ピコ水力発電のPTDRの飛躍的向上

皮克水力发电PTDR显着改善

• 批准号: 21K04966
• 负责人: 重光 亨
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokushima
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04966/
• 关键词: 再生可能エネルギー; 小水力; インライン水車; 二重反転形羽根車; 性能; CFD; PTDR; ピコ水力; 翼列間干渉

ピコ水力発電の高出力化および低コスト化において，出力-水車直径比(PTDR)の向上は非常に重要である．本研究では，二重反転形羽根車の性能特性に着目し，ピコ水力発電のPTDRの更なる向上を目指す．令和4年度は，令和3年度に実施した研究成果を活用し，二重反転形小型ハイドロタービンの実験装置を構築し，その性能改善効果を確認する．令和3年度までの研究により，二重反転形小型ハイドロタービンは，定格回転条件下では，設計流量の2倍の流量においても効率の低下が小さく，出力が大きく上昇することを示した．また，数値流れ解析により，出力増加メカニズムの調査を行い，高流量域においては，後段羽根車入口での流れと入口角のミスマッチが大きいが，後段翼間では流れが羽根に沿うことで一定の性能を維持できることを示した．そこで，令和4年度は，令和3年度の研究成果を活用し，定格回転条件下でも広い流量範囲において運用が可能と考えられる高ソリディティのタービンの設計を行うと共に，二重反転形小型ハイドロタービンの軸機構，シール，発電機，整流器ユニット，パワーコンディショナーなどの要素技術の検討を実施した．その上で，実験装置の構築と回流試験装置の改良を行った．47mmの超小型タービンにおける性能試験を実施し，回流試験装置において，330Wの出力が得られた（PTDR=7021W/m）．これまでの基礎研究における58mmのタービンでは，PTDR=1707W/m，高流量条件下でPTDR=3000W/mを予想していたため，大幅な性能改善を実現できた．また，水車システムとしても，漏水，電気関係のトラブルもなく完成度の高い試験装置を構築できた．

提高功率与涡轮直径比（PTDR）对于增加微微水力发电的出力和降低成本非常重要。在本研究中，我们重点研究反向旋转叶轮的性能特征，旨在进一步提高微型水力发电的PTDR。 2020年度，我们将利用2021年度的研究成果，构建小型反转水轮机的实验装置，并确认其性能改善效果。截至 2021 财年进行的研究表明，在额定旋转条件下，即使在设计流量两倍的流量下，反向旋转紧凑型水轮机也表现出效率小幅下降和输出大幅增加。此外，我们利用数值流动分析研究了功率增加机理，发现在高流量区域，后叶轮入口处的流量与入口角之间存在较大的不匹配，但后叶轮之间的流量事实证明，可以保持性能不变。因此，2024年，我们将利用2021年的研究成果，设计一种即使在额定转速条件下也能在宽流量范围内运行的高固体度涡轮机，研究涡轮轴机构、密封件、发电机、整流器等基础技术。单元和电源调节器。在此基础上构建了实验装置并改进了循环实验装置。采用47mm超小型涡轮进行性能测试，在循环测试装置中获得330W的输出（PTDR=7021W/m）。对于前期基础研究中的58mm涡轮机，我们预计高流量工况下PTDR=1707W/m，PTDR=3000W/m，因此能够实现显着的性能提升。此外，我们还能够为水轮机系统构建高度完整的测试设备，没有出现漏水或电气问题。