(57)【要約】  タワーシャドーの影響を低減した風力発電装置を実現することを目的とする。  上記課題を解決するため、本発明に係る風力発電装置では、発電機を含むナセルと、前記ナセルの前記発電機にシャフトを介して接続され、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードに対して風上に配置され前記ナセルを鉛直方向で支持するタワーと、を備え、前記タワーは、前記タワーの設置基部から鉛直方向に立ち上がる管状構造の第１部分と、前記第１部分と前記ナセルとの間を接続するものであって、前記ブレードが前記タワーとが重なり合う位置において風上からの風の一部を通風させる通風構造を有する第２部分と、を備えるようにする。
2016203557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を含むナセルと、
前記発電機に主軸を介して接続され、風を受けて回転するブレードを有するロータと、
前記ロータに対して風上に配置され前記ナセルを鉛直方向で支持するタワーと、を備え
前記タワーは、
前記タワーの設置基部から鉛直方向に立ち上がる管状構造の第１部分と、
前記第１部分と前記ナセルとの間を接続するものであって、前記ブレードが前記タワーとが重なり合う位置において風上からの風の一部を通風させる通風構造を有する第２部分と、を備える風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置であって、前記通風構造は、前記ブレードが最下点にある際の前記ブレードの翼端位置から上方に向けて前記タワーと重なり合う部分に設けられる風力発電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の風力発電装置であって、前記第２部分は、前記ブレードよりも長さが長く、前記通風構造は、前記第２部分全体に設けられる風力発電装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、前記ナセルは風向きに応じて前記タワーに対して回転することを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、前記ナセルと前記タワー間に設けられたヨー制御機構を更に有する風力発電装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の風力発電装置であって、
前記第２部分は、前記ナセルと前記第１部分との間で第１セクションと第２セクションとに分割され、
前記第１セクションは、前記ナセルに接続され、前記通風構造を有しない管状構造を有し、
前記第２セクションは、前記第１セクションと前記第２部分を接続するものであって、前記ブレードが前記タワーとが重なり合う位置において前記ブレードの翼端から根元方向で前記ブレードと重なり合う位置に設けられる前記通風構造を含む風力発電装置。
【請求項７】
請求項６に記載の風力発電装置であって、
前記ブレードが前記タワーとが重なり合う位置において前記ブレードの先端から回転軸側方向で前記ブレードと重なり合う位置に設けられる風を通風させるスリットを有する管状構造であり、
前記第１部分と前記第２部分との間に設けられ、前記ロータ及び前記第１部分を風の方向に回転させるヨー制御機構を更に有する風力発電装置。
【請求項８】
請求項６または７に記載の風力発電装置であって、
前記第２セクションは、前記ブレード長さの３０％〜１００％の長さを有する風力発電装置。
【請求項９】
請求項１から６のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、
