研究内容

本研究室では,
「自然エネルギー技術の高度化」
「水素を媒体とするクリーンエネルギー社会」
「複数のエネルギー装置の協調運用(複合エネルギーシステムの最適制御)」
に係わる研究をしています。(H28年度の卒業研究・修士・博士研究リスト

研究開発の特徴は,以下の通りです。

スマートな,分散エネルギーのネットワーク化に関する研究

本研究室では,再生可能エネルギーを用いた,次世代エネルギーネットワーク(マイクログリッド,スマートグリッド,ネイチャーグリッド)の開発と,その高度化(情報化による電力および熱エネルギー供給の最適制御)に取り組んでいます。

戸建て住宅(グリーンエネルギー住宅),数棟の建築物間でのエネルギー連系,数十棟から数百棟の中規模エネルギーグリッド,および大規模エネルギーネットワークの電源と熱供給システムを対象にしています。(エネルギーネットワークの例(PDF 286kB)

次世代の電気エネルギー変換(発電)技術の開発

電気エネルギーを中心としたエネルギー変換装置の試験,導入計画,ネットワーク化(システムの例(PDF 257kB) )に力を入れており,燃料電池カスケードシステム,湖などの河口に導入する潮力発電システム,多様な植物の形を模擬した集光装置(太陽電池モジュールなど)を開発しています。

エネルギーの地産地消による,多様なエネルギーシステムの導入計画

地域のエネルギー需給マップを作成して,エネルギーネットワーク(ネイチャーグリッド,グリーンマイクログリッド)の導入計画と,その運用方法(制御)について研究しています。

再生可能エネルギーの高度利用技術

太陽光集熱器によるバイオアルコールからの水素生成技術,低温排熱で駆動するガスハイドレート高圧ガスエンジン発電機,バッテリ,・キャパシタ・水電解槽などによる太陽光発電の需給最適化に取り組んでいます。

取り組み

  IGFC(Integrated Coal Gasification Fuel Cell Combined Cycle)、大規模太陽光発電、揚水発電の電力ミクスを適用した独立電源の運用最適化
次世代の火力発電技術として期待されている石炭ガス化燃料電池コンバインドサイクル(IGFC)と、再生可能エネルギー(大規模太陽光発電所)の連系による電力供給の運用計画について調査しました。中規模の独立電源を想定して、揚水発電によるピーク供給と、IGFCのSOFC(固体酸化物形燃料電池)および蒸気タービン発電機によるベース供給、さらにIGFCのガスタービン発電機によるミドル供給により負荷変動に対応するものです。各発電機の部分負荷特性についてモデル化し、経済性と蓄電(揚水)による信頼性に基づく目的関数を与えて最適な運用を計画しました。
   石炭ガス化燃料電池コンバインドサイクルの動特性解析
石炭ガス化燃料電池コンバインドサイクル(IGFC)の動特性についてはこれまでに調査がほとんどされておらず、再生可能エネルギーとの連系や負荷変動の追従特性については良く知られていません。そこで本研究ではIGFCの動特性解析モデルを開発し、このモデルをMATLAB/Simulink R2015a上でモデリングすることで調査しました。電力の需給差は電力網の周波数偏差として現れるため、本研究ではIGFCの動特性を負荷入力に対する周波数偏差の大きさで評価しています。モデリングでは熱工学や化学工学の知識を要し、動特性解析では制御工学、電気回路、情報工学の知識を要します。
  ナトリウム・硫黄電池(NAS電池)、有機ハイドライドによるエネルギー貯蔵を伴う再生可能エネルギー独立マイクログリッドの経済性調査
ナトリウム・硫黄電池(sodium-sulfur battery、以下にNAS電池)の導入、または有機ハイドライドを用いた水素媒体によるエネルギー貯蔵装置の導入による、独立マイクログリッドの運用とコストを調査しました。本研究では、NAS電池および有機ハイドライドによるエネルギー貯蔵システムを伴う独立マイクログリッドを寒冷地の都市に導入することを想定して、システムの運用方法、設備容量、コストの詳細を明らかにしました。調査結果から、有機ハイドライド方式が広く利用されるには、水電解槽と脱水素化反応装置の効率の改善が課題であることがわかりました。
  メガソーラー発電の設置方法の最適化に関する研究(北見市競馬場跡に計画する例)
風況による表面温度分布と落雪効果を考慮した最適配置の計画を調査しています。
太陽電池モジュールに温度分布が生じると、セル効率は温度分布に従って異なります(温度が1℃違うと発電効率はおよそ0.4%異なります)。そこで本研究による風況を考慮したメガソーラーの配置計画により、年間の発電量を最大化することができます。設置予定の地形と気象条件に基づいた、メガソーラーの面積の最小化、発電効率の低下の防止、設置の方法と条件などを明らかにします。3D地形図による風況解析を用いた大規模太陽光発電の発電効率の予測
当研究室では学内の電気系,機械系,情報系,化学系,インフラ系学科の研究者と連携することで,北見工業大学社会連携推進センター内に国内初の「寒冷地用マイクログリッド/スマートグリッド・シミュレーター」を整備します。寒冷地での地産地消による電力と熱を供給するための,次世代エネルギーシステムを研究するもので,電源システム(太陽光発電,燃料電池,風力発電,潮流発電,小水力発電,バイオマス発電,内燃機関コジェネレーション,二次電池,大容量キャパシタ,水電解槽,水素・酸素貯蔵(ガスハイドレート,有機ハイドライド),本学で開発中のガスハイドレート発電システム)の様々な組み合わせについて,模擬電源と模擬負荷によりシステムの特性を知ることができます。「寒冷地用マイクログリッド/スマートグリッド・シミュレーター」では,熱供給システム(ヒートポンプ,蓄熱システム,電気蓄熱ヒーター,ペレットストーブ,太陽熱利用の暖房,排熱,化学蓄熱,雪氷エネルギー,未利用熱など)と電力供給システムの協調運用により,寒冷地に適した独立エネルギー網を構築すること目的としています。様々な企業や研究所の方々の参加を歓迎いたします。             

