(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体と、
前記浮体に支持されてロータを洋上に配置した複数の風車と、
風向計と、
前記風車相互の相対位置を保持して洋上に係留するとともに、前記風車相互の相対位置を変更可能な可動係留機構と、
前記風向計の計測した風向に基づき、前記可動係留機構の駆動を制御して、ロータが他のロータの後流に入る合計量が減少するように前記風車相互の相対位置を変更制御する制御装置とを備え、
前記可動係留機構は、前記浮体に係止される係留索を複数備え、前記各係留索が前記浮体に固定された複数の巻取装置にそれぞれ巻回され、前記複数の巻取装置の巻取り巻き出しにより前記浮体を移動させて前記風車相互の相対位置を変更する浮体式洋上風車。
【請求項２】
前記複数の風車は前記浮体に個別に支持され、全部又は一部の浮体に前記巻取装置が設けられてなる請求項１に記載の浮体式洋上風車。
【請求項３】
単一の前記浮体に２以上の前記風車が支持され、前記巻取装置は前記単一の浮体をヨー回転させる請求項１に記載の浮体式洋上風車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮体式洋上風車に係り、特に複数の風車相互の相対位置の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、風力発電等のために洋上に浮体式風車を設置することが行われている。
浮体式洋上風車は、基端に設けた浮体の浮力により洋上に浮かばされて支持される。浮体式洋上風車を係留するには一般に、一端を浮体に繋いだ係留索の他端を海底等にアンカー固定することにより行われる。
【０００３】
特許文献１（図５）や特許文献２には、複数の風車を備えた浮体式洋上風車が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２５１１３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１７６６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、以上の従来技術にあっては、風向に応じて複数の風車相互の相対位置を制御することはできなかった。
複数の風車で一群の浮体式洋上風車を構成した場合、風向の変化によって、風下側風車のロータの一部が風上側風車のロータの後流に入ると発電量が減少するし、また、風下側風車への負荷荷重の偏りや変動により風下側風車に疲労ダメージが蓄積されるという問題がある。特に洋上では乱流強度が低いために後流の影響が減衰しにくくこの問題は顕著となる。
【０００６】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、複数の風車を備える浮体式洋上風車において、発電量等のロータの仕事量を向上し、疲労ダメージを減少することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、浮体と、
前記浮体に支持されてロータを洋上に配置した複数の風車と、
風向計と、
前記風車相互の相対位置を保持して洋上に係留するとともに、前記風車相互の相対位置を変更可能な可動係留機構と、
前記風向計の計測した風向に基づき、前記可動係留機構の駆動を制御して、ロータが他のロータの後流に入る合計量が減少するように前記風車相互の相対位置を変更制御する制御装置とを備え、
前記可動係留機構は、前記浮体に係止される係留索を複数備え、前記各係留索が前記浮体に固定された複数の巻取装置にそれぞれ巻回され、前記複数の巻取装置の巻取り巻き出しにより前記浮体を移動させて前記風車相互の相対位置を変更する浮体式洋上風車である。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記複数の風車は前記浮体に個別に支持され、全部又は一部の浮体に前記巻取装置が設けられてなる請求項１に記載の浮体式洋上風車である。
【００１１】
請求項３記載の発明は、単一の前記浮体に２以上の前記風車が支持され、前記巻取装置は前記単一の浮体をヨー回転させる請求項１に記載の浮体式洋上風車である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の風車を備える浮体式洋上風車において、風向計の計測した風向に基づき、可動係留機構の駆動を制御して、ロータが他のロータの後流に入る合計量が減少するように風車相互の相対位置を変更制御するので、風上側風車のロータの後流が風下側風車のロータに干渉する量が減少し、複数の風車全体の合計としてロータの仕事量を向上し、疲労ダメージを減少することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る浮体式洋上風車を構成する単一風車の正面略図である。
【図２】図１に示すＢ部の詳細図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る浮体式洋上風車における制御目標位置の参照テーブルである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る浮体式洋上風車における制御フローチャートである。
