CO2回収石炭直接燃焼MHD発電機内電磁場-流体の強い相互作用の検討

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09680478
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 石川 本雄 筑波大学, 構造工学系, 教授 (90109067)
• 研究分担者: 松尾 哲司 京都大学, 工学研究科, 助手 (20238976)
• キーワード: MHD発電 / 石炭直接燃焼 / CO2回収 / 衝撃波 / 境界層剥離 / 3次元MHD相互作用 / 電力系統相互作用 / インバータシステム

研究概要

CO2回収型石炭燃焼MHD一汽力発電システムを提案・解析し、米国で開発された低温電極MHD発電機を用いると、酸素製造電力、CO2液化電力を含めて45%(高位発熱量(HHV)基準)の効率が得られることを見いだした。なお、従来方式では30%程度に低下する。
また、CO2未回収石炭燃焼高性能MHDシステムも提案し、空気加熱器動作温度が1620K、1780K、2100Kのとき、MHD発電システム効率はそれぞれ50%、55%、60%以上になることを示した。
数値解析による実験結果の検討も実施し、ロシアの出力15MWバルスMHD発電機に関して、衝撃波を効果的に計算できるように流体部分は陰解法TVD法を、乱流モデルにはk-ωモデル、電気部分はガラーキン有限要素法を用いて、非対称大規模境界層剥離と主流部分の複雑な衝撃波が誘起されていることを示し、実験的に見いだされている発電出力の飽和現象は、衝撃波と境界層剥離によってもたらされたことを明らかにした。
また時間依存3次元解析も開始し、出力10MW級発電機隣接陰極間短絡現象を解析し、隣接電極間短絡が生じた場合、電磁場と流体場の強い3次元的MHD相互作用の結果、電流分布の複雑な3次元構造と短絡電流の分岐現象の発生を初めて発見した。

研究成果

• [文献書誌] 石川本雄 他: "商用規模亜音速ダイアゴナル形MHD発電機の負荷条件を考慮した安定性解析" 電気学会論文誌B. 118B・6. 643-650 (1998)
• [文献書誌] 石川本雄、他: "石炭燃焼MHD発電機の漏れ電流に関する数値解析" 電気学会論文誌B. 118B・12. 1431-1436 (1998)
• [文献書誌] T.Matsuo,et al.: "Stability of Open-Cycle Subsonic Disk MHD Generator" Energy Conversion and Management. 39・9. 915-925 (1998)
• [文献書誌] Y.Inui,et al.: "Stability of Open-Cycle MHD Generation System Connected to Power Transmission Line" Energy Conversion and Management. 39・11. 1181-1192 (1998)
• [文献書誌] M.Ishikawa,et al.: "Three-Dimensional Behavior of MHD Plasma Near Electrode of MHD Generator" Proc.28th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference. 97-2373. 1-10 (1997)
• [文献書誌] M.Ishikawa,et al.: "Performance Characteristics of Coal-fired MHD Generator/Line-Commutated Inverter System of Commercial Scale" Proc.1998 International Conference on Power System Technology. 1183-1189 (1998)