波力発電ファームの群制御のための短時間後（数秒～数分後）の波浪予測手法の確立

• 研究課題/領域番号: 23K13504
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 飯田 隆人 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (50837573)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2024年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 波力発電 / リアルタイム制御 / 波浪予測 / 決定論的波浪予測 / 浮体制御 / 再生可能エネルギー

研究開始時の研究の概要

本研究ではポイント・アブソーバー型波力発電のデバイス一つ一つを波浪センサ化することにより、それぞれのデバイスの応答の時系列データから、短時間後（数秒から数分後）に他のデバイスに入射する波を高精度に予測する手法を開発する。さらにデバイス一つ一つのリアルタイム制御により、ファーム全体の波力エネルギーの回収効率を最大化することを目指す。

研究実績の概要

本研究は複数のポイントアブソーバー型波力発電を群制御するための、短時間後（数秒～数分後）の、波力発電に入射する波浪の予測手法を確立することを目標とする。初年度である本年は、①計測したリアルタイムの波変位データから、波力発電デバイスに働く波浪強制力をリアルタイム予測すること、②予測した波浪強制力から、短時間後の状態を推定し、それに基づきリアルタイム最適制御手法である、モデル予測制御を行うことで、発電量を最大化すること、の二つを目標とした。①に関しては、まず1浮体の場合において、水波のインパルス応答と波浪強制力・ラディエーション流体力のインパルス応答を組み合わせることで、予測が可能となった。さらに二浮体の場合も同様に定式化を行い、浮体による相互干渉を考慮した理論も構築した。②に関しての定式化およびプログラム構築も同様に行った。さらに水波のインパルス応答に関しては、前進速度がある場合の解析解も導出した。加えて、今後の検証のために、不規則波時系列データをどのように評価するかの枠組みも作成し、研究のためのインフラを整えた。これらの成果はすでに2024年度の国際学会や、国際論文誌に投稿済みであり、次年度に発表予定である。本年度行ったことは、必ずしも学術的に新規なものではないが、今後新たな学術領域を開拓していくうえで基盤となるものであり、学術的知見を蓄積しながら進めることに重要な意義があると考えられる。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度の目標①と②それぞれに対して、基礎的な理論および初版のプログラムの作成が完了している。今後はそれらが理論的に正しく動作するかverificationするとともに、模型実験などを通じてvalidationする必要がある。なお模型の作成は次年度の予定であったが、発電機後部に関しては本年度にすでに作製をしている。以上のことから、初年度の目標に対して、おおむね順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

上述のように、構築した理論やプログラムの妥当性をしっかりと検証することが第一の課題であり、次年度に行う予定である。その後は複数のデバイスがある場合の相互干渉を考慮した予測手法の確立や、三次元多方向波浪場の波浪予測手法の確立をしていく予定である。