2017 Fiscal Year Annual Research Report
Basic study on a floating offshore wind power generation system using a counter-rotating vertical axis-type wind turbine through a coupled analysis
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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 | 浮体式洋上風力発電 / 洋上風力発電 / 垂直軸型風力タービン / 連成解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
風力発電の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研究を行った．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．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た．
平成29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-弾性-制御連成解析モデルを改良し，二重反転垂直軸型タービンを用いたシステムの空力-弾性-制御連成解析モデルを構築した．空力-弾性-制御連成解析モデルは，二重反転垂直軸型風力タービンの空力モデル，タービン翼，回転軸，二重反転型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．二重反転垂直軸型タービンを解析対象とするために，上下2分割した風力タービンのアジマス角（回転角）の時間変化に応じた空力特性・荷重を解析できるように空力解析モデルを改良した．さらに，回転軸が二重反転型になることから，ドライブトレインの反転ねじり振動モデルを新たに開発した．二重反転垂直軸型風力タービンの空力特性・荷重は流入風速や回転数の変化に加えて，上下に分割したタービンのアジマス角およびその他の弾性要素の変位に対して強い非線形特性を有する．また，空力特性・荷重の解析は多数の流管（検査領域）に分割して運動量保存則を解く必要があることから演算負荷が高い．そこで，弾性振動・制御モデルで算出した弾性要素の変位を空力モデルに受け渡し，これに基づき算出し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．これより，乱流変動風況下での連成解析を通して，二重反転垂直軸型風力タービンを用いた風力発電システムの動的挙動や疲労等価荷重特性を解明した．
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