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: 永田 修一 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 教授 (30404205)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 瀬戸口 俊明 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 教授 (90145186) ; 今井 康貴 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 准教授 (90284231) ; 村上 天元 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 助教 (90611278)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 波力発電 / 海洋構造物 / 渦法 / wave farm

Outline of Annual Research Achievements

(1) BBDBの発電性能評価のためのシステムシミュレーション手法の改良
昨年度作成したシミュレーションプログラムの改良を行った。本研究では、通常用いられる浮体の動揺によるメモリー影響に、従来示されていなかった空気室内の空気圧力のメモリー影響を考慮した浮体の運動方程式を用いた。空気圧力のメモリー影響は、空気室内水面に単位圧力を作用させた周波数領域のラディエーション問題の解の畳み込み積分として表現した。空気室内の水面変化の時系列も畳み込み積分で表現した。空気室内の空気の運動に関する基礎式として、連続の式と熱力学保存則を用いる。また、タービンについては、波力発電に多用されるウェルズタービンに比べて、高トルクで広い流量係数（＝軸流速度／ロータの周速度）の範囲で高効率特性を持つとして、研究分担者である瀬戸口が開発した案内羽根付きの衝動型タービンを用い、システムシミュレーションに、このタービン特性を考慮した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

おおよそ計画通りに進行しているため。

Strategy for Future Research Activity

(1)漂流力計算法の開発
後ろ曲げダクトブイ型波力発電装置のシステムシミュレーションを行うためには、周波数領域でのBBDBに働く漂流力係数が必要となる。ここでは、周波数領域でのBBDBの浮体運動計算ツールをベースに、空気室の影響を考慮した漂流力計算プログラムを作成する。計算プログラムは、遠場法と近場法の2種類を作成する。計算法の検証は、3次元BBDBを対象に漂流力実験を実施して、得られた実験結果と計算結果の比較により行う。
(2)渦積分方程式法による波浪変形計算法の改良
波浪変形計算法を引き続き改良する。非圧縮粘性流体の解析には、通常、微分型表示された連続の式とNavier-Stokes方程式を基礎式として、これを差分法や有限要素法を用いて得方法が用いられる。申請者らは、既に、粘性流体の関する積分型の境界値問題を導き、Navier-Stokes方程式の新しい数値解析法（渦積分方程式法）を提案し、低レイノルズ数のHagen-Poiseulle流や一様流中の円柱に働く粘性流体力の計算を行い、その有効性を確認している。本計算法は次の特徴をもつ。①流速、渦度、圧力に関する3種類の積分方程式を時系列的に解く新しい方法である、②渦粒子法で課題である渦の拡散も正確に扱うことができる。③空間微分を含まない。空間に関する微分演算を積分演算に置き換えるので、不規則な要素分割が可能である。この方法による自由表面境界処理法を改良し、波浪伝搬問題をより高精度に解けるようにする。

Causes of Carryover

水槽実験を延期したため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

備品購入の予定。