2015 Fiscal Year Annual Research Report
ピッチ制御機構を有する浮体式垂直軸型水車の耐海水・生物付着性能を考慮した実証研究
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26289340
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
居駒 知樹 日本大学, 理工学部, 教授 (50302625)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
二瓶 泰範 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00470055)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 垂直軸水車 / 可変ピッチ / 潮流発電 / 軸パワー / 発電出力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は１）可変ピッチ機構へのモータの導入の検討と２）浮体式装置とした場合の水車回転影響を調べるための小型模型試験，３）生物付着影響の調査，を主たる目的としていた。可変機構実現へのモータの導入については経費的な問題から断念した。小型浮体模型を設計し，水槽実験実施の準備を進めたが準備段階で終わった。ただし，H28年度に実施する。生物付着についても経費等の問題から試験は断念し，調査のみで終わった。
それ以外の水車開発と実験準備のために以下を実施した。
次年度に実施予定の実海域実験のための準備となる，数値計算と新規のプロトタイプ模型（ModelNU16A)の設計・制作した。また，前年度制作した水車モデル（ModelNU14B）の基本性能を把握するための空気中試験と回流水槽での模型試験を実施した。
ModelNU14Bを空気中で強制回転させる試験装置を制作し，モーターによる強制回転およびトルク計測と発電機による発電出力計測を行い，模型自身がもつパワー機械的損失について定量的に調べた。その結果，2014年度に実施した実海域実験時の発電機負荷では，入力パワーに対して水車軸パワーとしておよそ30％程度の伝達であり，さらに水車軸パワーから発電機出力にいたってはその50％程度であることがわかった。これは流れの入力によって水車が回転している場合，回転ブレードに作用するパワーの15％が発電機出力として期待されるということである。すなわち，水車効率が40％であれば，入力である流れのパワーの6％程度しか発電出力を見込めないということになる。このことは，水車装置の組み立てと機構両方の問題であるので，可変ピッチ機構の妥当性と水車そのもののブレード設定性能が確認できたのちには，本体組み立て方法などの検討が必要になってくると思われる。
水槽試験により性能を調べた結果，可変ピッチ幅の設定角は-30度が最もよかった。
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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
当初の主な研究の主眼として，生物付着防止についてのテーマを掲げていたが，技術的な成熟のないものであったことも含めて，研究進度が遅れた。可変ピッチ機構を備えた水車のプロトタイプの制作方法とその性能評価だけで時間と経費が必要となり，研究の主眼として可変ピッチ機構の実海域性能，プロトタイプにおける実用化を目指した性能評価となっている。水車の開発という当初予定からすると，この点においては十分な成果を挙げられていると判断する。また，最終年度に当初から予定していた実海域試験の準備も平行して進んでいる。
小型模型による水車回転影響が浮体動揺に与える影響については結果が未だでていないが，模型製作が完了し，次年度にすぐに実験が実施できる状態である。また，簡易的な理論計算法での運動応答評価も可能となった。最終年度に十分な評価が可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は新たに制作した直径１ｍのModelNU16Aによる実海域曳航実験と小型浮体水車モデルによる水槽実験を実施し，プロトタイプとしての最終的な水車および発電性能を把握する。そのために，新潟県および新潟海洋エネルギー研究会への協力と実験実施海域で創業する地元漁協ならびに村への協力要請がすでに済んでいる。実験スケジュール策定と運搬準備などを実施することで，実海域実験は問題なく実施できる予定である。
小型模型では，水車軸根元部分での曲げ荷重の計測準備を新規で検討し，これまであまり検討されていなかった水車軸に働く水平荷重を定量的に調べられるように準備を進めている。
これらの準備は順調に進められていることから，概ね予定されている実験や数値計算の実施は問題ない。当初目標であった，水車性能40％の実現は発電出力まで考慮した場合には困難であることがわかったが，水車ブレード性能についてはすでに達成しており，軸パワーを目標値に近づけるための明確な課題抽出と解決方法を提示することを目指す。
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| Causes of Carryover |
当初研究計画ではブレードへの付着生物防止についての実験装置の購入とその実験実施があったが，予算的な問題により実施が困難になり，次年度の実験のために繰り越すことにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実海域実験用水者モデルの詳細部の調整費として使用する。
また，小型浮体水車モデルでの計測項目を充実させて，浮体としての性能把握のための水槽実験に経費を用いる。
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