研究説明research activities

産業革命以降、人類は化石エネルギーを大量に消費することで技術を発展させ社会を築き上げてきました。しかしながら、化石エネルギーの残存量は有限であり、その代替エネルギー開発の重要性が指摘されています。化石エネルギー依存の経済成長を続ければ、使いたいエネルギー量と使えるエネルギー量との間に差異が生じる、いわゆる“エネルギーギャップ”が発生することになります。また、化石エネルギーの大量消費の代償として、CO2排出による地球温暖化、それに伴う異常気象などによる被害も既に顕在化しています。このまま何の対策もたてずに化石エネルギー消費を続ければ、将来、深刻な事態になるのは明らかです。

この環境エネルギー問題は、現代社会の根幹に関わる極めて複雑かつ困難な問題であり、一つの特効薬で一挙に解決するようなものではありません。スポーツの柔道に例えると、“技あり”を地道に積み重ねて何とか勝ちに持っていく・・・そのような試合運びで解決していくしかないのです。様々な技術分野において“技あり”となりうる術（すべ）をいくつも掛け合わせて行くことが重要です。単発では十分でなくとも、これらを協同させることではじめて大きな効果を生むことができるのです。

以上のような背景のもと当研究室では、特にCAE（Computer Aided Engineering）技術を駆使し、エネルギー変換に深く関わる電磁現象の応用分野において、以下の研究テーマに取り組んでいます。

「利用効率を上げてエネルギー消費・環境負荷を抑える技術開発」
従来、エネルギー変換機器の設計において所望の機器性能を実現するために、基本原理を踏まえながら蓄積技術を駆使し、機器を創造する努力がはらわれてきました。近年、計算機能力の目覚ましい発達により、工学・技術分野へのCAE技術、すなわち数値解析の適用が必須となっています。このCAE技術を機器開発・システム設計段階における特性把握に応用することで、従来の実験や理論解析では得られなかった詳細な情報を抽出することが可能となり、機器の高効率（省エネ）化・信頼性向上・開発コストの削減などが実現できます。当研究室では、特に、複雑な電磁現象を大規模かつ高精度にシミュレーションできる数値解析技術の開発に取り組んでいます。また、考案した数値解析技術を用いて様々な電磁エネルギー機器の開発・最適化設計を行っています。

「低炭素社会の実現に向けた再生可能エネルギーの利用技術開発」
自然エネルギーをはじめとする化石燃料の代替エネルギーに関する開発は、未来への持続可能な社会の実現に不可欠な最重要課題です。また、東日本大震災以降、エネルギーセキュリティー向上の視点でも、自然エネルギー利用の重要性は高まっています。このような状況下で、特に太陽光発電に対しては、災害時の自立運転による防災対応電源としての役割以外にも、平常時の電源インフラとして今後どのような役割を担うことが可能なのか、議論が活発化しています。当研究室では、CAE技術を駆使して、気候に大きく左右される太陽光発電が大量導入されたエネルギーネットワークを対象に、電力貯蔵制御なども含む最適なエネルギーマネジメント手法の開発、統計推測・機械学習の技法も導入した日射予測手法の開発、自然エネルギー利用型分散電源と異種電源とを組み合わせたハイブリット発電システムの開発などを行っています。

研究室所有の計算機クラスターを用いて複雑な物理現象を詳細に再現し、様々なエネルギーシステムの最適化設計を行います。