成果報告書詳細
管理番号20160000000874
タイトル平成25年度ー平成27年度 地熱発電技術研究開発 発電所の環境保全対策技術開発 硫化水素拡散予測シミュレーションモデルの研究開発  
公開日2017/1/31
報告書年度2013 - 2015
委託先名日揮株式会社 学校法人明星学苑明星大学
プロジェクト番号P13009
部署名新エネルギー部
和文要約本研究は、国の地熱開発促進への取組みの中で提言されている硫化水素拡散予測評価期間短縮化の必要性に鑑みて、予測評価期間および費用を半減するための、風洞実験に代わる硫化水素拡散予測シミュレーションモデル(以下、数値モデル)を開発することにより、環境アセスメントの円滑化に資することを目的として実施した。開発の進め方としては、はじめに硫化水素の拡散挙動に関する調査を行い、硫化水素の拡散挙動に影響する因子を抽出した後、数値モデル構築に当たり考慮すべきパラメータ等を明確化した。次に、それらパラメータ等を考慮して、数値モデルを構築した。その性能評価を実施するため、風洞実験を実施し、風洞実験結果と開発した数値モデルの計算結果の比較評価により、開発した数値モデルの適用性を評価した。硫化水素の拡散挙動の調査に関しては、国内の地熱発電所等における硫化水素放散に関する環境影響評価等の先行事例の調査に基づく硫化水素の拡散挙動に影響する因子の調査、ならびに硫化水素拡散予測数値モデル構築に係る予備検討を実施することにより、数値モデルの構築に当たり考慮すべきパラメータ等を明確化した。数値モデルの構築に関しては、CFDの汎用コードを用いて、抽出した硫化水素拡散挙動影響因子の影響を踏まえて、拡散予測評価を行うための数値モデルを整備した。硫化水素拡散予測の予測精度に影響する乱流モデルについては、実績が高く、かつ作業時間の短い標準k-εを代表とするRANSモデルを採用した。さらに、その数値モデルを用いて、先行事例における具体的な地形、気象等に係る影響因子を考慮した再現予測計算検討を通じて改善を図った。数値モデルの性能評価に関しては、数値モデルの性能評価を行うための風洞実験計画の策定、それに基づく風洞実験を実施し、比較検証に必要な計測データを取得した。さらに、風洞実験模型の地形データに基づいて、対象地点の計算モデルを作成した。それら計算モデルごとに、数値モデルによる計算を実施して着地濃度等の計算結果を得た。着地濃度等の計算結果と風洞実験による計測値を比較して、性能評価を行った。数値モデルによる計算結果と風洞実験計測結果の比較データから数値モデルの妥当性の検討・評価を行った。 環境アセスメント手法確立へ向けた取組に関しては、開発した数値モデルの環境影響評価手法への反映方法の検討を実施し、適切なモデル利用方法を検討した。開発した数値モデルの評価精度に関しては、当初、ファクター2(FAC2)0.5程度を目標としていたが、達成できなかった。達成できなかった理由として、風洞実験内地形で複雑に発生する乱流の状況をRANSモデルによって適切に再現できていないという技術的な問題が存在すると考えられる。今後解決するためには、地形形状による乱流発生状況を表現するように、乱流シュミット数を適切に設定する手法などの乱流モデルの開発が必要と考えられる。また地形形状により予測精度に大きな差異が生じる場合も見られたため、地形の複雑さの度合いと、予測精度の関係をより詳細に検討することも重要と考えられる。
英文要約The purpose of this study is to develop the numerical model to replace the wind tunnel experiment for environmental evaluation of the diffusion of hydrogen sulfide emitted from a geothermal power plant in order to shorten the evaluation period and reduce the cost of environment impact assessment. As is how to proceed with the development, it started to conduct a survey on the diffusion behavior of hydrogen sulfide, after extracting the factors that affect the diffusion behavior of hydrogen sulfide, the parameters to be considered in the numerical model development were identified. A numerical model was developed considering these parameters, etc. Wind tunnel tests were carried out in order to evaluate the performance of developed numerical model by comparing the calculation results of the developed numerical model with the measuring results of wind tunnel experiments. The applicability of the developed numerical model was finally evaluated through these comparative evaluations. For the study of the diffusion behavior of hydrogen sulfide, the factors that affect the diffusion behavior of hydrogen sulfide were investigated and extracted based on a survey of the precedents of environmental impact assessment concerning hydrogen sulfide diffusion in domestic geothermal power plants. For establishment of the numerical model, a numerical model was developed using a universal code of CFD and considering the parameters that affect hydrogen sulfide diffusion behavior. For turbulence models that affect the prediction accuracy of the hydrogen sulfide diffusion prediction, RANS model typified by standard k-ε, the work time of which is generally rather short, was adopted. The numerical model has been improved through the reproduction calculation of the specific terrain in the prior case. For performance evaluation of developed numerical model, after the wind tunnel tests were planned and executed, the comparison and verification of developed numerical model was carried out through the comparison of results of numerical model with the results of tunnel experiments. For the approaches to environmental assessment method established, an appropriate numerical model usage was studied in order to reflect the developed numerical model on the environment impact assessment.
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