成果報告書詳細
管理番号20110000001319
タイトル平成22年度~平成23年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業/新エネルギーベンチャー技術革新事業(風力発電その他未利用エネルギー)/自己起動特性を向上した直線翼縦軸風車の実用化開発
公開日2011/9/9
報告書年度2010 - 2011
委託先名工藤建設株式会社 学校法人工学院大学
プロジェクト番号P10020
部署名技術開発推進部
和文要約1.量産価格を考慮し、自己起動特性を向上した直線翼縦軸風車の形状開発 (1)材料の選定 5種類の材料(FRP<ガラス繊維>、FRP<ビニロン繊維>、アルミ、鉄、木材)にて最大翼厚で模擬した平板翼を試作し、下記比較試験を実施。その結果、FRP素材(ビニロン繊維)の採用を決めた。(1-1)密度対強度(1-2)塑性変形時の材料特性(1-3)衝撃を受けた時の材料特性 (2)価格調査  ブレードの価格を調査した結果、鉄が安いものの(1)の結果を受け、鉄の価格の1.5倍に収まるFRPを採用することとした。 2.風力発電装置としての設計、試作及び性能評価 小型モデルを製作し、風洞試験を実施した。その結果、以下の成果が得られた。 (1)起動風速は2.61m/sであったが,レイノルズ数と乱流促進装置の効果を考えると起動風速0.5m/sは達成可能である。 (2)ダイナミックバランスを取らない場合,高速回転に移行すると軸ブレが顕著になるため,バランスが重要である。 (3)ヒステリシス検証により風車増速で風車が破壊され、周速比1以下の抗力モードから1以上の揚力モードに変更する要因があることを確認した。 (4)V字サポートフレームの場合,強度計算を入念に行う必要がある。 (5)風の変動によって,風車の大幅な増速が生じる可能性があるので,制御アルゴリズムの構築が必要である。  この成果に基づき、今後以下の課題を解決することとした。 (1)小型モデルではスケール効果が生じてしまう為、量産サイズでの試験が必要である。 (2)安全性を考慮し、周速比が上がり過ぎないようブレーキ機構の検討が必要である。 (3)風車の揚力-抗力切り換わりなどのアルゴリズムの解析が必要である。 (4)周速比4程度までは壊れないブレードを設計する必要がある。 (5)ダイナミックバランスを調整する方法が必要である。  3.ビジネスプラン作成 (1)ビジョン 平成9年より風向きに左右されず安全性に優れた当社独自の「クロスフロー形風車」を開発し、既に約100基の実績がある。しかしながら、電力供給装置としては単体での発電能力が30Wと低いことが課題であった。今回開発する揚力型の直線翼縦軸風車はこれらの問題を解決し、また発電量は国内の風車でデッドゾーンとなっている1~30kWのものをカバーできる。この発電量があれば、これまで使えなかった離島や塩害により太陽光発電が不利な場所などへの導入も可能となる。さらに国内のみならず、電力事情の悪い海外への輸出なども視野に入れていく。 (2)ニーズ (2-1)太陽光発電に変わる補助発電装置 (2-2)商用電源の供給の困難な地域 (2-3)災害時の非常用電源
英文要約1.The self-starting straight wing vertical axis wind turbine was developed of its market price.(1)Material Selection We created a demo version of the windmill with the maximum thickness of the flat plate wing comparing five types of material [FRP (glass fiber), FRP (vinylon fiber), aluminum, iron and wood]. The results showed that the FRP(vinylon fiber) were the best.(1-1)Strength versus density(1-2)Material properties during plastic deformation(1-3)Material properties during shock (2)Price Survey Blade price was investigated and found that the iron was the cheapest material.
However,from the results of (1) experiment, we have chosen FRP materials, which cost 1.5 times of the iron. 2.Design, Implementation and performance evaluation of wind power generator Small model of wind tunnel test was conducted. The following results were obtained.(1)Starting wind speed was 2.61m/s however, taking into the considering of the effects of wind turbulence enhancement unit and the Reynolds number; it is possible to achieve 0.5m/s.(2)The effect of turbulence promoting device was confirmed to be tremendous.(3)When the blades spin at high-speed, there is a remarkable shift in the shaft that the dynamic balancing was found to be an important factor.(4)From the Hysteresis test, the accelerating of wind speed lead to the destruction of the windmill and resistance mode of cycle ratio below 1 must be switched to lift mode of more than1.(5)Due to the change in wind direction, the speed of the windmill may increase. Therefore, suppression algorithm must be programmed.From these finding, we are resolving the issues listed below.(1)With miniature models there is a scaling effect. Thus it is required to test with the actual size of the windmill.(2)To prevent high speed rotation ratio, inclusion of breaking system need to be considered for safety.(3)Switching functions of Windmill’s lift power and resistance power’s algorithm are required.(4)It is required to design blades that do not break even the wind speed ratio reaches 4.(5)There need to be a method to control the dynamic balance. 3.Business plan (1)Vision Since 1997, we have been developing “cross-flow style windmill” that does not get affected by multiple directions of wind as well as being safe. We have installed more than 100 windmills, however, as a power generator, the amount of power that can be produced is only 30W and this was an issue. The windmill we are currently developing is a lift-power “straight wing vertical axis wind turbine” and can resolve these issues. This can generate 1to30kW, which currently is considered dead zone in Japan. With this generator, we can power supply isolated islands, places that could not previously installed solar power generator from salt damages becomes possible. This windmill can help countries where power is not easily accessible as well. (2)Needs(2-1)Alternative for supporting solar power generator(2-2)Area where the power is not easily accessible(2-3)Emergency power supplies during disasters
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