【図５】３×３配列の浮体式洋上風車を上から見た配置図であり、Ｃ欄が本発明の第１実施形態に係る浮体式洋上風車に係る。
【図６】３×３配列の浮体式洋上風車を上から見た配置図であり、Ｃ欄が本発明の第１実施形態に係る浮体式洋上風車に係る。
【図７】３×３配列の浮体式洋上風車を上から見た配置図であり、Ｃ欄が本発明の第１実施形態に係る浮体式洋上風車に係る。
【図８】本発明の第２実施形態に係る浮体式洋上風車の平面図である。
【図９】正三角形配列の浮体式洋上風車を上から見た配置図であり、Ｃ欄が本発明の第２実施形態に係る浮体式洋上風車に係る。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１５】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態につき説明する。
図１は、本実施形態の浮体式洋上風車を構成する単一の風車を示すものである。
本風車１のロータ２が浮体３に支持されて海面５上に配置される。本実施形態においては、柱状の浮体３を採用する。
風車１は、ロータ２の回転により駆動される発電機が搭載されて風力発電機として構成されている。風車１には風向計（図示せず）が備えられる。風車１には、ロータ２のヨー角を制御する周知の構成が搭載されており、ロータ２を風に正対させている。
風車１は、係留索４により保持される。係留索４の一端は海底６にアンカー固定され、他端は本風車１に連結されている。
【００１６】
図２に、その連結部分の詳細図を示した。図２に示すように、係留索４の風車１への連結端は、浮体３に固定された巻取装置７に巻回されている。巻取装置７は、係留索４の張力を変化させる駆動装置として採用される。係留索４と巻取装置７とにより可動係留機構が構成される。例えば図２に示しように、一方の巻取装置７ａにより一の係留索４を巻取り、他方の巻取装置７ｂにより他の係留索４を巻き出すことにより、方向Ａへ風車１を移動することができる。
本実施形態においては、このような係留索４とこれを巻回する巻取装置７を４組備え、四方に配置することで、洋上で風車１を前後左右（東西南北）に移動させる構成をとる。
【００１７】
本実施形態の浮体式洋上風車は、風車１を９機備える。これらの９機の風車１は図５〜図７に示すように３×３の正方状に配置にされている。これらの風車を区別するために、代表して図５Ｂ欄最上段に示すように、ＷＴＧ１〜ＷＴＧ９の符号を付す。図５〜７において、○図形がロータを示し、○図形から延びるほうき状の部分がロータの後流を示す。
【００１８】
本実施形態の浮体式洋上風車は、風車ＷＴＧ１〜ＷＴＧ９の相対位置を変更制御する制御装置を備える。
本制御装置のメモリには図３に示す制御目標位置の参照テーブルのデータが記憶されており、本制御装置は図４に示すフローを有した制御プログラムを実行する。
【００１９】
以下に、本制御装置の実行する制御プログラムにつき説明する。前提条件として風車ＷＴＧ１〜ＷＴＧ９の配置間隔は２００[ｍ]で、ロータ径は８０[ｍ]である。
まず、図３の参照テーブルについて説明する。方位を均等に１６分割する。すなわち、北（Ｎ）、北北東（ＮＮＥ）、北東（ＮＥ）、・・・南南東（ＳＳＥ）、南（Ｓ）、南南西（ＳＳＷ）、・・・北西（ＮＷ）、北北西（ＮＮＷ）までの１６方位に分割する。代数ｋを導入し、図３に示すとおり１６方位に各ｋ値−８，−７，−６・・・−１，０，１，・・・６，７，８を割り当てて、制御内容を規律する。
【００２０】
各１６方位の中心値をψｋとする。すると、各ｋ値に対応した中心値ψｋは図３に示す通りとなる。中心値ψｋを中心に、制御動作の切っ掛けとする下閾値ψｋ−及び上閾値ψｋ＋を導入する。（中心値ψｋ−１５）[deg]を下閾値ψｋ−とし、（中心値ψｋ＋１５）[deg]を上閾値ψｋ＋とする。すると、各ｋ値に対応したそれらの値は、図３に示すとおりとなる。
図５〜図７に示した３×３の風車配列おいて、横座標（西→東方向座標）をＸ、縦座標（南→北方向座標）をＹとして、各ｋ値に対応した各風車ＷＴＧ１〜ＷＴＧ９の制御目標位置（Ｘref，Ｙref）は、図３に示すとおりとなる。
【００２１】
本制御装置は一のｋ値を記憶しており、図４に示すように、所定の時間毎に風車ＷＴＧ１〜ＷＴＧ９に搭載された風向計から計測値を取得し（ステップＳ１）、それらの平均値を算出し（ステップＳ２）、その平均値が下閾値ψｋ−又は上閾値ψｋ＋から逸脱しないか否か監視する（ステップＳ３）。
本制御装置は、ステップＳ３でＮＯの場合、上記平均値から中心値ψｋを減じて正（＋）となるか負（−）となるか判断する（ステップＳ４）。
ステップＳ４で、正（＋）の場合でｋ値を１加えて更新し（ステップＳ５）、負（−）の場合でｋ値を１減じて更新し（ステップＳ６）、更新されたｋ値に対応する参照テーブル（図３）中の制御目標位置（Ｘref，Ｙref）を参照する（ステップＳ７）。
次に、本制御装置は、風車ＷＴＧ１〜ＷＴＧ９のうち、参照した制御目標位置と現位置が異なる風車に関し巻取装置７を駆動して制御目標位置（Ｘref，Ｙref）に移動させる（ステップＳ８）。
【００２２】
以上の制御規則及び図３に示した参照テーブルに従って風車ＷＴＧ１〜ＷＴＧ９の位置を制御することによって、図５〜図７のＡ欄に示した風向に応じてＣ欄に示した形態に風車ＷＴＧ１〜ＷＴＧ９の相対位置を変化させる。図５〜図７のＢ欄には比較として３×３の正方配置に固定した場合を示した。Ｂ欄及びＣ欄内に示した矢印は、Ａ欄に示した風向を示す。
