2016 Fiscal Year Research-status Report
二重反転垂直軸タービンを用いた浮体式洋上風力発電システムの連成解析による基礎検討
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15K06688
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
涌井 徹也 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40339750)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 洋上風力発電 / 浮体式洋上風力発電 / 垂直軸型風力タービン / 空力連成解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，風力発電の更なる普及促進を図るために垂直軸型タービンを用いた浮体式洋上風力発電システムの開発を目指している．垂直軸型タービンを浮体式システムに用いる場合には，回転時に生じるカウンタートルクによって浮体にねじり動揺が発生するという問題点がある．そこで，二重反転垂直軸型タービンを用いてカウンタートルクを相殺することに着目し，基礎検討としてその有効性を解析的に明らかにすることを研究目的としている．
平成28年度は，前年度に申請者が開発した垂直軸型風力タービンの空力解析モデルを改良し，これを基にして空力-弾性-制御連成解析モデルを構築した．空力解析モデルは前年度に流管理論に基づいて構築していたが，アジマス角（回転角）の時間変化に応じた空力特性を解析できるように改良した．大形の垂直軸型風力タービンの運転回転数は非常に低くなることから，ローター下流での流入風速の減衰の影響が小さいものと考え，ローター下流側の翼に作用する風も上流側と等しいものとした．構築した連成解析モデルは，垂直軸型風力タービンの空力モデル，タービン翼，回転軸，ドライブトレインの弾性振動モデル，および制御モデルより構成される．
弾性振動として曲げ振動とねじり振動を対象とし，曲げ振動モデルでは，弾性要素をオイラー・ベルヌーイ梁と見なし，モード解析手法を適用した．垂直軸型風力タービンの空力特性（空力荷重や発生トルク）が流入風速，回転数，アジマス角，弾性要素の変位などに対して非線形特性を有すること，さらには，空力モデルの演算負荷が高いことから，弾性振動・制御モデルから算出した弾性要素の変位を空力モデルに受け渡し，これより得られた空力特性を弾性振動・制御モデルに引き渡す弱連成解析を採用した．その上で，乱流変動風況下での連成解析を通して，弾性振動を考慮した垂直軸型風力発電システムの発電性能や疲労等価荷重特性を解明した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度は垂直軸型風力タービンの空力解析モデルを浮体式洋上風力発電システムに適用できるように拡張を行い，回転軸が傾斜した時の直線翼垂直軸型風力タービンの出力特性ならびに空力荷重特性を明らかにすることができた．本年度は，前年度に構築した空力解析モデルを拡張することにより，大形垂直軸型風力発電システムの連成解析モデルを構築し，乱流変動風況下での発電性能や疲労等価荷重特性を解明することができた．得られた連成解析モデルおよび風力タービン，回転軸，およびドライブトレインに関する弾性振動特性に関する知見は，垂直軸型風力タービンを用いた浮体式洋上風力発電システムの連成解析モデルを構築するための基礎となる．垂直軸型浮体式洋上風力発電システムの連成解析を行うためには浮体モデルの構築を行う必要があり，次年度の研究の最優先目的としたい．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度はまず浮体動揺モデルを構築し，前年度までに構築した垂直軸型風力発電システムの連成解析モデルとの統合を行う．浮体動揺モデルは，波力，復元力，チェーン係留特性などを考慮した分布系モデルとし，垂直軸型タービンの空力荷重を複数の支持点で作用させ，さらに風力タービンからのカウンタートルクを発電機負荷トルクに等しいものと仮定して考慮する．その上で，直線翼垂直軸型風力タービンを用いた浮体式風力発電システムの変動風況および不規則波高変化時の動特性解析を行う．二重反転垂直軸型タービンを用いた場合の基礎的な知見を得るために，風力タービンからのカウンタートルクによる浮体の動揺特性について重点的に解析を進める予定である．
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| Causes of Carryover |
購入書籍が当初見積りより安価であったために残額が生じたが，少額であったため次年度に繰り越すこととした．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
残高はその他の支出に充てる予定である．
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