前記通風構造は、風が吹き抜けるトラス構造又はラーメン構造のタワーアセンブリである風力発電装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、前記ブレードは０度以上４度未満に設定されたコーニング角を持つ風力発電装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の風力発電装置であって、前記ロータを回転する主軸は、０度以上６度未満に設定されたティルト角を持つ風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、ブレードにより回転するロータを、主軸を介して略水平方向に支持するナセルが、タワー上部に備えられた構成となっている。このナセルの内部には、ブレードの主軸の回転によって回転させられる発電機が備えられることが多い。発電機の好ましい回転数を得るために、ロータと発電機の間に増速機を配置して、発電機の回転数を増加させる構成とする場合もある。発電機によって発電された電気エネルギーは、電力変換器や変圧器を介して電力系統に供しうる電力に変換される。タワーには鋼板を溶接して作製したり、コンクリートで作製したパーツを積み上げたりして、上部の径が小さくなっていく略円筒型にした構成のものが多く用いられている。【０００３】
近年、風力発電装置はその発電量を増加させるという経済的理由から大型化が進展している。それに伴ってロータは大径となり、それを支持するタワーの高さも大きくなってきている。【０００４】
特許文献１は、風力発電装置に用いるタワーの構成について、パイプ状タワー、格子タワー、下部タワーを格子タワーとして構成し上部タワー部分を管状に構成する例があることを背景技術の欄に記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５０３５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
風力発電設備の大型化に伴い、ロータやタワーが風から受ける荷重は大きくなり、その自重も大きくなる。そのため、支持構造物であるタワーは十分な強度を確保するために肉厚で太い構造となってくる。特にタワー下部はその転倒を避けるためにタワー上部よりも太くなり、その横断面も大きくなる。このため、タワーを構成するパーツ自体も大きくなり、その製造や設置場所までの輸送の点で課題が生じてきている。【０００７】
一方で、タワーの存在は風の流れに対しては障害となるために、ロータが回転してブレード下側に来た際には、タワーの影響による風の乱れにより、ブレード周りの空気の流れに変化を生じさせる。例えば、ブレードを有するロータがタワーの下流側で回転するダウンウィンド型の風力発電装置の場合、風がタワーによって遮られて減速し、かつ乱れてブレードに流入することになる（いわゆるタワーシャドー）。また、ブレードを有するロータがタワーの上流側で回転するアップウィンド型の風力発電装置の場合においても、ブレードが回転するタワー上流付近で空気の流れがせき止められるため、そこを通過するブレードに対する空気の流入状態は変化することになる。こういった空気の流れの変化は、ブレードに繰り返し変動荷重を加えることになるため、風力発電装置の出力に影響するだけでなく、ブレードの疲労損傷や騒音の発生などを引き起こす原因となりうる。これに対して特許文献１では、タワーシャドーとタワー構造との関係については配慮されていない。【０００８】
本発明の目的は、タワーシャドーの影響を軽減する風力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の代表的なものの一つを示せば、風力発電装置を、発電機を含むナセルと、前記発電機に主軸を介して接続され、風を受けて回転するブレードと、前記ブレードに対して風上に配置され前記ナセルを鉛直方向で支持するタワーと、を備え、前記タワーは、前記タワーの設置基部から鉛直方向に立ち上がる管状構造の第１部分と、前記第１部分と前記ナセルとの間を接続するものであって、前記ブレードが前記タワーとが重なり合う位置において風上からの風の一部を通風させる通風構造を有する第２部分と、を備えるようにする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、タワーシャドーの影響を軽減することのできる風力発電装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例に係る実施例１の風力発電装置の全体概略図である。
【図２】本発明の一実施例に係る実施例１の風力発電装置の全体概略図である。
【図３】本発明の一実施例に係る実施例１の風力発電装置における図１の各断面を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る実施例１の風力発電装置におけるブレードの根元部に作用する曲げモーメントへの寄与をブレードの半径方向位置毎に記載した図である。
