| 研究課題/領域番号 |
19K04195
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19010:流体工学関連
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| 研究機関 | 佐賀大学 (2021)
九州大学 (2019-2020) |
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研究代表者 |
吉田 茂雄 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 教授 (80620137)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 風力発電 / 風車 / ロータ / ダウンウィンド / タワーシャドウ / 翼素・運動量理論 / 荷重 / モデル / 翼素運動量理論 / 空力弾性 / 空力干渉 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
タワーの風下側にロータを配したダウンウィンド風車は，低コスト化，大型化による風力発電の普及拡大に有効なコンセプトとして期待されているが，ロータ～タワー間の空力干渉（RTI）が大きな技術課題である．風車の解析・設計には，一般に解析負荷の低い翼素運動量（BEM）理論が使用されるが，従来のBEMではRTIが適切に考慮されていない．本研究では，BEMを揚力線理論やポテンシャル法と統合し，RTIを考慮した拡張BEM理論を構築し，空力弾性解析ソフトに実装し， RTIを考慮したダウンウィンド風車の設計指針を明らかにする．さらに，本研究成果は，推奨方法として国際機関に提案し，世界的な普及・定着を図る．
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| 研究成果の概要 |
膨大なケースの時刻歴の空力弾性解析が必要な風車の設計においてはデータの生産性の高い翼素・運動量（BEM）理論が用いられている．本研究では，将来の風車の超大型化・低コスト化に必要な従来の以下の3つのBEMの設計・解析モデルを開発した．1) 薄翼理論による動的失速モデル，風速上昇も考慮するタワー後流モデル等によるロータ～タワーの空力干渉モデル．2) 一つのタワー上に多数の風車を設置するマルチロータシステムの設計に必要な空力弾性解析コード．3) 風車の回転部と固定部の干渉が顕著なディフューザ付風車のディフューザ形状の最適化手法．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
データ生産性が高く，風車の設計・解析に必要な構造変形や制御との併用に適している翼素・運動量理論に，運動量理論，揚力線理論，薄翼理論などを組み合わせることにより，高フィデリティの解析を再現する従来にないモデルを開発した点で学術的に重要な成果である．
また，本成果は国際エネルギー機関IEA Windに推奨方法として提案しており，将来の超大型の浮体式洋上風車の安全性・経済性の向上に寄与することが期待できる点で，社会的な意味も大きい．
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