(57)【要約】【課題】  低コストで安定した電力を出力する。【解決手段】  風車と、該風車の回転軸と軸結合したエンジンと、該エンジンの回転軸によって駆動される発電機とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車と、
該風車の回転軸と軸結合したエンジンと、
該エンジンの回転軸によって駆動される発電機と
を具備することを特徴とする発電装置。
【請求項２】
風車の回転軸とエンジンの回転軸との間に介装されるクラッチをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
発電機の出力の一部を蓄電する蓄電装置と、
発電機の回転軸に軸結合した電動機とをさらに備え、
蓄電装置の出力を用いて電動機を回転駆動することを特徴とする請求項１または２記載の発電装置。
【請求項４】
風車の回転軸と軸結合したエンジンの回転軸によって発電機を駆動する
を具備することを特徴とする発電方法。
【請求項５】
風車の回転軸とエンジンの回転軸とをクラッチを介して軸結合する
ことを特徴とする請求項４記載の発電方法。
【請求項６】
発電機の出力の一部を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置の出力を用いて発電機に軸結合した電動機を駆動することを特徴とする請求項４または５記載の発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置及び発電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電の出力安定技術として、例えば下記特許公開公報に開示されたものがある。特許文献１に開示された技術は、発電機の回転軸にフライホイールを装着することにより発電機の回転変動を緩和して電力出力の安定化を図るものである。一方、特許文献２に開示された技術は、風力発電にディーゼル発電を組み合わせたものであり、風力発電設備の電力出力系統とディーゼル発電設備の電力出力系統とを連系させることにより風力発電設備の電力出力の変動をディーゼル発電設備の電力出力によって補完するものである。なお、特許文献２に開示された技術では、風力発電設備の電力出力の変動を補完するためにディーゼル発電設備に加えて蓄電池をも利用している。
【特許文献１】特開２００２−１５５８５０号公報
【特許文献２】特開２００２−３１７７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、発電機の回転変動を単に緩和するものなので、電力出力の安定化に限界がある。すなわち、発電機の比較的小さな回転変動に起因する電力出力の比較的小さな変動に対しては有効であるが、比較的大きな電力出力の変動に対しては十分に安定化することができない。
一方、特許文献２に開示された技術は、風力発電設備の電力出力系統とディーゼル発電設備の電力出力系統とを連系させるものなので、設備構成が複雑になるという問題点がある。すなわち、風力発電設備とディーゼル発電設備との両方に発電機を必要とするため、また相互の出力電圧を同等なものにする変圧器やその他各種の電力関連機器を必要とするため、設備コスト及びメンテナンスコストが増大し、したがって発電コストが増大する。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）低コストで安定した電力を出力する。
（２）安定した電力を簡便な設備を用いて出力する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、発電装置に係る第１の解決手段として、風車と、該風車の回転軸と軸結合したエンジンと、該エンジンの回転軸によって駆動される発電機とを具備する、という手段を採用する。
発電装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、風車の回転軸とエンジンの回転軸との間に介装されるクラッチをさらに備える、という手段を採用する。
発電装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、発電機の出力の一部を蓄電する蓄電装置と、発電機の回転軸に軸結合した電動機とをさらに備え、蓄電装置の出力を用いて電動機を回転駆動する、という手段を採用する。
一方、本発明では、発電装置に係る第１の解決手段として、風車の回転軸と軸結合したエンジンの回転軸によって発電機を駆動する、という手段を採用する。
発電装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、風車の回転軸とエンジンの回転軸とをクラッチを介して軸結合する、という手段を採用する。
発電装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、発電機の出力の一部を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置の出力を用いて発電機に軸結合した電動機を駆動する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、風車の回転軸と軸結合したエンジンの回転軸によって発電機を駆動するので、風車によって発生する回転動力をエンジンによって発生する回転動力で補完しながら発電機を駆動することが可能であり、したがって安定した電力を出力することができる。しかも、風車の回転軸とエンジンの回転軸との軸結合によって単一の発電機を駆動するので、装置構成が簡単であり、よって安定した電力を低コストで発電することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る発電装置の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は風車、２はギア、３は増速機、４はクラッチ、５はエンジン、６は発電機、７はモータ（電動機）、８は蓄電装置、９はインバータである。
【０００８】
風車１は、風力発電に適した構造を有するものであり、風力によって回転軸を回転駆動させる。本実施形態では、図示するように比較的小規模な風力発電に適用される垂直軸風車を採用するが、水平軸風車を用いても良い。ギア２は、垂直姿勢にある風車１の回転軸に設けられた第1の歯車と該第1の歯車に噛合うと共に水平姿勢にある増速機３の回転軸に設けられた第２の歯車から構成されている。