【図５】本発明の一実施例に係る実施例２の風力発電装置の全体概略図である。
【図６】本発明の一実施例に係る実施例３の風力発電装置の全体概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書では、本発明の実施形態に係る風力発電装置を陸上に設置する場合を例に説明するが、これに限らず、例えば、洋上等に設置する場合も同様である。以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１、図２に実施例１の風力発電装置の全体概略図を示す。図１に示すように、風力発電装置１は、タワー９の頂部にナセル８を配置しており、ナセル８は、３枚のブレード２とハブ３を有するロータを軸支している。ロータは、主軸４、増速機５、さらには高速軸６（増速機５の出力軸）を介して発電機７に接続されている。すなわち風を受けて回転するロータは主軸を介して発電機に接続されている。発電機７は、電力ケーブル（図示せず）によってタワー９の下部タワー９ｂに内蔵された電力変換器１０及び変圧器１１等の電気品に電気的に接続される。増速機５は、例えば、複数のギア（歯車）を備え、ギア比により主軸４の回転角速度を増速し、発電機７へ増速後の回転角速度を伝達する。この図では、主軸４から発電機７はナセル内に収納されるので内部構造物として点線で記載している。【００１４】
ナセル８とタワー９間には、ヨー制御機構（ヨーベアリング）１８が設けられ、ナセル８は風向きに応じてタワー９に対して回転するよう制御される。風力発電装置１は、ダウンウィンド型の風力発電装置であることから、風下にロータの回転面を向けるようにナセル８が回転（ヨー制御）し、風のエネルギーによってブレード２が力を受け、ロータが回転する。ヨー制御はヨーベアリング１８によって制御される。ロータの回転は、増速機５及び高速軸６を介して発電機７に好適な回転数まで高めて、発電機７に伝達される。発電機７が回転することで発電された電気エネルギーは、電力変換器１０によって整流され、さらに変圧器１１によって電圧を調整し、電力系統（図示せず）に送られる。またタワー９内にはガイドレール１４に沿って上下に移動でき、作業員がナセル等にアクセスするためのメンテナンス用のエレベータ１５が設けられている。この図では、電力変換器１０及び変圧器１１、ガイドレール１４はタワー９内に収納されるので内部構造物となる部分は点線で記載した。【００１５】
＜タワーに設けられた通風構造の説明＞
図１、図２では３枚のブレードのうちの１枚が最下点にありタワーと重なっている状態を表している。タワー９は、ブレードが最下点に来た時に重なりの生ずる上部タワー９ａと、重なりの無い下部タワー９ｂとで構成される。上部タワー９ａ、及び下部タワー９ｂは、より一般的にはタワーの第１部分、及び第２部分と呼ぶこともできる。下部タワー９ｂは、直径が下から上に減少し風を通さない管状構造（シェル構造、パイプ状構造、円筒状構造と言い替えることもできる）であり、タワー設置基部１９を含み地面１３に設置固定される。上部タワー９ａは、その一部に風上からの風の一部を通風させるための通風構造を持っている。この実施例では上部タワー９ａを第１セクション９ａ１と、第２セクション９ａ２とに分割し第１セクション９ａ１は風を通さない管状構造で、第２セクション９ａ２がトラス構造(格子状構造と呼ぶこともできる）によって実現された通風構造とされている。特に限定されないが、第２セクション９ａ２は上下に円形フランジがあり、その間をトラス構造で接続するタワーアセンブリとして形成することができる。また第１セクション９ａ１や下部タワー９ｂは管状構造のタワーアセンブリとして形成され、フランジにより第２セクション９ａ２とボルトや溶接等で接続され組み立てることができる。タワーアセンブリの分割は、９ａ１、９ａ２、９ｂのような３つの部分に分割しても良いし、運搬、強度、コストなどを考慮して別の分割を採用して結果としてタワー９が実現できるようにしても良い。【００１６】
