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成果報告書詳細
管理番号20180000000026
タイトル平成23年度ー平成27年度成果報告書 風力等自然エネルギー技術研究開発 海洋エネルギー技術研究開発 海洋エネルギー発電システム実証研究(空気タービン式波力発電)
公開日2018/3/16
報告書年度2011 - 2015
委託先名エム・エムブリッジ株式会社 東亜建設工業株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約1 要約
本研究開発が対象とする波力発電装置は、日本で30年以上の研究実績がある振動水柱型空気タービン方式(Oscillating Water Column:以下OWC)である。従来型OWCの高効率化を目指し、プロジェクティングウォール(PW)付ユニット型発電装置(PW-OWC発電装置)を発案するとともに、初めて実証機に衝動タービンを採用した。
 本発電装置は、既存の防波提、護岸などにユニット型発電装置を後から設置することが可能であり、建造費、維持管理費を抑えることができる。平成23年ー平成25年度は、FS研究で、PW-OWC型波力発電装置の安全性に係わる耐波性能、エネルギーの変換性能、設計法の確立について研究を行った。具体的には、小型模型(1/26、1/25)、大型模型(1/6.7)による段階実験によって、装置の安全性・性能、既存設計法の本システムへの適用性を確認し、実用化の目処をつけた。
 H26年度から、酒田港内の護岸(有孔ケーソン)上に波力発電装置を設置(搭載)して実証実験を行った。既設護岸に適合する波力発電装置の設計・製作後、平成26年11月に酒田港内ヤードに装置を搬入して設置作業を進め、平成26年12月25日に完了した。
 平成27年1月17日から、波力発電装置の24時間連続運転を開始し、同年9月30日まで発電した。10月1日から10日間程度で波力発電装置の撤去を完了した。
 取得した発電データの解析の結果、発電能力は想定していた効率を満足していることが確認できた。これまでの成果を以下に列記する。

2 研究成果
(1) FS研究成果(平成23年度から平成25年度)
 1. PWの効果で、従来の単一のOWCの1.5倍、衝動タービンの採用で1.2倍の効率向上が図れることを確認した。
 2. PW-OWCの後付けユニットを既設の護岸、防波堤に搭載することで、ケーソンなどの下部工に悪影響がないか検証を行い、安全性が確保されていることを確認した。
 3. PW-OWCの設計法で、港湾基準で示される外力評価式(合田式)の適用性の検証を行い、問題が無いことを確認した。
(2) 研究成果(平成26年度から平成27年度)
 1.PW-OWC型発電装置に関する設計法を確立し、実際の装置の設計に適用した。
 2.酒田港の消波護岸(有孔ケーソン)にPW-OWCを想定した発電装置を設置することを立案し、発電装置を護岸上に設置(搭載)した。
 3.発電装置の設置、撤去は、一つのトラブルもなく、施工計画通り完了した。
 4.発電装置設置後、発電終了までデータを計測・収集した。
 5.PWの効果と衝動タービンの効率向上により、当初想定していたエネルギー変換効率を達成できることが確認できた。実験水槽と異なり、不規則な波が存在する実海域実験において、衝動タービンは、OWC内の水面変動により生み出される圧縮空気にレスポンス良く反応し、室内実験と同程度の性能を発揮できた。
 6.当初、発電装置の騒音が懸念されたので、装置に騒音対策を施すととともに、装置の設置前・設置後に複数箇所の騒音を計測し、データを解析した。その結果、装置稼働時に問題となる騒音は発生しなかった。
 7.酒田港の第一線防波堤に50基の発電装置を設置した場合の発電コストを試算した。その結果、発電単価は概ね40円/kWh(41.5円/kWh)となった。
英文要約1 Summary
Two private companies with two research institutes & two universities jointly started a consortium research for practical use of the oscillating water column system (OWC) in 2011. Hydraulic experiments with small and large scales (S:1/25 -- 1/7) were conducted to improve the primary conversion from wave to air flow. Projecting-walls (PW), installed both side of the opening, were found out to make frequency dependency reduced. At the same time, a new impulse turbine was developed to improve the secondary conversion from air flow to electricity under the natural irregular waves.
In 2014, the consortium strengthened its design and construction power by welcoming two new members of expert. The consortium tried a new application of PW-OWC system to the existing coastal embankment in the Sakata Port. The embankment has a series of two air chambers in front-back direction inside to reduce wave-reflection. Its front chamber is expected to behave as PW and its back chamber as the water-air column (OWC). Numerical analysis was applied to this embankment to examine the response of the primary conversion against incident wave. Appropriate size of the impulse turbine and generator was selected. An experiment facility of wave power conversion was finally installed on this embankment in December, 2014. After the official safety inspection by METI, the field experiment was started to obtain the data of waves and generated electricity since January, 2015. The experiment with continuous monitoring was conducted until September 30, 2015.
The PW-OWC system with the impulse turbine is expected as a possible design of the practical application

2 Major Results
(1) Feasibility study (From 2011 to 2013)
 1.Comparing to the conversion efficiency of the conventional OWC, the efficiency of the OWC with PW is found improved by the factor of 1.5, and that of the OWC with an impulse turbine by the factor of 1.2.
 2.The safety of the installation of the unit-type PW-OWC device on the existing embankment/breakwater was examined by hydraulic experiments. Any adverse effects were not found at the embankment or its foundation.
 3.In the design process of ation of the unit-type PW-OWC device on the existing embankmentvice can be evaluated by the Goda formula, which is commonly used as a design standard for port facilities in Japan.

(2) Field study (From 2014 to 2015)
 1.We established the design method about the PW-OWC type electrical generator and applied to the design of the real device.
 2.The actual device of PW-OWC wave generator was installed on the existing embankment in Sakata Port. This device generated electricity responding to the incident waves. Noise from the device was found quite low. Installation and removal were conducted quite smoothly.
 3.The generating electricity cost when installing 50 units of generating electricity equipment in the front line breakwater in Sakata Port, was calculated as a test. As a result, the generating electricity unit price was roughly 40 yen /kWh (41.5 yen /kWh).
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