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Please use this identifier to cite or link to this item: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/46872

Title: 浮游式黑潮發電先導機組設計開發關鍵技術之研究(1/3)
Authors: 邱逢琛;陳彥豪;陳建宏
Contributors: 國立臺灣海洋大學:系統工程暨造船學系
Keywords: 海洋再生能源;海流發電;黑潮;黑潮發電渦輪機;浮游
Date: 2015
Issue Date: 2018-06-08T06:42:05Z
Publisher: 科技部
Abstract: 摘要:為發展黑潮發電自主技術,推動自主的海洋再生能源開發,並促進台灣海流發電產業發展,在規畫如下的研發路徑圖:亦即「先以建立浮游式黑潮發電渦輪機系統設計與分析關鍵技術為第一階段;其次以1/25 縮尺,800W 小尺寸模型水槽實驗達成技術驗證與展示,並完成1/5 縮尺,20 kW 級中尺寸先導示範機組的設計圖說與性能綜合評估,及其建置規劃為第二階段;其後以導引產業投入建置示範機組及完成實海域測試驗證為第三階段,至此即可由業界主導朝向0.5MW 級以上商用示範機組發展並達成驗證,並以無碳綠島為目標進行數十MW 級示範電廠開發規畫及建置作為下一階段落實產業的里程碑。」之基礎上,本計畫以三年為期,開發浮游式黑潮發電渦輪機系統整合設計與分析之關鍵技術,產出智財並以達成20kW 級浮游式黑潮發電先導示範機組設計及經濟性分析為目標,以期作為下一階段導引產業投入推動示範機組實現及實海域測試驗證計畫之基礎。期望經由帶動業界投入,逐步建構產業鏈並放眼國際,最終以促成台灣海流發電產業技術的發展以及黑潮發電的實現為目標。 本計畫所提出的浮游式黑潮發電渦輪機之創新構型是由五個主要組件所構成,即具壓艙水控制功能之翼形浮體(Foil Float)、直柱(Vertical Support)、橫樑(Cross Beam)、內藏直驅式永磁發電機的機艙(Nacelle)、平軸左右對轉轉子葉片(Rotor Blades)。翼形浮體除了具備浮力調節功能外,並具有利用海流產生動升力調節深度之功能。 本計畫整合了包含台大、海大、台經院等學研團隊,並為求落實產業特與台灣國際造船公司進行產學合作,依下列五個子項計畫分工執行與整合,即浮游式黑潮發電先導機組系統整合設計與性能綜合評估、系統動態模擬分析、轉子葉片設計與計算流力分析、模型水槽實驗分析及性能展示驗證、經濟性與供應鏈分析等。 本計畫執行截至九月的研究進度,可彙整現階段初步結論如下: (1) 本研究已建立了FKT先導示範機組外型幾何模型參數化設計及靜力分析工具,並初步完成先導示範機組之外型設計與靜力分析,並確認了所設計的FKT機組從水面浮游狀態過渡到全沒水狀態的過程中有足夠的縱向及橫向轉變穩度。 (2) 本研究已建立了結構分析模型,並初步完成了先導示範機組結構分析與最佳化設計,其結果將作為後續進一步估算機組結構重量與重心之基礎。 (3) 本研究已建立了直驅式發電機設計分析工具,並因應水槽模型建置需求,先初步完成400W 直驅式發電機規格研擬及性能分析,後續將進行10kW直驅式發電機規格研擬及細部結構設計。 (4) 本研究已初步整合多項軟體,建立了渦輪機本體之系統動力模擬分析工具及完成建模,後續將進行先導示範機組本體之系統動力模擬分析。 (5) 本研究已建立包含繫纜的全系統動態模擬工具,並初步完成先導示範機組準動態分析,包含正常運轉狀態、正常下水狀態、側流狀態及單一轉子葉片失能狀態等之動態反應模擬分析,確認了錨繫的FKT系統具有相當良好的動態穩定性。後續將持續針對各種可能遭遇的情境進行動態反應模擬分析。 (6) 本研究已建立轉子葉片設計分析工具,包含升力線法、升力面法、勢流邊界元素法以及黏性流計算法,並初步完成20kW FKT先導示範機組轉子葉片設計與性能分析。此外,並進行了二葉、三葉及四葉轉子葉片之設計及性能比較分析,確認了在本計畫的設計TSR條件下,三葉轉子葉片設計有最佳的效率。 (7) 本研究已完成1/25 縮尺模型轉子葉片單獨性能及FKT 機組水槽實驗規畫,並已陸續建置所需儀器設備和校正以及進行模型、夾具等製作,後續將進行水槽實驗測試。 (8) 本研究已完成浮游式黑潮發電渦輪機組構想設計、確認其在佈放回收及運轉之可行性及優越性並已向美國提出先期專利申請,確保智財優先權,後續將備妥正式文件提出美國及中華民國專利申請。 (9) 本研究已於9月下旬完成了與日本東京大學高木健教授團隊雙方的黑潮發電學術交流備忘錄(MOU)之簽署,為後續年度舉辦Workshop,開啟國際學術交流建立基礎,且本計畫團隊成員郭振華教授已於7月中旬赴高木健教授研究室進行短期研究,預計為期三個月。 (10) 本研究已藉由國際資料蒐集及參考潮流發電發展,初步建立了海流發電發展藍圖及經濟性評估模式,並已著手進行產業技術研發聯盟的籌組。 此外,本研究回應產學合作廠商台船公司的建議,追加進行軸封系統規劃,確認採用被動式油壓補償軸封系統模組方式,後續年度將進行相關設計分析與驗證工作。
URI: http://ntour.ntou.edu.tw:8080/ir/handle/987654321/46872
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