図３は、上部タワー９ａの各断面を示している。図３（ａ）は第１セクション９ａ１のＸ−Ｘ断面（図１参照）であり、一般的なタワーに用いられる管状構造のみのタワーである。そのため、風Ａは第１セクション９ａ１と衝突することとなり、９ａ１を通過することはない。図３（ａ）の部分では、タワーシャドーを通過する前後とでは、ブレード２が風Ａから受ける荷重に差が生じ、ブレード２への負荷変動が生ずる。【００１７】
一方、図３（ｂ）は、第２セクション９ａ２のＹ−Ｙ断面（図１参照）であり、トラス構造を有しており、風を通過させることのできる空間が設けられており、タワー９に衝突した風Ａは９ａ２の隙間を通過できる。そのため、タワーシャドーを通過する前後とでは、ブレード２が風Ａから受ける荷重の差は小さくなり、ブレード２への負荷変動が小さくなる。この構造に伴い、タワー９のタワーシャドーの範囲において風を通過させることが可能である。
＜更に望ましい通風構造の詳細＞
図１において、上部タワー９ａの長さはブレードの長さとほぼ等しいかそれよりもやや長く（ブレードの長さの１０５％〜１１０％程度）とられる。後述するようにブレードの翼端部分に受ける風の影響が顕著であるためである。さらに上部タワー９ａにおいて、通風構造を有する第２セクションの割合は上部タワー９ａの３０％から１００％にすることが望ましい。【００１８】
ブレードの周速度は半径位置に比例して外側の方が大きく、それに自然風を合成したブレードに対する空気の相対速度も外側の方が大きい。半径方向位置によらずに、ブレードの翼弦長や翼型が同一であるとして単純化して考えた場合、ブレードに加わる空力荷重は相対速度の２乗に比例するため、半径位置が大きい外側に位置するブレード部分には大きな荷重が作用することになる。もちろん、この荷重がロータを回転するトルクにもなるので、発電量に対しても半径位置が大きい外側のブレードが寄与していることになる。さらには、外側は強度の点で最も厳しいブレードの根元部との距離も大きいため、根元部にかかる曲げモーメントへの影響はさらに大きくなる。【００１９】
図４のグラフは、ブレードの翼根元（０）から翼端（１）までの各位置におけるブレードの根元部に作用する曲げモーメントへの寄与を計算したものである。上記のような単純化に加え、翼端の影響も無視した場合の概算として見ると、例えば半径方向７０％以上の部分（翼端から根元方向で見ると３０％の部分）で、曲げモーメントの約７５％（全体の３／４）を決定することになる（図４の斜線の積分）。従って、上部タワーの第２セクション９ａ２による通風構造は、上部タワー全体に設けなくとも、例えば翼端から上方向に約３０％の部分に設けることで、ブレードにかかる曲げモーメントの影響を、通風構造を設けない場合と比べて７５％も軽減できる。さらに、第２セクション翼端から方向で見ると約５０％の部分に通風構造設けると、ブレードにかかる曲げモーメントの影響を通風構造を設けない場合と比べて９３％軽減できる。【００２０】
このように、ブレードにおいては、その半径位置の大きい箇所が、発電量の面でも荷重の面でも圧倒的に影響が大きい。その部分において、タワーシャドーによる風の乱れや、それによる変動荷重を抑制することは、風力発電装置全体の性能、信頼性に大きな効果をもたらす。【００２１】
＜ティルト角及びコーニング角＞
風力発電装置では、ブレードがたわんだ時にブレードがタワーに衝突する危険性を軽減するために回転軸に８度のティルト角θ１が設けられている例がある。ティルト角とは図１において水平基準軸１７とロータの回転軸の基準線１６との間の角度θ１であり、水平基準軸１７から上方向をプラス側と定義し、θ１＝０度で水平基準軸に一致するので負の値は取らない。ティルト角は水平基準軸から上方に向けて大きくすれば、ブレードとタワーの衝突の可能性を下げるとともに、タワーシャドーの影響を軽減することができる。しかし、ティルト角を大きくすればするほど、水平方向から来る風に対してブレードが正対しなくなり、ブレードを回転させる効率が低下するというトレードオフがある。【００２２】
前述のように、この実施例の通風構造を採用すれば、タワーシャドーの影響が軽減できるため、全体が管状構造のタワーを使用した場合よりもティルト角を減少させることができ、その結果ブレードに風を当てる効率が更に向上し、発電効率が向上する。前述したとおり、上部タワー９ａにおいてブレードの先端側の方向から３０〜１００％に部分に通風構造を設けた場合には、ティルト角を０度以上６度未満に設定することができるようになる。更に望ましくはティルト角を０度以上５度未満に設定するとよい。【００２３】
