波力発電装置の浮体形状と配置による波エネルギー吸収の最適化

• 研究課題/領域番号: 21K14356
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分24020:船舶海洋工学関連
• 研究機関: 横浜国立大学 (2023); 東京大学 (2021-2022)
• 研究代表者: 李 僑 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40832340)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 波力発電 / 浮体運動 / 水槽実験 / 浮体形状 / 浮体配置 / 発電効率

研究開始時の研究の概要

波力発電の発電効率において、波エネルギーを吸収しやすい「浮体形状」、「複数浮体の配置」による波エネルギーの２次吸収、これらにマッチングする「制御」、この3要素をトータルで考える必要がある。本研究では、ユニークな「浮体形状」と「浮体配置」を提案し、水槽実験と数値計算によって運動性能を検証する。また、このユニークな浮体と「制御装置」を連動させて発電システムを力学的に再現し、波の吸収率と発電性能を検討する。さらに、本提案装置の応用例として、係留レスの波力発電装置を考える。これにより、洋上設置に手間とコストがかかる係留・送電システムが必要なくなり、波力発電の新たな使い道が見つかる可能性がある。

研究成果の概要

本研究では、ポイント・アブゾーバ式波力発電機を対象とし、制御浮体の運動と発電性能を明らかにすることを目的とした。ラック&ピニオン機構を用いて、浮体と制御モーターを連結した波力発電模型を製作し、小型水槽実験により波力発電の基礎的な運動と発電性能を調査した。制御なしの状態での浮体運動と発電出力の関係を明らかにし、heave固有周期で発電量が最大になることを確認した。また、制御によってheave固有周期が調整できることが確認され、波周期に合わせた制御を行うことで、幅広い波周期に対応して高効率に発電することが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、波力発電における制御浮体模型の開発と小型水槽での実験方法を提案した。今後は本実験方法を用いて、複数機によるアレイ制御理論の確認や、浮体形状の検討など、波力発電における研究開発への応用が期待される。