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2011 年度 研究成果報告書

創風および集風型の風力発電装置に関する開発研究

研究課題

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研究課題/領域番号 22656218
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 エネルギー学
研究機関九州大学

研究代表者

大屋 裕二  九州大学, 応用力学研究所, 教授 (00150524)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
キーワード自然エネルギーの利用
研究概要

従来のソーラータワーの発電効率を大幅に増加するために二つのアイデアを試し,ともに有効な結果を得た.まず,最初にタワーの形状を従来の直円筒型から上空に向かって広がるディフューザ型に変更した.構造体外部の一般風を微小と仮定し,太陽熱により加熱された地表面と周囲との温度差が30℃である条件下にソーラータワーを設置することを模擬した室内実験及び数値解析を行った.その結果,円筒型風路塔モデルに比べ,ディフューザ型風路塔モデルでは約1. 4~1. 5倍の速い上昇流速を風路塔下部に得た.この創風性能の向上は,風路塔下部のスロート近傍を低圧にすることが起因する.風速の3乗則によるとディフューザ型風路塔を適用した構造体は,円筒型風路塔を適用するより約2. 7~3. 4倍の風力エネルギーを集束することが期待される.
次にソーラーチムニーに関して,太陽熱により熱上昇風が駆動される場合(一般風がない場合)の実験室規模のモデルを用いた実験および数値解析を行い,実スケール(100m高さの煙突)における煙突内部上昇風の平均速度を推測した.解析の結果,ほぼ無風の状態であるにも関わらず,構造体を利用することで0. 56m/sの上昇風を得ることができた.相似則に基づいて実スケールの風速を見積もると約8. 9m/sの上昇流が推測され,このとき約46kWの出力が予想される.
最後に集風型の垂直構造体としての性能評価を行った。周囲の風環境及び流体力学的形状特性により、風を集める垂直型集風構造体(VT-WCONVS)の集風原理を風洞実験および直接数値計算の流れ場解析により明らかにした.本研究では構造体への近寄り風速の約1. 9倍に増速する集風性能を風洞実験により得た. VT-WCONVSは風速の3乗則により近寄り風速の約6. 8倍の風力エネルギーを集束することが期待される.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2011 2010

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] 流体工学CFDモデルを用いた連続的な風向変化の再現性について2011

    • 著者名/発表者名
      内田孝紀、丸山敬、大屋裕二
    • 雑誌名

      日本風力エネルギー学会論文集

      巻: 35巻99号 ページ: 7-13

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proposal of Designed Wind Speed Evaluation Technique in WTG Installation Point by Using the Meteorological Model and CFD Model2011

    • 著者名/発表者名
      Takanori UCHIDA, Takashi MARUYAMA, Tetsuya TAKEMI, Yuichiro OKU, Yuji OHYA
    • 雑誌名

      九州大学応用力学研究所所報

      巻: 141巻 ページ: 1-12

  • [雑誌論文] New Evaluation Technique for WTG Design Wind Speed Using a CFD-Model-Based Unsteady Flow Simulation with Wind Direction Changes2011

    • 著者名/発表者名
      Takanori UCHIDA, Takashi MARUYAMA, Yuji OHYA
    • 雑誌名

      Modelling and Simulation in Engineering

      巻: Vol.2011 ページ: 941870

    • DOI

      DOI:10.1155/2011/941870

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Latest Developments in Numerical Wind Synopsis Prediction Using the RIAM-COMPACTR CFD Model-Design Wind Speed Evaluation and Wind Risk2011

    • 著者名/発表者名
      Takanori UCHIDA, Yuji OHYA
    • 雑誌名

      (Terrain-Induced Turbulence) Diagnostics in Japan, Energies

      巻: Vol.4 ページ: 458-474

    • DOI

      DOI:10.3390/en4030458

  • [雑誌論文] Tkanori UCIDA, Takashi KARASUDANI2011

    • 著者名/発表者名
      Shinsuke OKADA, Yuji OHYA
    • 雑誌名

      Wind Generation Improvement Using Diffuser Type Tower, Proc. Of

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Takashi KARASUDANI2010

    • 著者名/発表者名
      Yuji OHYA
    • 雑誌名

      A Shrouded Wind Turbine Generating High Output Power with Wind-Lens Technology

    • 査読あり
  • [学会発表] 集風体付き小型風車に関する新構造体の基礎研究2011

    • 著者名/発表者名
      中村浩基、大屋裕二、渡邉公彦
    • 学会等名
      日本航空宇宙学会西部支部
    • 発表場所
      長崎ブリックホール(長崎)
    • 年月日
      2011-11-17
  • [学会発表] Basic Investigations of a New Type Wind Lens Turbine2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroki NAKAMURA, Yuji OHYA
    • 学会等名
      EAEP2011
    • 発表場所
      Fukuoka Garden Palace(Fukuoka)
    • 年月日
      2011-11-14
  • [学会発表] Takashi KARASUDANI, Chris Takashi MATSUURA2011

    • 著者名/発表者名
      Yuji OHYA
    • 学会等名
      CanWEA2011(WesNet)(招待講演)
    • 発表場所
      Vancouver(Canada)
    • 年月日
      2011-10-03
  • [学会発表] Takashi KARASUDANI, Chris Takashi MATSUURA, A Highly Efficient Wind Turbine with Windlens Shroud2011

    • 著者名/発表者名
      Yuji OHYA
    • 学会等名
      13th International Conference on Wind Engineering(ICWE13)
    • 発表場所
      Amsterdam(Netherlands)
    • 年月日
      2011-07-14
  • [学会発表] Takashi KARASUDANI, Tomoyuki NAGAI, Chris Takashi MATSUURA2011

    • 著者名/発表者名
      Yuji OHYA
    • 学会等名
      Development of Shrouded Wind Turbines with Wind-Lens Technology, EWEA2011
    • 発表場所
      Brussels(Belgium)
    • 年月日
      2011-04-06
  • [図書] 風の事典2011

    • 著者名/発表者名
      大屋裕二他
    • 総ページ数
      267
    • 出版者
      丸善出版株式会社

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公開日: 2013-07-31  

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