ブローホール型波力発電における変動追従型制御とタービン発電機の開発

气孔式波浪发电脉动跟踪控制及水轮发电机的研制

基本信息

批准号：
14J08635
负责人：
飯野光政
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

波力発電システムは、国内外で信頼できるエネルギー変換システムとして有望視されており、重要な研究対象となっている。本研究では、世界初の方式であるブローホール波力発電システムにおける制御ならびにタービン発電機の研究開発を行った。本年度は昨年度課題となっていたシミュレーションソフトウェアの検証不足について、実証試験とソフトウェアの高度化による改善を行った。さらに本研究の目的である大型機におけるタービン発電機システムの提案を行った。解析精度向上においては利用するタービンの空力特性を実証試験に基づき補正することで、出力変動の再現精度を向上した。さらに慣性モーメントの異なるタービンを利用した実海域試験との比較検証によって、慣性の影響が適切に再現できることを確認した。また、タービンの流入条件となる一次変換部モデルについても、不規則波中の応答を再現できることを確認した。以上のモデルを用いた翼型の開発ならびにシステム性能評価を通じて、既存翼型を用いて、理論効率の9割以上を期待できる定格出力30kWの発電システムの提案を行った。提案したモデルに対して実海域により計測された、有義波高0.5から4m、有義波周期4秒から12秒の波浪条件による解析を行った結果、波高1m，波周期5秒以上の条件では理論最大効率の9割以上のタービン効率を示すことが確認された。これは、年間の発電条件のほとんどにおいて、タービンを高効率に維持できることを示唆している。そして、以上により提案する高効率タービン発電機システムに対して、相似則に基づく大型機への適用性検討を行った。その結果、500kWの大型機に対しても本研究において提案したシステムが適用可能であることが示された。以上により、当初計画目標であった大型ブローホールシステムのタービン発電機設計に寄与する結果を得ることができた。

波浪发电系统在国内外都被视为具有可靠能量转换系统的前景，是一个重要的研究课题。在这项研究中，我们对世界上首次的气孔波浪发电系统和涡轮发电机的控制进行了研究和开发。今年，我们通过进行演示测试和提高软件的复杂性，解决了去年存在的仿真软件缺乏验证的问题。此外，我们提出了一种用于大型机器的涡轮发电机系统，这也是本研究的目的。为了提高分析的准确性，基于演示试验对所用涡轮机的气动特性进行了修正，提高了输出波动再现的准确性。此外，通过与使用不同转动惯量的涡轮机的实际海上测试进行比较，我们确认可以适当地再现转动惯量的影响。我们还证实，可以使用主转换器模型（即涡轮机的流入条件）来再现不规则波浪的响应。通过翼型的开发和使用上述模型的系统性能评估，我们提出了额定输出为30kW的发电系统，使用现有翼型可以实现90%以上的理论效率。通过对有效波高为0.5~4 m、有效波周期为4 s~12 s的实际海区实测波况对所提模型进行分析，发现在波高为1的条件下，米和波浪周期5秒以上，证实涡轮效率超过理论最大效率的90%。这表明涡轮机在一年中的大部分发电条件下都可以保持高效率。然后，我们基于相似定律研究了上述高效涡轮发电机系统在大型机器中的适用性。结果表明，本研究提出的系统适用于500kW的大型机器。由于上述原因，我们获得了有助于大型气孔系统涡轮发电机设计的结果，这也是该项目的最初目标。