【０００９】
増速機３は、入力軸と出力軸とを所定ギア比を有する複数の歯車で連結したものであり、入力軸の出力回転数（つまり上記ギア２の出力軸の回転数）を一定比率で増加させるものである。クラッチ４は、増速機３の出力軸とエンジン５の回転軸とを連結／乖離させるもの、つまり増速機３の出力軸の動力のエンジン５の回転軸への伝達を規制するものである。このようなクラッチ４の機能は制御装置１０によって制御される。エンジン５は、周知のように燃料の燃焼によって回転軸を回転駆動するものであり、例えばジーゼルエンジンあるいはガスエンジンである。このようなエンジン５は、制御装置１０による制御の下に運転される。
【００１０】
発電機６は、その駆動軸が上記エンジン５の回転軸に軸結合しており、エンジン５の回転軸の駆動力によって回転駆動されることにより当該駆動力に応じた電力を発生して外部に出力する。モータ７は、その回転軸が発電機６の駆動軸に連結されており、当該駆動軸を回転駆動する。蓄電装置８は、発電機６の電力出力（交流電力）の一部を直流電力に変換して蓄える（充電する）と共に当該直流電力をインバータ９に供給する（放電する）。インバータ９は、制御装置１０による制御の下に、蓄電装置８から供給された直流電力を交流電力に変換してモータ７を駆動する。制御装置１０は、上述したクラッチ４、エンジン５及びインバータ９を各々制御することにより本発電装置の全体動作を制御する。
【００１１】
次に、このように構成された本発電装置の全体動作について、図２をも参照して詳しく説明する。なお、制御装置１０は、風力出力の計測値を自らに記憶されたしきい値と比較することにより、以下のような状態別制御を行う。
【００１２】
（１）風力出力がしきい値以上の場合
制御装置１０は、発電機６の電力出力が所定の目標値に安定するように、つまり発電機６の駆動軸の回転速度が所定の回転目標値を維持するようにエンジン５及びインバータ９を各々制御するが、所定風力出力以上の風が吹いている場合、風車１を主な動力発生源とし、エンジン５及びモータ７を補完的な動力発生源としてクラッチ４、エンジン５及びインバータ９を制御する。
【００１３】
すなわち、この場合、制御装置１０は、クラッチ４を閉じて風車１の回転軸を発電機６の駆動軸に軸結合させる。そして、制御装置１０は、図２に示すように、風車１の動力に基づいて発生する電力（風力電力）の電力出力の目標値に対する不足分を、エンジン５の動力に基づいて発生する電力（エンジン電力）で補完するように、エンジン５の運転を制御する。風力電力は、風力出力の変動に起因して比較的大きく変動すると共に安定制御が比較的困難であるが、エンジン電力は制御が容易である。したがって、エンジン５の運転を制御することにより、風力電力の比較的大きな変動を十分に補完することが可能である。
【００１４】
また、風力電力には、上記比較的大きな変動の他に比較的小さい変動成分が含まれている。比較的大きな変動は比較的長周期な変動（低周波変動）であるが、比較的小さい変動は比較的短周期（高周波変動）である。制御装置１０は、インバータ９を介してモータ７の動力を制御することにより上記高周波変動を抑制する。インバータ９を用いたモータ７の回転制御はエンジン５の回転制御よりも応答速度の点で優れているので、エンジン５の制御で除去することができない上記高周波変動は、モータ７の回転を制御することによって除去される。
【００１５】
（２）風力出力がしきい値を下回る場合
この場合、制御装置１０は、クラッチ４を開いて風車１の回転軸を発電機６の駆動軸から乖離させ、エンジン５を主な動力発生源とし、モータ７を補完的な動力発生源としてエンジン５及びインバータ９を制御する。このように風力出力がしきい値を下回る場合には、風車１が発生する回転動力は小さく、エンジン５に対して負荷となるので、まず最初にクラッチ４を開いて風車１の回転軸を発電機６の駆動軸から乖離させる。
【００１６】
そして、この場合には、図２に示した風力電力は「０」となるので、制御装置１０は、エンジン電力のみで電力出力の目標値をカバーするようにエンジン５の運転を制御する。そして、エンジン電力に変動が生じた場合には、この変動をモータ７の回転を制御することにより補完する。
【００１７】
このような本実施形態によれば、風車１によって発生する回転動力をエンジン５によって発生する回転動力で力学的に補完しながら発電機６を駆動することが可能、すなわち、風力電力をエンジン電力で機械的に補完することが可能なので、安定した電力を供給することができる。
しかも、風車１の回転軸とエンジン５の回転軸との機械的な軸結合によって風車１とエンジン５とを連係させるので、従来のような風力発電設備の電力出力系統とディーゼル発電設備の電力出力系統とを連系させる構成に比較して装置構成を単純化することが可能であり、よって発電コストを低減することが可能である。
【００１８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、風力電力あるいはエンジン電力の比較的小さい変動を除去するためにモータ７、蓄電装置８及びインバータ９を設けた。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。モータ７、蓄電装置８及びインバータ９については、必要に応じて設ければ良い。
（２）上記実施形態では、風力出力の計測値をしきい値と比較することによりクラッチ４の開閉に応じた状態別制御を行うようにしたが、本発明は、これに限定されるものではない。風速以外の条件に基づいて状態別制御を行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係わる発電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における発電制御の特徴を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２０】
１…風車、２…ギア、３…増速機、４…クラッチ、５…エンジン、６…発電機、７…モータ（電動機）、８…蓄電装置、９…インバータ
【図１】
2006316738.tif 000003
【図２】
2006316738.tif 000004