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次世代の洋上風力発電と海洋状況把握(MDA)のための

自律高空帆走プラットフォームの開発

岡山大学 大学院環境生命科学研究科

社会基盤環境学専攻

准教授 比江島 慎二

2019年9月5日

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強力なエネルギーを持つ流体励起振動

風や水流から効率的にエネルギーを取り出せるかもしれない

フィードバック増幅を伴う発散振動

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Hydro-VENUSに関する知的財産権

• 発明の名称 ：発電機

• 特許番号 ：特許第5303686号

• 特許権者 ：岡山大学

• 発明者 ：比江島慎二、林健一

• 国際特許 ：米国，欧州，中国，豪州

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発電機

Hydro-VENUS(Hydrokinetic Vortex ENergy Utilization System)

流れ

流れ

カルマン渦による渦励振

特許第5303686号発電機

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Hydro-VENUSの水槽実験

水流

6

振り子の断面形状改良による性能向上

半円柱円柱

5W 30W６倍

流れ流れ

渦励振 ギャロッピング

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最高性能の振り子と新たなイノベーション

振り子

回転バネ流れ

6

1

半楕円

出典：Aerodynamics (Lanchester, 1907年)

Lanchesterプロペラ

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回転メカニズムの違い

回転方向

回転方向

Hydro-VENUS翼 型

剥離した流れ

剥離のない流れ

剥離の無い流れから回転力を得る

剥離した流れから回転力を得る

ピッチ角

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Lanchesterプロペラの例

出典：YouTube

非常に大きな力を出すことができる 回転速度が低いため，実用化されることはなかった

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回転型Hydro-VENUSのエネルギー取得性能

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0 5 10 15 20

Cp

b

Hydro-VENUS (半楕円)

翼型 (NACA0015)

翼型 (NACA4415)

(deg)

エネルギー取得性能

ピッチ角ピッチ角

翼型に匹敵する高いエネルギー取得性能を持つLanchesterプロペラは世界初

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回転型Hydro-VENUSの起動性能

-0.04

-0.02

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0 1 2 3 4 5 6 7 8

CT

l

Hydro-VENUS (半楕円)

翼型 (NACA0015)

翼型 (NACA4415)

b = 0deg回転速度

回転力

Hydro-VENUSは静止状態から起動しやすい

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正逆両方向に回転できる

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産学連携の経歴

• 2010年-2014年 三井造船・鹿島建設と共同研究

• 2015年- 大学発ベンチャー(株)ハイドロヴィーナス設立

• 2015年-2016年 NEDO新エネルギーベンチャー技術革新事業に採択

• 2017年-2018年 JST地域産学バリュープログラムに採択

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振り子式Hydro-VENUSによる潮流発電

20m

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現在の洋上風力発電の問題点

年平均風速

30km

浮体

風車

浮体式洋上風車

沖合30kmを超えると送電・設置コストが増大

30km以内は漁業と競合，風力も微弱

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“自律高空帆走発電”の提案

凧型の飛行体で強力な高空風力を捉え，８の字飛行で風力を増幅

飛行体で浮体を帆走させ，人工的に水流を作り，水流タービンで発電

電力は送電せず，浮体内に蓄電，海水の電気分解で水素に変換・貯蔵

固定設置せず帆走しながら発電するため，30kmを超える遠洋で発電可能

風力で自律航行するドローン船，勝手に発電して勝手に電力供給

浮体蓄電・水素変換

帆走

風

飛行体

揚力

飛行体を用いた風力推進船(SkySails社)

水流

Hydro-VENUS

水流タービン

８の字飛行(Wachter: Power from the skies,

Leonardo Times, 14(Dec), 2010)

