ブリストル大学の科学者に、風力発電と地上係留ドローンの研究のために授与された助成金が今後の動向を示唆しているならば、私たちはタービンなしの風力エネルギーの未来に少しずつ近づいているのかもしれない。
ブリストル大学の飛行力学および制御の講師であるドゥック・グエン博士は、空中風力エネルギーシステム（AWES）に関する研究で、英国の工学物理科学研究会議から最近37万5000ポンド（47万9000ドル）を授与され、この新しい概念が商業市場に進出することを期待している。
「空中風力エネルギーは莫大な潜在能力を秘めており、2050年までに年間700億ユーロ（760億ドル）相当の電力を生み出すことが期待されている」とグエン氏は述べたが、AWESシステムは想定される潜在能力を十分に発揮できていないと指摘した。
「新設計機は、飛行特性が完全に理解される前に、急いで試験飛行に投入されました」とグエン氏は述べた。「このため、多くのAWES試作機が運用中にフル稼働を達成できず、プログラムの早期終了と商業化の妨げとなっています。」
これらのドローンの何がそんなにすごいのでしょうか?
AWES のコンセプトは比較的シンプルです。かなり丈夫なドローンをテザーに取り付け、風で上空に引き上げると、ベースにある抵抗機構がすべての機械的エネルギーを収集します。
AWESのコンセプトはいくつかあります。一つは、前述のグライダーをテザーに引っ張って引っ張るというもの、二つ目は、一定パターンで飛行しながらローターで空気エネルギーを回収するドローン、そして三つ目は、空中で回転してエネルギーを地上ケーブルに送り返す回転凧というものです。
これら3つのケースすべてにおいて、AWESは地上設置型のタービンよりもはるかに高い高度まで打ち上げることができるため、より高い風を捉え、より迅速に発電できるという利点があります。AWESシステムは、種類に関わらず設置面積が非常に小さいため、持ち運びが可能で、遠隔地への展開も可能です。ドローンの飛行パターンも一般的に自律的であるため、通常は監視を行いながら数日間、単独で飛行することが可能です。
言い換えれば、これは風力エネルギーの利用拡大に向けた素晴らしいコンセプトだが、グエン氏によると、致命的な大きな欠陥がある。AWES ドローンの設計を最適化しようとする人が誰もいないのだ。
数学的モデリングの力
グエン氏の助成金、そしてブリストル大学における彼の研究の主要な焦点は、AWESドローンの設計の完成です。彼は「分岐と継続」と呼ばれる手法を提案し、研究資金を得ました。これは航空機研究において振動、フラッター、スピンを予測するために用いられる一連の数値解析手法であり、AWESシステムの性能向上に応用できる可能性があります。
「分岐と連続性を用いてこれらのドローンの飛行特性をより正確に予測し、墜落を防ぎ、効率性を向上させることを目指しています」とグエン氏はThe Registerに語った。「これらの技術は計画段階の何かを置き換えるものではありませんが、既存の試験飛行を補完し、飛行制御システムの設計を改善するでしょう。」
飛行中のKitemill AWES – クリックして拡大
グエン氏の研究における商業パートナーであるノルウェーに拠点を置くカイトミル社は、前述の最初のタイプのAWES設計に取り組んでいます。これは、テザーを引っ張ることで発電するパッシブドローンです。カイトミル社のドローンは、風の穏やかな日に離陸するためにプロペラを使用するVTOLシステムという独自の機能を備えていますが、風力発電には使用されていません。
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Nguyen 氏は、既存の Kitemill AWES ハードウェアを使用して分岐/継続メソッドをテストし、システムのパフォーマンスをモデル化して実際のテストと比較していると話しました。
Kitemill のような AWES システムは、複雑な飛行パターンを利用して素早くエネルギーを生成するため、ドローンの搭載システムを完璧に調整して、墜落することなくドローンを飛行させ、急激な風のパターンの変化に対応できるようにする必要がある。
「私のプロジェクトの結果は、Kitemill の既存の飛行試験データと比較され、分岐/継続によって予測される望ましくない飛行特性が現実に反映されているかどうかが確認されます」と Nguyen 氏は語った。
ブリストルの講師によると、現在試験中のAWESシステムの定格出力は約25kWで、これは小型風力タービンとほぼ同等だ。彼は、今後1～3年で利用可能になるシステム、例えばカイトミル社が近々発売するKM2などは、定格出力100kWで、これは「中型」商用風力タービンとほぼ同等になると考えている。
うまく調整された AWES システムが英国のネットゼロ移行を補完できると期待されていますが、タービンと競合できたとしても、AWES はエッジアプリケーションやタービンの補完としてより有用なままになるだろうと Nguyen 氏は考えています。
「AWES の最終的な用途はまだ研究中です」とグエン氏は語り、現在の予測では地上風力発電が実用的ではない遠隔地で使用できる可能性があると付け加えた。®
