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2014 年度 実施状況報告書

風力発電システムにおける風況および風車性能予測統合による運転制御方法の構築

研究課題

研究課題/領域番号 24561058
研究機関琉球大学

研究代表者

天久 和正  琉球大学, 工学部, 准教授 (40284955)

研究分担者 鈴木 正己  琉球大学, 工学部, 教授 (30171250)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード流体工学 / 流体機械 / 数値流体力学 / 自然エネルギーの利用 / 風力エネルギー / 風力発電
研究実績の概要

計算負荷の小さい翼素運動量理論(BEM)コードを用いた風車性能予測を行った.BEM風車性能予測を行うために,開発した数値流体計算(CFD)コードを用いて2次元翼型性能データを構築している.昨年度は直径3mの水平軸風車を対象としてパッシブピッチ制御の性能予測を行った(雑誌論文2).
さらに,3次元CFDコードの開発を行い,水平軸風車まわりの流れを計算した.3次元CFDコードは,BEMコードを用いず直接的に風車まわりの流れを計算するので計算負荷は大きくなるものの,予測精度の向上や流れ場の様子を詳しく考察することが可能となる.単一格子,格子数減少化の工夫によって計算時間の短縮が可能となっている.模型実験のレイノルズ数は低く,乱流モデルの予測精度が低下する領域となる.このためCFDではレイノルズ数を変化させ実験結果と一致させ,風車性能を予測する試みを行っている(学会発表1,雑誌論文1).また,3次元CDFコードとBEMコードの風車性能予測の比較を行い,ブレード各断面のBEMによる予測精度を示した(雑誌論文3).

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

風車専用の性能解析コードの開発は順調に進んでいるが,制御方法や汎用コードとの関連づけが進んでいない.

今後の研究の推進方策

3次元CFDコードの開発および性能予測に加えて,風洞実験にて予測精度を検証,確認を行う予定である.

次年度使用額が生じた理由

台風により破損した風車の復旧ができず,風車性能予測を中心に研究を進めている.独自開発した数値流体計算(CFD)コードおよび汎用・簡易的な翼素運動量理論(BEM)コードを用いた風車性能予測を行い,両者と実験結果の比較することで,一致する領域や問題点などが明らかとなり研究成果が得られている.性能予測に加えて,洋上モデル化を考慮しつつ風洞実験にて予測精度を検証,確認を行う予定である.

次年度使用額の使用計画

風車性能予測結果を検証するために風洞実験を予定している.実験に必要な計測装置などの備品費(50万円)および消耗品(40万円),国際会議での成果発表などの旅費(120万円),学会参加費や論文投稿関係など(40万)を計画している.

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] 水平軸風車の空力特性に関する数値解析2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木正己・天久和正
    • 雑誌名

      ターボ機械

      巻: 473 ページ: 387-394

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Numerical Analysis of Small Wind Turbine Generator Using Two-Dimensional CFD and BEM Theory2014

    • 著者名/発表者名
      K. Ameku, M. Suzuki, S. Tamaki, M. Futami
    • 雑誌名

      Proceedings of Grand Reneable Energy 2014

      巻: - ページ: 1-4

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 3D-CFD Simulation and BEM Analysis of Horizontal Axis Wind2014

    • 著者名/発表者名
      Masami SUZUKI
    • 雑誌名

      The 5th Asian Joint Workshop on Thermo physics and Fluid Science 2014 (5th AJWTF)

      巻: - ページ: 1-4

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Air Compressibility effects on OWC Type Wave Power Generatoion2014

    • 著者名/発表者名
      Masami SUZUKI
    • 雑誌名

      Proceedings of 2nd Asian Wave and Tidal Energy Conference (AWTEC-2014)

      巻: - ページ: 1-2

    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] 振動水柱型波力発電装置の平均発電量予測2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木正己
    • 学会等名
      日本機械学会2014年度年次大会DVD-ROM論文集
    • 発表場所
      東京電機大学千住キャンパス
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] 乱流モデル無利用による水平軸風車特性の数値解析2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木正己,天久和正
    • 学会等名
      第71回ターボ機械協会総会講演会
    • 発表場所
      東京大学 生産技術研究所
    • 年月日
      2014-05-09 – 2014-05-09

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公開日: 2016-05-27  

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