浮体式洋上太陽光発電プラットフォームの斬新なモジュール設計

中国と米国の研究者らは、風と波の組み合わせ条件下で海上で相互接続された複数のモジュールの挙動を評価するための、新しいモジュール式浮遊太陽光発電 (FPV) ソリューションを提案しました。大連理工大学とメイン大学の科学者が参加したこのチームは、さまざまな種類の固定 FPV システムと多関節 FPV システムを分析して、可能な最適化方法を決定しました。

 

「FPV は、風、波、流れ、その他のマルチフィジックス場が結合した複雑なマルチボディ システムです。そのため、オフショア環境向けの FPV システムを設計するための堅牢なエンジニアリング手法とモデルの開発が最も重要です」と研究は述べています。

 

分析の結果、モジュールの数が増えるにつれて運動学的応答がより顕著になり、調査した構成では 2 x 2 プラットフォームの傾斜応答が最も強いことがわかりました。研究チームはまた、ヒンジ接続によって生成される追加の動作により、マルチボディ FPV システムの「無視できない」動的応答が生じる一方、固定接続のシステムは顕著な動的応答を示さないことも発見しました。さらに、研究者らは、固定接続のシステムよりもヒンジ接続のシステムの方が固定応力が大きいことを発見しました。

 

この研究で、チームは、半潜水型オフショアエンジニアリングプラットフォームの概念を組み込んだ、FPV プラットフォームの新しいモジュール設計を発表しました。橋、船舶、海上プラットフォームの係留に一般的に使用される曲線に基づいた管状係留システムを使用しています。さまざまなタイプの FPV プラットフォームの全体的な流体力学的性能と動作特性が、中国の山東省のオフショアサイトで周波数領域解析を使用して評価されました。

 

研究者らは、円筒形のポンツーンと波板から FPV プラットフォームを構築しました。彼らは、ポンツーンの上部の鋼鉄の梁に 10 度の傾斜でソーラー パネルを設置しました。各梁は、プラットフォームごとに少なくとも 250 キロワットの電力を供給します。彼らは、アンカーされた単一、2 x 2、および 3 x 3 FPV システムの極端な条件下での動きの挙動を調査しました。

 

研究者らは、「FPV プラットフォームの安定性は、転覆による電力供給装置の損失を防ぎ、送電ケーブルへの損傷を最小限に抑える上で非常に重要です。」と述べています。したがって、係留の設計は、FPV システムの動的動作を軽減するために非常に重要です。

 

この研究は、波の挙動が質量と剛性の比によって影響されることを強調しています。研究者らは、谷がまさに 2 つのモジュールが出会う場所にあり、モジュールが V 字型をしている場合、2 x 2 FPV システムが波に対して最も強く反応することを発見しました。ただし、3 列目のモジュールを追加すると相対運動が減少するため、「3 x 3 プラットフォームの最大ピッチング運動」が 2 x 2 プラットフォームの最大ピッチング運動よりも小さくなりました。

 

チームは分析に基づいて、動きと構造的応答を軽減するために、マルチボディ FPV システムを少なくとも 15 度の角度で取り付ける必要があることを推奨しています。

 

チームの研究結果は、Sustainable Horizo​​ns に掲載された研究レポート「波浪と風の複合荷重下における複数接続型洋上浮体式太陽光発電システムの動的挙動の評価: 包括的な数値解析」に掲載されています。

 

「係留システムを最適化することで、パフォーマンスをさらに向上させ、プラットフォームの動作を減らすことができます。このような最適化はコスト削減につながり、システム全体の経済性を高めることができます。」とチームは結論付けています。