2012年11月29日撮影 
表面温度の測定例(動画)
裏面温度の測定例(動画)
 「モジュールの温度依存特性を考慮した,両面受光太陽電池の発電出力の最適化 」について共同研究致しております。

2013.5.26 詳細がわかってきました。
両面太陽電池実証試験、ふく射伝熱解析、小型両面太陽電池基礎試験の中間まとめ(keywords:最大発電効率、両面受光太陽電池、裏面、反射光、発電効率の違い)
 「極寒環境下での電力供給システムの開発」を国立極地研 と共同研究しています。南極昭和基地 に導入するエネルギー供給システムのスマート化と,自然エネルギー割合の増加を伴う「グリーンマイクログリッドの開発」に取り組んでいます。
北見市新エネルギー・省エネルギービジョン の改訂に係わる基本調査」を行いました(北見市,オホーツク新エネルギー開発推進機構との共同プロジェクト)。平成25年からおよそ10年間の,北見市での新エネルギーおよび省エネルギーの施策の参考となります。
サロマ湖河口における潮力発電の計画(サロマ湖グリーンマイクログリッド)(特許出願の手続き中)
(Keywords: グリーンマイクログリッド,分散電源,潮力,潮流,第1湖口,第2湖口,再生可能エネルギー,未利用エネルギー,運用計画)
気象予報情報に基づく住宅用太陽光発電・電気蓄熱ヒーターの運用制御システム
(Keywords: オール電化住宅,電気蓄熱器,太陽光発電,気象情報,天気予報,IT支援インテリジェントシステム,高気密高断熱住宅,運用計画,最適化アルゴリズム)
ガスハイドレートの解離膨張特性を用いた圧縮ガスエンジン・PEFC複合発電システムの開発(特許出願しました)
(Keywords: ガスハイドレート,メタンハイドレート,ハイドレートアクチュエータ,ハイドレートエンジン,圧縮ガスエンジン,ハイドレートの解離・再生,ハイブリッドパワーシステム,固体高分子膜形燃料電池)
ネイチャーグリッド (北見ネイチャーグリッド構想)
(Keywords: 北見市の潜在エネルギー,マイクログリッド,スマートグリッド,寒冷地エネルギー,再生可能エネルギー,新エネルギー,北見市のエネルギー収支,寒冷都市型マイクログリッド,農村・漁村型マイクログリッド)
戸建て住宅用コジェネレーション 
(Keywords: パワープラント,コジェネレーション,分散電源,ディーゼルエンジン,最適設計,運用計画,燃料電池,遺伝的アルゴリズム,複合エネルギー,非線形解析,未利用エネルギー,土壌熱源ヒートポンプ)
木質バイオマスを用いたコジェネレーション技術
(Keywords: バイオマス,再生可能エネルギー,スターリングエンジン,カーボンフリー,外燃機関,コジェネレーション,分散電源,寒冷地エネルギー)
固体高分子膜形燃料電池の運用計画
(Keywords: 燃料電池,パワープラント,コジェネレーション,分散電源,最適設計,運用計画,動特性,複合エネルギー,未利用エネルギー,ヒートポンプ,メタノール水蒸気改質,発電効率)
葉の光合成と最適形態のシミュレーション 
(Keywords: 生物工学,生物システム,葉,植物,光合成速度,光量子束密度,シミュレーション,数値解析,非線形,太陽エネルギー)
バイオエタノールを用いたソーラー改質装置の開発 
(Keywords: バイオエタノール,水素エネルギー,水蒸気改質,燃料電池,太陽エネルギー,集光集熱器,再生可能エネルギー,カーボンフリー,改質触媒)
燃料電池自動車の効率改善 
(Keywords: 燃料電池,パワープラント,発電効率,水電解,回生エネルギー,部分負荷,メタノール水蒸気改質)
マイクログリッド技術 
(Keywords: 燃料電池,水素エンジン,ディーゼルエンジン,分散電源,最適設計,運用計画,複合エネルギー,自然エネルギー,動特性,水電解,温室効果ガス)