また、風力発電装置のロータには通常コーニング角（又はコーン角）θ２も設けられている。コーニング角は、図１においてロータの回転軸の基準線１６に直交（９０度）する直交面の基準線２０に対するブレードの取付角θ２であり、θ２＝０度で直交面の基準線に一致するので負の値は取らない。ダウンウィンド型では風下方向に向かって（タワーからブレード先端が離れる方向）にコーニング角が設けられる。全体が管状構造のタワーを持つダウンウィンド型風力発電装置コーニング角５度の値が採用されている例がある。コーニング角も前述のティルト角と同様の理由で設けられており、タワーシャドーの軽減とブレードに対して風を当てる効率のトレードオフがあるパラメータである。【００２４】
この実施例の通風構造を採用すれば、タワーシャドーの影響が軽減できるため、全体が管状構造のタワーを使用した場合よりもコーニング角を減少させることができ上部タワー９ａにおいてブレードの先端側の方向から３０〜１００％に部分に通風構造を設けた場合には、コーニング角を０度以上４度未満に設定することができるようになる。更に望ましくはコーニング角を０度以上３度未満に設定するとよい。
＜下部タワー＞
以下、本実施例の風力発電装置１のタワー９のもう一つの特徴である下部タワー９ｂの構造について説明する。【００２５】
前述のように、下部タワー９ｂには風力発電装置１が受ける風荷重によって、タワー９を転倒させるようにモーメントが作用する。大型の風力発電設備１では、この基部１７に作用するモーメントが大きくなるため、下部タワー９ｂの太さを大きくしたり、特許文献１にあるように、格子状構造ではあるものの、その横断面を広げたりすることでタワーの転倒や破損を引き起こさないようにしている。しかしながら、下部タワーの大型化は、風力発電装置の専有する面積を大きくし、タワーの製造や、設置場所までのパーツの輸送の点で課題を有している。【００２６】
前述のように本実施例の風力発電装置は上部タワー９ａに格子状の構成を一部採用しているために、相対的にタワー基部１７に作用するモーメントを低減できる。このため、同様の大きさを有する通常の風力発電装置に比べて、タワー基部１７の構成を小型にしたり、部材を薄型にしたりすることが可能である。しかしながら、あいかわらずタワー基部１７はタワー９を転倒させるモーメントが最も厳しい部分であるため、全体が格子構造のままでこの転倒モーメントに耐えようとすると、タワー下部の横断面は大きくなりやすく、上記の課題に対して十分な構成が得られない。【００２７】
これに対し、本実施例の風力発電装置の下部タワー９ｂは、鋼板製で管状側の構成をしており、その内部に電力変換器１０、変圧器１１を有した構成としている。管状構造の方が格子状構造よりも断面二次モーメントを確保しやすいため、その強度を維持しやすく、転倒モーメントへの耐性も向上できることから、タワー基部１７の横断面を小さくすることができる。これに伴い、本実施例の風力発電装置は２ＭＷ以上の発電容量を有することが可能である。【００２８】
つまり、まず、タワーの上部９ａの少なくとも一部格子状とすることで、風荷重とタワー転倒モーメントを軽減する。次にそのモーメント軽減効果と下部の管状構造タワー９ｂの相乗効果により、タワー基部１７の寸法を抑制する。その結果、タワー部材の小型軽量化に伴う輸送性の改善や、タワー専有面積の低減がなされることになる。【００２９】
さらには、下部タワー９ｂの管状構造内部に電力変換器１０や変圧器１１といった設備を設置できることによって、それらの機器を外部環境から隔離して内部に納める施設(たとえばコンテナ)を風力発電装置１と別に設ける必要がなくなり、さらに専有面積抑制とコスト抑制の効果が得られる。その場合、電力変換器１０や変圧器１１の搬出入やメンテナンスのためにドアなどの開閉可能な出入口を要することにはなるが、トラス構造のまま地上まで構成するよりは、タワー基部１７での強度が確保しやすくなる。【００３０】
