※本ブログは、SIMULIA Blog （英語版）で既に発表されたブログの日本語参考訳です。
5 歳児で自分のキャリアの始まりを正確に予見できる子供はそう多くありませんが、トリノ工科大学のFrancesco Avallone教授の場合は間違いなく自分の未来を予見できる子供でした。
「1 年生のときに、将来何をしたいかと聞かれ、航空宇宙エンジニアになりたいと答えたのを覚えています」とAvallone氏は言います。「当時は、それが何を意味するのかわかっていたとは思えませんが、幼い頃からエンジニアリング、そして正直に言うと数学の問題が関係するすべてのものに惹かれていたのは事実です。」
約 24 年後、Avallone氏はUniversity of Naples Federico IIにて航空宇宙工学の修士号を取得しました。彼の社会人としての旅は、まさに彼が予測した通りに始まりました。しかし、間もなく、彼のキャリアは少し異なる道をたどることになります。
「博士号を取得した後、オランダのTU Delftでポスドク研究員として働く機会を得ました。そこでは風力タービンの騒音について研究することになりました」とAvallone氏は当時を振り返ります。 「これは私にとって難しそうに思えるもののとても興味深い分野だったので、挑戦することにしました。」
その後は、Avallone氏はそれ以来ずっと風力エネルギーに取り組んでいます。「風力エネルギーは、入手が容易でクリーンな点もあって、非常に重要なものです」と同氏は語ります。
実際、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）が出した最近の報告書では、温室効果ガスの排出により「人類にとっての危険信号」を宣言し、世界のエネルギー需要に対する再生可能エネルギーの重要性を強調しています。「風力エネルギーはエネルギー転換において重要な役割を果たすため、このような天然資源についてできる限り多くのことを知ることが重要です」とAvallone氏は述べました。
Avallone氏のこのテーマに対する情熱は明らかです。「今日の風力タービンを構築したエンジニアリング原理は変わっていないため、私にとっては興味深いです」と彼は言いました。
従来の風力タービンを都市部で使用することは、オフショアサイトと比較して風速が低いことや流入量が不均一であることなどの複数要因によって困難なものとなっています。
一方で、タービンを設置することができるスペースの広さに変化がありました。「従来、風力タービンは十分なスペースのある場所に設置されてきましたが、今日の都市環境ではそのような余裕はありません」とAvallone氏は言います。「洋上タービンには場所の余裕がありますが、都市環境で風を利用する方法を見つけることも重要です。そうすれば、クリーンエネルギーをユーザーの近くに配置することでコストを節約できます。」
「都市環境にあるすべての建物は風の流れに影響を与えます」とAvallone氏は言います。「さらに課題となるのは、タービンに対する反応です。タービンが発する騒音のせいで、タービンの受け入れに対しては、しばしば非常に否定的なことがあります。」
しかし、Avallone氏はこれらの課題に立ち向かう決意を固めています。彼は、以前TU Delftで組んでいたチームとともに、ダクト付き空気タービンに取り組んできました。「これはダクト内に封入された風力タービンです」と彼は言います。「ダクトの役割は、タービンを裸で稼働させた場合に比べて、タービンを通る質量流量を増やすことです。また、先ほどお話しした流れの連続的な変化からも保護されるため、このような複雑な環境でもタービンの効率を高めることができます。」
Avallone氏の設計は、騒音の抑制にも役立ちます。「もちろん、騒音の問題を完全に解決するのは困難です。騒音は空気力学と関連しており、空気力学を無視することはできないからです。しかし、環境に近い場所に設置された小型の風力タービンでは、振幅が少なく、周波数が異なります」とAvallone氏は言います。「ダクトも騒音の最小化に役立ちます。」
しかし、この種の製品の設計は複雑な作業です。「ダクト付きシステムは、従来のタービンとは異なる複雑さがあります」とAvallone氏は言います。「設置にもそれなりの費用がかかります。ここではコストの問題は考慮されていません。私たちはこの種のエネルギーを手頃な価格にしたいので、これらのシステムの構築が高額であってはならないのです。」
物理的なプロトタイプを使用してこれらの問題に取り組むには、時間、コスト、およびリソースが大量にかかります。しかし、シミュレーションを使用することで、Avallone氏と彼のチームは製品の反復を仮想的にテストし、以前の反復と比較してそのパフォーマンスを評価し、必要に応じて改善することができます。「シミュレーションは、はるかに優れた設計につながる小さな詳細を理解するのに役立ちます」とAvallone氏は言います。 「強力な空気力学シミュレーションを実行することで、非常に正確な騒音予測が可能になります。」
Avallone氏と彼のチームは、ダッソー・システムズの SIMULIA テクノロジーを使用しています。「私たちは主に PowerFLOW を使用しています。これは私たちのニーズにまさにぴったりと合っているものだからです」とAvallone氏は言います。
PowerFLOW は、完全に複雑なモデル ジオメトリをインポートし、空力、空力音響、熱管理のシミュレーションを正確かつ効率的に実行します。「これにより、非常に複雑な流れを伴う大規模なシミュレーションを実行できます」とAvallone氏は言います。
メリットはこれだけではありません。「ソフトウェアは継続的に更新されるため、常に最先端の開発に携わり、最先端のテクノロジーを扱っていると感じています」とAvallone氏は言います。「また、非常に包括的なサポートも受けられるため、設置や運用に関する問題が簡単に解決されます」。
その結果、Avallone氏は、SIMULIA が将来にわたってチームをサポートしてくれると確信しています。「都市はますます複雑化しており、ダクト式風力タービンのニーズも進化します」とAvallone氏は言います。「長期的には、異なる形状でより美しい新しい風力タービンを考案したいと考えています。シミュレーションはそれを実現するのに役立つでしょう。」
SIMULIA Community に参加してFrancesco Avallone 氏のプレゼンテーション「都市環境向けダクト式風力タービンの空気力学と空力音響学」の録画ビデオを是非ご視聴ください。
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3Dソフトウェア市場におけるパイオニアであり、3DとPLMソリューションのワールド・リーダーであるDassault Systèmes（仏）の日本法人です。