波動原理により風力エネルギーを電気エネルギーに変換する発電旗の研究

• 研究課題/領域番号: 16K06979
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 西垣 勉 近畿大学, 生物理工学部, 教授 (80251643)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2016年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 圧電フィルム / 環境発電 / 風力発電 / 波動原理 / 発電旗 / 渦励振 / エネルギーハーベスティング / 風力エネルギー / 波動

研究成果の概要

本研究では，適切に形状設計された圧電フィルムがその表面に貼付されて一体化され，波動発電機能を実装したスマート発電ダクトを開発し，サイズを大きくした場合に圧電体の面積比以上の発電量が低風速域でも得られる構造体の設計基準について示すことを目的とした．円筒ダクト状のプラスチック製柔軟発電体を作製し，その簡易風洞内での振動挙動を観測した結果，中風速域で振幅および発電量が急激に上昇する風域があることがわかり，励振メカニズムとしては渦励振による影響が最も大きくなるものと示唆された．そこで，この渦励振の発生周波数とダクトの固有振動数の関係を解析的にも検討し，低風速域発電ダクトの設計指針を得ることができた．

研究成果の学術的意義や社会的意義

身の周りに広く薄く存在する"捨てているエネルギー"の新たな活用方法の開発は，大型構造物の遠隔モニタリング用電源を配線なしで実現できるなど，機器・構造物のメンテナンスコストの削減と信頼性の向上などに大きく寄与でき，社会的意義も大きい．特に低風速域での発電量を上昇させることで，晴天の昼間しか発電しない太陽光発電に加えて重要な選択肢を提供でき，その発電メカニズムとして圧電体構造物の振動利用が学術的にも重要な課題といえる．強風時のみ発電する発電システムよりも，柔軟・コンパクトで低風速時にも発電する方法の開発により，その利用価値は格段に上昇することから，設計指針を導出できたことが重要であると考えられる。