また、風力発電装置１ではそのメンテナンスのためにタワー９上部のナセル８に作業員が入る必要性があり、そのためにタワー９内にエレベータを設置することが多い。しかしながら、上部タワー９ａの通風構造部分においては、通常のエレベータでは搭乗した作業員が外部に曝露された状態であるため、安全性の上で課題がある。本実施例の風力発電設備では、作業員が乗る搭乗部１５をゴンドラ状にすることで外部から切り離すことで、万が一の落下などの危険性を小さくしている。そして、ゴンドラ状の搭乗部１５は作業員がメンテナンス作業等で移動するときのみ、通風構造部分の位置にあり、通常の風力発電装置が稼働している際には下部タワー９ｂに収められているため、前述のタワーシャドーの影響を緩和する効果は保たれる。【００３１】
さらに、上記のタワー構造は暴風時にも好適な効果を有する。風量発電装置１は、暴風時はブレード２のピッチ角度を調整して風を受け流し（フェザー）、ロータの回転を抑えることで、風力発電装置１自体が損傷を受けないようにしている。この暴風待機状態においては、ブレード２が極力、風荷重を受けないようにするために、相対的にタワー９の受ける風荷重が大きくなる。それに対して、本実施例の風力発電装置１は、タワー上部９ａを風が吹き抜けることができる格子状構造を有するため、タワー９の受ける風荷重を抑制することができる。一般に高層域は風速が高いので、高層域に位置するタワー上部９ａに格子状構造を設けることは、風力発電装置に作用する風荷重を低減するのに効果的である。さらには、それによって風荷重のタワー９に作用する位置を低い位置にすることができるため、タワー基部１７に作用するモーメントを低減する効果も大きい。【００３２】
以上をまとめると以下のとおりである。
（１）風力発電装置のタワーを、前記タワーの設置基部から鉛直方向に立ち上がる管状構造の第１部分と、前記第１部分と前記ナセルとの間を接続するものであって、前記ブレードが前記タワーとが重なり合う位置において風上からの風の一部を通風させる通風構造を有する第２部分と、を備えるようにすることにより、タワーシャドーの影響を軽減してブレードへの風の供給できるようになるため発電効率が向上するとともにブレードへの負荷変動を軽減できる。
（２）（１）において、前記通風構造は、前記ブレードが最下点にある際の前記ブレードの翼端位置から上方に向けて前記タワーと重なり合う部分に設けることで発電効率とブレードへの負荷変動の軽減をさらに向上させることができる。
【実施例２】
【００３３】
図５（ａ）に実施例２の風力発電装置１の全体概略図を示す。前述の実施例と同様の箇所についての説明は省略する。実施例２の風力発電装置１は上部タワー９ａの第２セクションの通風構造の具体的形状に空力形状を用いるとともに、ヨー制御機構１８の位置をナセル下部から上部タワー９ａと下部タワー９ｂとの間に移動したものである。【００３４】
図５（ｂ）に実施例２の第２セクション９ａ２の断面Ｚ−Ｚを示す。実施例２の第２セクションは、風が通り易い空気力学形状（エアロダイナミクス形状）が施された複数の板状の柱が並列に並び、タワーの一部として荷重を支持するとともに風Ａを通過させることのできる構造となっている。別の見方をすれば管状タワーにおいて風を通風させるエアロダイナミクス処理のされた縦長のスリットを並行して複数設けたものと理解することもできる。図５（ａ）において第２セクション９ａ２は、４つの部分に分けられているが、各部分において図５（ｂ）の複数の板状の柱が形成されたものが４段積み上げられフランジ等で接続されている。この積み上げ段数等は、荷重と必要な強度と考慮して設計される。【００３５】
実施例１で例示したトラス構造の通風構造は、風向きが変化しても風の通風に異方性がないので顕著に影響を受けることは無い。ところが実施例２のような複数の通風スリットでは、通風の異方性がでるため、風の通り易さは風向きに大きく依存することになる。このため、この実施例ではヨー制御機構１８を第２セクションの下部に設け、ロータ、ナセル、及び上部タワー９ａを風向に対して回転制御するようにしている。【００３６】
実施例２においても実施例１と同様にタワーシャドーの影響を軽減できる。【００３７】
なお、実施例２では複数の板状の柱により通風構造を実現するが、類似の構造としては、管状構造のタワーアセンブリにおいて、管を略円柱とした場合の円柱軸に直交する方向に複数の楕円や円の穴を空けて風を通過させる構造も考えられ、同様にタワーシャドーの軽減に寄与する。すなわち通風のために設ける穴は様々な形状が考えられる。
【実施例３】
【００３８】