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沖合30km以上の膨大な遠洋風力が利用可能に

特定海域を専有しないので漁業と競合しない

風車のような巨大なタワーや係留アンカーが不要

エネルギー密度が高い水流タービンは風車の1/4

～1/5の小型サイズ

自律高空帆走発電で可能になること

100m

高空風力

低空風力

飛行体

浮体

水流タービン

風車方式 自律帆走方式

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自律高空帆走プラットフォームの構築

風力が動力源なので燃料補給が不要で長期稼働が可能

無人による自律航行によって様々な任務を遂行

広範囲に多数配備することで発電以外の様々な用途に利用可能

例えば，海洋基本計画で政府が進める海洋状況把握(MDA)に有用

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政府の進める海洋状況把握（MDA）とは

出典：内閣府

海洋監視・海洋観測による情報を共有することで海洋を「可視化」

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MDAへの適用例①：洋上防災観測システム

台風や津波を洋上でいち早く捉え，多発する災害から

国土を守る

気象・海象

津波

出典：(株)気象サービス

出典：内閣府

気象・海象観測機器

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監視装置

MDAへの適用例②：海上保安システム

飛行体で高々度から広い海域を監視し，不審船や密漁船

の監視，海難救助，離島防衛など，無人で24時間，海の

安全・安心を守る

不審船・密漁船

出典：海上保安庁

海難救助

出典：鹿児島県十島村

離島防衛

出典：海上保安庁

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MDAへの適用例③：海底資源探査システム

広大な海底に眠る希少資源を無人探査

海底資源

出典：JOGMECソナー・探査装置

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MDAへの適用例④：海洋環境保全システム

高い機動性を活かして海洋プラスチックごみを自動回収

希少な水産資源や気候変動に伴う海洋環境の変化を無人

で長期観測

海洋プラスチックごみ

水産資源出典：Wikipedia

出典：日本財団

海洋環境

出典：Greenfield

海洋ゴミ回収

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サーバー

MDAへの適用例⑤：洋上高速通信・洋上クラウド

飛行体を使った高々度アンテナで洋上高速通信網を構築

浮体にサーバーを搭載，海水による自然水冷式の洋上データ

センターや洋上クラウドを構築，海洋ビッグデータの共有

飛行体を使った高々度アンテナ 海中データセンター(米マイクロソフト)

出典：Maritime applied physics corp.

高々度アンテナ

出典：Microsoftnews.microsoft.com

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MDAへの適用例⑥：洋上給電ステーション

電動推進船の洋上給電ステーションとして，船舶の

完全電動化を促進し，海上交通の脱化石資源を実現

電動推進船

出典：ツネイシクラフト＆ファシリティーズ(株)

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海洋状況把握(MDA)の共通プラットフォームとして

日本の排他的経済水域(EEZ)は国土の12倍，世界第６位の広大な面積

しかし，その広大な海洋空間は未利用のまま活用されていない

自律高空帆走船が海洋状況把握(MDA)の共通プラットフォームとなり，

排他的経済水域を高度利用，海洋空間を仮想的な国土のように活用

海洋ビッグデータを活用して新ビジネスを創出，海洋立国へ

自律高空帆走プラットフォーム

出典：日本船主協会

洋上風力

洋上給電

防災観測

海上保安

海底資源

水産資源

海洋ごみ

洋上通信

洋上クラウド

海洋状況把握(MDA)システム

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中国も海洋観測用の無人半潜水艇を開発

出典：Advance in Atmospheric Sciences, Vol.36, pp.339-345, 2019

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オープンイノベーションで実用化へ＜実用化に必要な技術の例＞ 風力を動力として自律航行するドローン船の技術 流体抵抗と波の影響が小さい浮体の技術 凧型の飛行体を用いた高空風力の技術 高強度・軽量の曳航ケーブル素材の技術 洋上環境に適した蓄電，水素変換・貯蔵の技術 低速回転で効率の高い多極発電機の技術 高強度・低コスト・ロバストな水流タービン翼の技術

飛行体

浮体

蓄電池・水素変換

水流タービン翼

発電機

曳航ケーブル

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お問い合わせ先

岡山大学 大学院環境生命科学研究科

准教授 比江島慎二

TEL:086-251-8869

hiejima＠okayama-u.ac.jp

www.cc.okayama-u.ac.jp/~hiejima/

岡山大学 産学連携・技術移転本部TEL:086-251-8463sangaku@okayama-u.ac.jpwww.orpc.okayama-u.ac.jp/