ピコ水力発電のPTDRの飛躍的向上

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ピコ水力発電の高出力化および低コスト化において，出力-水車直径比(PTDR)の向上は非常に重要である．本研究では，二重反転形羽根車の性能特性に着目し，ピコ水力発電のPTDRの更なる向上を目指す．令和4年度は，令和3年度に実施した研究成果を活用し，二重反転形小型ハイドロタービンの実験装置を構築し，その性能改善効果を確認する．令和3年度までの研究により，二重反転形小型ハイドロタービンは，定格回転条件下では，設計流量の2倍の流量においても効率の低下が小さく，出力が大きく上昇することを示した．また，数値流れ解析により，出力増加メカニズムの調査を行い，高流量域においては，後段羽根車入口での流れと入口角のミスマッチが大きいが，後段翼間では流れが羽根に沿うことで一定の性能を維持できることを示した．そこで，令和4年度は，令和3年度の研究成果を活用し，定格回転条件下でも広い流量範囲において運用が可能と考えられる高ソリディティのタービンの設計を行うと共に，二重反転形小型ハイドロタービンの軸機構，シール，発電機，整流器ユニット，パワーコンディショナーなどの要素技術の検討を実施した．その上で，実験装置の構築と回流試験装置の改良を行った．47mmの超小型タービンにおける性能試験を実施し，回流試験装置において，330Wの出力が得られた（PTDR=7021W/m）．これまでの基礎研究における58mmのタービンでは，PTDR=1707W/m，高流量条件下でPTDR=3000W/mを予想していたため，大幅な性能改善を実現できた．また，水車システムとしても，漏水，電気関係のトラブルもなく完成度の高い試験装置を構築できた．