図６に実施例３の風力発電装置１の全体概略図を示す。前述の実施例と同様の箇所についての説明は省略する。実施例３は、実施例１において上部タワー９ａ全体を通風構造としたものである。【００３９】
このことからタワーシャドーに伴うブレード２への風Ａの荷重変動が大きい箇所全体が格子状タワーとなっているため、ブレード２がタワーシャドーを通過する前後でのブレード２への風２による荷重変動を実施例１、２よりも小さくすることができる。具体的には、回転するブレード２が最下端に位置した際に、そのブレード２の先端よりやや下の部分までをトラス（ラティス）構造である。つまり、第２部分が、ブレード２よりも長さが長く、通風構造は、第２部分全体に設けられている。その部分においては、タワー９による風への影響を軽減し、タワー９下流に位置するブレード２に対して、乱れが少なく、減速も少ない風の流れが流入することになる。これにより、前述のようなブレード２への変動荷重や、トルク脈動といったタワーシャドーの影響を抑制することが可能となる。【００４０】
以上、本発明の実施例について説明してきたが、上記に示した実施例はあくまでも例に過ぎず、本発明を限定するものではない。【００４１】
例えば、相対的にダウンウィンド型の風力発電装置ほどではないものの、ロータがタワーの上流側にあるアップウィンド型の風力発電装置においても、類似の現象は起こり得る。すなわち、風に対して一定の投影面積を有するタワーが回転するブレードのすぐ下流側にあることによって、その部分の風の流れがせき止められ、ブレードへの変動荷重や、ロータのトルク脈動の要因となり得る。よって、アップウィンド型の風力発電装置に対して、前述したような本発明の効果を得ることは期待でき、本発明の意図する範囲内のものである。【００４２】
また、下部のタワーとして管状のタワーを例に説明してきたが、形状としては必ずしも円筒形の管に限定されるわけではなく、ドアなどの部分を除いて、その横断面が閉じた形（例えば四角形や六角形）で構成されるものであれば、その上方の格子状タワーよりも強い強度が期待されるものであり、本発明の意図する範囲内のものである。【００４３】
上部タワーの通風構造として、図３（ｂ）では４角形の断面を持つトラス構造を例示したが、６角形、８角形断面などより円に近い多角形断面をもつトラス構造を採用することもできる。またトラス構造をラーメン構造にすることも一つの選択肢である。トラス構造とラーメン構造を総称して格子状構造と呼ぶこともできる。【００４４】
また、洋上に設置される風力発電においては、その基礎のコストを抑制するためにモノパイル型の基礎が用いられることがある。基礎の直径が大きいと、海底にモノパイル型基礎を設置する杭打ち機（パイルドライバー）も大型のものが必要とされるため、タワー基部におけるタワー直径を一定の寸法以下にしておくことは、海洋工事費用を抑制する上でも重要である。本発明の風力発電装置はタワー基部の大径化を抑制する効果があるため、こういった洋上風力発電においても有用であり、本発明の意図する範囲内のものである。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・風力発電装置、
２・・・ブレード、
３・・・ハブ、
４・・・主軸、
５・・・増速機、
６・・・高速軸、
７・・・発電機、
８・・・ナセル、
９・・・タワー、
９ａ・・・上部タワー
９ａ１・・・上部タワーの第１セクション
９ａ２・・・上部タワーの第２セクション
９ｂ・・・下部タワー
１０・・・電力変換器、
１１・・・変圧器、
１３・・・地面、
１４・・・エレベータのガイドレール、
１５・・・作業用エレベータ、
１６・・・ロータの回転軸の基準線
１７・・・水平基準線
１８・・・ヨーベアリング
１９・・・タワー基部
２０・・・ロータの回転軸の基準線に直交（９０度）する直交面の基準線
Ａ・・・風、
Ｗ・・・タワー下流の乱れた風、
θ１・・・ティルト角
θ２・・・コーニング角（コーン角）
【図１】
2016203557.tif 000003
【図２】
2016203557.tif 000004
【図３】
2016203557.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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