 |
 |
| |
| |
 |
| 地球温暖化や化石燃料の枯渇問題を背景に再生可能エネルギーの導入が進んでいる。再生可能エネルギーの中で最も普及が進んでいるものに水力発電があげられるが，水力発電の中には発電量が3万[kW]未満の中小水力発電と呼ばれるものがある。中小水力発電は世界全体の賦存量が150∼200[GW]とされているが，そのほとんどが未利用であり，開発されているのは5％程度に過ぎない。本研究では中小水力発電の一つとなるマグナス水力発電装置の研究開発を行っている。今回，マグナスブレードの効率改善に関する検討を行ったので報告する。 |
|
|
 |
| 図1にマグナス水力発電装置の構成の一例を示す。本装置は円筒型のマグナスブレードを有するタービンを用いたシステムである。同装置のタービンは流体中でブレードを自転させ，得られる揚力により駆動する。また，タービンの効率改善を目的としたガイドベーンを設置している。 |
 |
| 図1．供試マグナス水力発電装置の構成 |
|
|
 |
|
図2にマグナスブレードに対するガイドベーンの働きを示す。同図(a)はガイドベーンがない場合，同図(b)はガイドベーンがある場合のタービン回転時における流体，揚力，抗力の方向を示したものである。同図(a)の場合，相対流速に対する抗力はタービンの回転を妨げる方向に生じるが，同図(b)の場合，ガイドベーンの働きにより，タービンの回転方向とは関係のない方向に抗力が発生することとなる。その効果について検討した結果の一例を図3に示す。図3はガイドベーンの有無におけるタービンの回転速度の変化を示したものである。図示のようにガイドベーンがある場合，ない場合と比べタービンの回転速度は二倍近く上昇しており，ガイドベーンの有用性が確認できる。
|
 |
| 図2．マグナスブレードに対するガイドベーンの働き |
|
 |
| 図3．ガイドベーンの効果 |
|
|
 |
|
ガイドベーンは有用であるが，機械的な部品の追加は信頼性の低下を引き起こす可能性がある。そこで，ガイドベーンの代わりに渦流を用いる方式を提案する。流体に回転を加えることにより発生する渦は，ガイドベーンと同様の効果が得られるものと考える。その働きを図4に示す。図示のように渦がブレードに作用する状態は，図2(b)と同じと考えることができる。提案する方式の有用性を確認するため供試装置を製作し動作確認を行った。その結果，十分な流速を得られない状態においてもシステムが駆動することが確認できた。
|
|
 |
| 図4．マグナスブレードに対する渦の働き |
| |
|
 |
| 本稿ではマグナス水力発電装置の効率改善について検討を行い，渦を用いる方式を提案した。また，同提案の有用性を確認するため供試装置を用いた実験を行った。その結果，渦を用いることによりマグナスブレードの効率改善の可能性があることが判明した。 |
| |
