大容量発電技術部門division of renewable power generation

地産地消対応型の高性能な熱・流体エネルギー変換システムの開発

取組課題の概要

北陸の風土と需要に応じた地産地消型の再生可能エネルギーによる発電技術の高度化を目指す。ワットからメガワット級に至る熱・流体エネルギー変換システムである小形風力発電システム、浮体式垂直軸風力発電システム、高性能燃焼発電システム、熱音響発電システムなどの研究開発を行う。

取組課題の内容

流体エネルギーを利用する風力発電システムにおいては、市街地へ導入する小形風車の高出力化、低騒音化、安全性向上などに係わる研究開発を行う。さらに洋上へ導入する浮体式垂直軸風車の風車本体と浮体構造物形状の最適化や運転時の制御技術などの研究開発を行う。また、木質バイオマス等の未利用資源からの熱エネルギー変換システムにおいては、乾燥バイオマスのガス化による内燃機関発電システムと廃熱で駆動する熱音響発電システムの高性能化、及びこれらに関連した制御技術などの研究開発を行う。本部門での技術開発項目と年次計画を以下に示す。

  • 技術開発項目

    • 小形風力発電システムと浮体式垂直軸風力発電システムの開発

      ①高効率・低騒音な小形風力発電システムの開発
      従来型風力発電システムに比較して1.5倍以上の出力(効率)向上を目指し、集風加速装置の開発、建築構造物周辺等の増速領域利用手法の開発などを行う。また、空力騒音の発生源と伝播メカニズムを解明し、風車ブレード(翼形)の改良、振動制御などにより、従来型風力発電システムに比較して-5dBの騒音低減化技術を確立する。
      ②浮体式垂直軸風力発電システムの開発
      地上に設置された条件下での垂直軸風車性能やタワーを含めた振動特性を解明し、制御技術を開発する。さらに、浮体構造物に設置された動揺条件下に発展させ、浮体式風力発電システムの最適化を行う。
    • 未利用資源活用による高性能燃焼発電と熱音響発電システムの開発

      ①高性能燃焼発電システムの開発
      未利用資源である乾燥バイオマスを利用したガス化による内燃機関発電システムの技術を確立し、発電容量10kWで投入エネルギーの25%を,40kWで35%を,電力として取り出せる装置の開発を行う。
      ②廃熱駆動型熱音響発電システムの開発
      未利用エネルギーである廃熱で駆動する熱音響エンジンにおいて、スタックの多段化、気液相変化の利用などにより、発振開始温度比1.5、カルノー効率比で20%の熱効率を実現するとともに、それを用いた振動発電システムを構築する。また、①の燃焼発電の廃熱に適用し二次発電を図る。
  • 年次計画

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研究目的

北陸の風土と需要に応じた地産地消型の再生可能エネルギーによる発電技術の高度化を目指す。ワットからメガワット級に至る熱・流体エネルギー変換システムである小形風力発電システム、浮体式垂直軸風力発電システム、高性能燃焼発電システム、熱音響発電システムなどの研究開発を行う。

年度実施計画案

部門名 大容量発電技術 部門長 木綿 隆弘
組織等 氏名 属性 所属・職名 役割分担
木綿 隆弘 兼任 機械工学・教授 研究統括、風力発電システムの開発
多田 幸生 兼任 機械工学・教授 廃熱駆動型熱音響発電システムの開発
榎本 啓士 兼任 機械工学・准教授 高性能燃焼発電システムの開発
河野 孝昭 専任 RSET・准教授 高効率・低騒音な風力発電システムの開発
山本 茂 協力 電子情報・教授 システム制御理論に基づく系統電力と自然エネルギーの連携システムの開発
斉藤 武久 協力 環境デザイン・教授 波力発電システムの開発
寺岡 喜和 協力 機械工学・准教授 高性能燃焼発電システムの開発
研究内容の概要

北陸の風土と需要に応じた再生可能エネルギーの効率的利用を目的とし、
ワットからメガワット級に至る種々の熱・流体エネルギー変換システムの開発を行う。
流体エネルギーを利用する風力発電システムにおいては、市街地へ導入する小形風車の
高出力化、低騒音化、安全性向上などに係わる研究開発を行う。
さらに洋上へ導入する浮体式垂直軸風車の風車本体と浮体構造物形状の最適化や運転時の制御技術などの研究開発を行う。
また、木質バイオマス等の未利用資源からの熱エネルギー変換システムにおいては、
乾燥バイオマスのガス化による内燃機関発電システムと廃熱で駆動する熱音響発電システムの高性能化、
及びこれらに関連した制御技術などの研究開発を行う。

実施計画の概要
風力エネルギー利用技術の開発(木綿,河野,山本, 斉藤)
  • 集風装置による高効率な垂直軸風車の設計・開発
    風レンズ効果を活用した集風装置によるクロスフロー風車の出力向上のメカニズムの解明を引き続き継続する。
  • フェンス上部やビル屋上の増速域を利用した高出力な小形風車の開発
    風洞実験、屋外実測、CFD解析によるフェンス上部や屋上の風条件の把握と
    それを模擬したせん断流中での風車性能の評価を引き続き継続する。
  • 静穏な小形風車の設計・開発
    直線翼ダリウス風車の翼・アームの形状が騒音レベルに与える影響について、
    風洞実験による評価を引き続き継続し、CFD解析による騒音発生メカニズムの解明に取り組む。
  • 風車支柱の振動特性の解明
    水平軸風車および垂直軸風車の支柱について、
    CFD解析および構造解析により、ロータ回転に伴う支柱の振動特性を明らかにする。
燃焼発電システム・廃熱駆動型熱音響発電システムの開発(多田, 榎本,寺岡)
  • 木質バイオマスの高温ガス化装置の開発
    10kW未満でも燃料-電力変換効率が25%以上のガス化発電装置を開発する。
  • 自己再生型リグニン分解装置の開発
    燃料に含まれる炭素の90%以上(質量割合)を気体として取り出す装置を開発する。
    取り出された気体は各種素材を生成するための基材として利用する。
  • 廃熱駆動型熱音響発電システムの開発
    スタック構造および管路形状の改良による熱音響エンジンの高性能化を追究する。
    また、気液相変化型熱音響エンジンの発振機構の解明と装置形状の最適化を図る。
セミナー等の
開催予定
研究ミーティング:7回(4, 5, 6, 7, 10, 11, 12月)
シンポジウム開催:1回(2月)