女性研究者シーズ集

群馬大学 電子情報部門
桑名 杏奈[ Kuwana Anna ]
研究分野
数値流体力学
主な研究テーマ
小型風車の特性解析
キーワード
  • 数値流体力学 Computational Fluid Dynamics
  • 数値計算 Numerical Calculation

連絡先
群馬大学 電子情報部門  桑名 杏奈 助教
TEL : 0277-30-1760 MAIL : kuwana.annagunma-u.ac.jp

数値計算による小型風車の特性解析
Characteristic analysis of small wind turbine

風車シミュレータの多くは、速さ一定の風が、一方向から吹き続けていることを前提として作られているといえる。実際の風況下では発電予測は過大評価される危険があり「回らない風車」の建設につながる恐れがある。本研究では、分散型エネルギーシステムにおける小型風車の利用を念頭に、日本の複雑な風況下における風車の特性解析を目指す。

変動風に対する小型風車の応答特性の解析

大型ウィンドファームや洋上風力発電では、大型プロペラ型風車が主に用いられている。対して分散型エネルギーシステムには、小型の垂直軸型風車が用いられることが多い。垂直軸型風車は電力需要地(住宅地)付近に建設するのに適しているが、想定より回らない、発電量が得られないなど、問題も多い。日本は国土が狭く、風況が複雑であるため、欧州など風力発電先進国において開発された風車、蓄積された風車運用ノウハウを適用できない場面が多い。特に小型の垂直軸型風車は導入数も少なく、経済的に安定した事業化に至らないのが現状である。本研究では、分散型エネルギーシステムにおける小型風車の利用を念頭に、日本の複雑な風況を考慮した風車シミュレータの開発を目的とする。

実際の風況下における小型風車の出力を得るシミュレータの開発

風車の仕様(カットイン風速(発電開始できる風速)など)を得るためのシミュレーションや風洞実験では、風車が一定の角速度で回転し続けている状態におけるデータを用いることが多い。また、発電予測のためには、風車設置地点における年平均風速などが用いられる。つまり、現状の風車シミュレータは、速さ一定の風が、一方向から吹き続けていることを前提として作られているといえる。しかし、実際には風速は時間とともに推移する。仮に平均風速がカットイン風速より高かったとしても、常にカットイン風速以上の風が吹き続けているとは限らない。結果、実際に発電できる時間帯は限られ、発電予測は過大評価され、「回らない風車」の建設につながる恐れがある。本研究では、時間変化する風速に対する小型風車の応答特性を調べ、実際の風況下での風車の出力を正確に求めるためのシミュレータの開発を目指す。

ぐんまダイバーシティ地域推進ネットワークへの期待

異分野の方どうし繋がることで、各々が一人ではできないことが実現出来たらいいなと思います。

教育に関する情報

主な講義のテーマ 数値計算
担当講義名
  • シミュレーション工学特論
講義の概要 コンピュータの発達によってシミュレーション技術は、多くの分野でますます重要になってきている。本講義ではシミュレーションの対象として、理工学分野に限らず多くの分野に関わりが深い基礎的な現象である熱・流れを取り上げ、熱・流動シミュレーションの実例を学ぶ。微分方程式の差分化、プログラミング、実行、結果を描画するまでの一連の流れを身につけることを目標とする。

社会貢献に関する情報

社会貢献できる関連分野名 数値流体力学、数値計算、情報教育

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