【００２３】
例えば図５に示す方位＝北，ｋ＝０の場合、Ｂ欄に示す固定の場合は、６機の風車ＷＴＧ４〜ＷＴＧ９が風上風車のロータの後流に入ってしまうのに対し、Ｃ欄に示す本発明実施形態にあっては、中段３機の風車ＷＴＧ４〜ＷＴＧ６が１００［ｍ］左（西）に移動することにより、９機の風車ＷＴＧ４〜ＷＴＧ９においてロータが他のロータの後流に入る合計量が減少する。
また例えば図５に示す方位＝北東，ｋ＝２の場合、Ｂ欄に示す固定の場合は、４機の風車ＷＴＧ４，５，７，８が風上風車のロータの後流に入ってしまうのに対し、Ｃ欄に示す本発明実施形態にあっては、３機の風車ＷＴＧ４，５，８が（−５０，５０）［ｍ］の位置に移動することにより、９機の風車ＷＴＧ４〜ＷＴＧ９においてロータが他のロータの後流に入る合計量が減少する。  
【００２４】
ある風車に着目して、風上風車の後流を避けるように当該風車を移動させても、風下風車が当該風車の後流に入る場合には、合計として後流を避けることができた量を増加させなければ効果は無い。したがって、本制御装置は上述のようにロータが他のロータの後流に入る合計量が減少するように風車相互の相対位置を変更制御する。
【００２５】
以上の実施形態にあっては、風向計を各風車に搭載して、各風速計の計測値を用いてそれらの平均値を算出したが、代表する風向計の計測値に基づいて制御してもよい。
なお、風車ＷＴＧ１，３，７，９については、巻取装置７を設けなくても良い、すなわち、可動係留機構を適用しなくてもよく、係留索４を直接浮体３に固定してもよい。
以上の実施形態にあっては、３×３配列に９機の風車を配置したが、以上は一例であって、縦横の配列機数は任意である。
【００２６】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき説明する。
上記第１実施形態にあっては、複数の風車は浮体に個別に支持され、全部又は一部の浮体に駆動装置が設けられた。これに対し本実施形態の浮体式洋上風車は、単一の浮体に２以上の風車が支持され、駆動装置は前記単一の浮体をヨー回転させる。
【００２７】
図８に示すように、本実施形態の浮体式洋上風車は、３機の風車１，１，１を備える。各風車１，１，１にロータ２，２，２が備えられる。
また本実施形態の浮体式洋上風車は、上空から見て正三角形状に組まれた浮体８と、係留索９とを備える。浮体８の三角形の角部分に風車１がそれぞれ立設される。
図８に示すように係留索９は、浮体８の三方でそれぞれアンカー固定された３本の係留索９ａ，９ｂ，９ｃが浮体８の方向に延びて二股に分岐して互いに繋がった構造に構成される。隣り合う２つの分岐点間を繋ぐ部分を係留索９ａｂ，９ｂｃ，９ａｃとする。浮体８の三角形の角部分それぞれに滑車１０が付設される。
係留索９ａｂ，９ｂｃ，９ａｃをそれぞれ滑車１０に係止することにより、浮体８及びその上の風車１，１，１を係留する。３つの滑車１０，１０，１０のうち１又は２以上に回転駆動装置を付設し、滑車１０の片側に延出する係留索を巻取りながら逆側に延出する係留索を巻出すことにより、浮体８をヨー回転させる。これにより、３機の風車１，１，１の相対位置を変更制御する。
【００２８】
本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の制御装置を適用して、風向計の計測した風向に基づき、可動係留機構の駆動を制御して、ロータが他のロータの後流に入る合計量が減少するように風車相互の相対位置を変更制御する。
図９に、制御結果の一部を示した。
図９に示すように、方位＝北北東，ｋ＝１の場合、Ｂ欄に示す固定の場合は、１機の風車が風上風車のロータの後流に入ってしまうのに対し、Ｃ欄に示す本発明実施形態にあっては、浮体がヨー回転することにより、３機の風車においてロータが他のロータの後流に入る合計量が減少する。
【００２９】
各方位（各ｋ値）ごとに、ロータが他のロータの後流に入る合計量が減少する浮体のヨー角を予め規定した参照テーブルを作成しておき、これを用いて上記第１実施形態と同様に制御することにより、ロータが他のロータの後流に入る合計量が減少するように風車相互の相対位置を変更制御することができる。
以上の３機一組の構成を多数組設置することにより、浮体式洋上風車を大規模化することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１     風車
２     ロータ
３     浮体
４     係留索
７     巻取装置
８     浮体
９     係留索
１０   滑車
【図１】
0005410172.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005410172.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005410172.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005410172.tif 000008
【図８】
0005410172.tif 000009
【図９】
0005410172.tif 000010