ふく射伝熱解析(モンテカルロ法) 
(Keywords: ふく射,伝熱,シミュレーション,非灰色ガス,数値解析)
固体高分子膜形燃料電池の可逆反応を用いた負荷平準化技術 
(Keywords: 燃料電池,負荷平準化,水素エネルギー,水電解効率,発電効率,エネルギーネットワーク,分散電源,固体高分子膜)
燃料電池コジェネレーションの動特性 
(Keywords: 燃料電池,動特性,過渡応答,分散電源,改質装置,コジェネレーション,比例積分制御,PI制御,時定数,一時遅れ要素,制御ブロック図,フィードバック制御,伝達関数)
木質バイオマスエンジンおよび燃料電池ハイブリッドシステムの動特性 
(Keywords: 木質バイオマス,スターリングサイクル,固体高分子膜形燃料電池,分散電源,コジェネレーション,比例積分制御,PI制御,時定数,一時遅れ要素,制御ブロック図,フィードバック制御,伝達関数)
木質バイオマスエンジン(スターリングサイクル)の基本特性 
(Keywords: スターリングサイクル,木質バイオマス,コジェネレーション,過渡応答,負荷追従運転,ベースロード運転,燃料消費量)
水素混合ガスエンジンとPEM-FC複合発電により,CO2排出量を低減するマイクログリッドの構築
(Keywords: ガスエンジン,水素エンジン,マイクログリッド,温室効果ガス,固体高分子膜形燃料電池,分散電源,運用計画)
都市ガス改質を伴う住宅用燃料電池のエクセルギー解析と地域特性の考察 
(Keywords: 地域特性,エクセルギー,固体高分子膜形燃料電池,最適化,分散電源,コジェネレーション,都市ガス改質)
排熱改質を伴うPEM-FC・木質バイオマス・スターリングサイクル複合システムのエクセルギー制御
(Keywords: エクセルギー解析,排熱のカスケード利用,木質バイオマス,スターリングサイクル,燃料電池複合システム,固体高分子膜形燃料電池,エクセルギー効率,エネルギー効率)
分散配置した小型エンジンコジェネレーションの出力配分を制御する自立マイクログリッドのエネルギーコスト
(Keywords: マイクログリッド,数値解析,ディーゼルエンジン発電機,省エネルギー,最適制御,エネルギー変換,遺伝的アルゴリズム,自然エネルギー,エネルギーコスト)
飛行船制御
植物シュート形態を伴う分散太陽電池モジュールの受光形態 
(Keywords: 太陽エネルギー,太陽電池,植物シュート,葉の配置解析,遺伝的アルゴリズム,モンテカルロ法,太陽電池モジュール,自然エネルギー)
ニューラルネットワーク気象予測を伴うソーラー改質システムの運用計画 
(Keywords: ニューラルネットワーク,バイオエタノール,水素エネルギー,水蒸気改質,燃料電池,太陽エネルギー,集光集熱器,再生可能エネルギー,カーボンフリー,改質触媒
ケナフ個体モデルによるコンパクト集光システムの開発 
(Keywords: ケナフ,太陽エネルギー,太陽電池,植物シュート,葉の配置解析,遺伝的アルゴリズム,モンテカルロ法,太陽電池モジュール)
改質ガスの時間シフトを用いたSOFC-PEFC複合マイクログリッドの発電効率 
(Keywords: SOFC(固体酸化物形燃料電池),PEFC(固体高分子膜形燃料電池),マイクログリッド,複合システム,運用計画,最適化)
植物シュート形態を伴うコンパクト太陽電池モジュールを用いた水電解システム 
(Keywords: 水電解システム,太陽光発電,太陽電池モジュール,PEFC(固体高分子膜形燃料電池),植物シュート,遺伝的アルゴリズム(GA),エネルギー体積密度,イチョウ)

 

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