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2019 年度 実績報告書

超伝導界磁方式リムドライブ海潮流発電システムに最適な新形式タービンの研究

研究課題

研究課題/領域番号 16H04597
研究機関東京海洋大学

研究代表者

和泉 充  東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (50159802)

研究分担者 白石 耕一郎  国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (40586591)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード海洋資源 / エネルギー / 二重反転 / 新形式タービン / 海潮流発電 / 超電導発電機 / 高温超電導バルク材
研究実績の概要

自然エネルギーを利用した発電において、太陽光や風力の利用は広範に世界各地で始まっている。発電量の予測が比較的容易で、風力に比較して密度の高い水流や海潮流を利用したタービンの普及が期待される。高効率の海潮流発電の実現を目的として、前後の2基のタービンから構成される、新しい二重反転タービンを考案した。このタービンユニットの下流では旋回流が殆どなくなるように、理論解析法を駆使してタービン翼を設計した。この理論解析法は模型実験で異速反転条件を含めて検証した。強度要件を満たし、等速二重反転タービンより性能を向上させた異速反転タービンとなっており、設計目標の発電量を達成する仕様とすることができた。あわせてこのタービン直結の発電機の界磁極として超電導バルク材を導入した。前後の2基のタービンから構成されるタービンユニットに適した界磁-電機子構造を提案した。バルク材は50 mm x 50 mm x 20 mmの矩形材を平面に集成配置しており、適切な着磁による界磁磁束は、バルク材の表裏両面に対向する外側と内側の電機子に及ぶ。前方タービンは内側の電機子と一体となって回転し,後方タービンは,外側の電機子と一体となって回転する二重電機子構造となり、これらの2つの回転電機子の間に固定子として超電導バルク材が位置する。バルク材を界磁とする場合と永久磁石を界磁とする場合について行い比較の結果、超電導バルク材の有効性を示した。入力機械トルクは,タービンン翼の選択と回転数で決まるが,前方,後方それぞれ異なる値をとり、これらに整合する内側、外側の電機子設計を行って電気トルク制御が可能な界磁‐電機子構造とした。バルク材を界磁とした場合,特にGd系バルク材の捕捉磁束の同期運転下での安定性は実証されており、今後において十分実現可能な新しい異速二重反転タービン直結の超電導同期発電の基盤的研究を完了した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] ABB Inc.(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      ABB Inc.
  • [学会発表] Study on application of superconducting bulk material to strong electromagnetic field in tidal current power generation2020

    • 著者名/発表者名
      Shinji Takei, Kota Yamaguchi, Erasmus Shaanika, Tetsuya Ida, Mitsuru Izumi
    • 学会等名
      10th ACASC / 2nd Asian-ICMC / CSSJ Joint Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 海潮流二重反転タービン翼の流体力学的設計2020

    • 著者名/発表者名
      右近 良孝, 白石 耕一郎, 工藤 達郎, 金丸 崇, 安東 潤
    • 学会等名
      日本船舶海洋工学会令和2年春季講演会
  • [学会発表] 潮流発電への超電導バルク材の強磁場応用に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      武井 慎治,和泉 充,山口 康太,井田 徹哉,SHAANIKA Erasmus
    • 学会等名
      2020年度春季 第99回 低温工学・超電導学会研究発表会
  • [学会発表] Study of Thermosyphon Cooling System for High-temperature Superconducting Machinery2019

    • 著者名/発表者名
      Kota Yamaguchi, Mitsuru Izumi, Motohiro Miki
    • 学会等名
      2019 Cryogenic Engineering Conference and International Cryogenic Materials Conference
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Superconducting rotating machines: Proof of concept and design study toward a blue economy2019

    • 著者名/発表者名
      Mitsuru Izumi
    • 学会等名
      Third Kyoto University - Victoria University of Wellington Joint Workshop 2019
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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