(57)【要約】    【目的】  飛来物のブレードへの衝突やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置を提供する。    【構成】  地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードと、風上前方の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた風力発電装置である。前記障害物探査装置は、飛来物を連続的に探査することとし、その連続的な探査に基づいて飛来物が接近してきたと判断した場合に、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する。【選択図】    図１
2006125266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に立設させたタワーと、  そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードと、  風上前方の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、  回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた風力発電装置であって、
前記障害物探査装置が飛来物を検知した場合に、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するように制御することとした風力発電装置。
【請求項２】
地上に立設させたタワーと、  そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードと、  風上前方の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、  回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた風力発電装置であって、
前記障害物探査装置は、飛来物を連続的に探査することとし、
その連続的な探査に基づいて飛来物が接近してきたと判断した場合に、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するように制御することとした風力発電装置。
【請求項３】
障害物探査装置が検知した飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手段を備え、
ブレード角度制御手段は、その予想到達時間に達する前にブレードの角度を回転停止ポジションに変更するように制御することとした請求項１または請求項２のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項４】
障害物探査装置は、広角な探査と狭角な探査とが可能であり、
飛来物を検知するまでは広角な探査を行うとともに、飛来物を検知した場合には、その飛来物に照準した狭角な探査に変更し、飛来物が接近してくるか否かを判断することとした請求項１から請求項３のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項５】
地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードとを備えた風力発電装置の制御方法であって、
風上前方の飛来物を検知する飛来物検知手順と、
その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記ブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する回転停止手順とを備えた風力発電装置の制御方法。
【請求項６】
地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードとを備えた風力発電装置の制御方法であって、
飛来物を連続的に探査する飛来物検知手順と、
その飛来物検知手順にて飛来物が検知された場合に飛来物が接近したか否かを判断する飛来物接近検知手順と、
その飛来物接近検知手順にて飛来物が接近した旨を判断した場合に、前記ブレードを回転停止ポジションに変更する回転停止手順とを備えた風力発電装置の制御方法。
【請求項７】
飛来物検知手順にて飛来物が検知された場合にその飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手順を備え、
回転停止手順は、その予想到達時間に達する前にブレードを回転停止ポジションに変更するようにした請求項５または請求項６のいずれかに記載の風力発電装置の制御方法。
【請求項８】
地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードとを備えた風力発電装置の制御プログラムであって、
その制御プログラムは、  飛来物を検知する飛来物検知手順と、
その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記ブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する回転停止手順とを風力発電装置の制御コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラム。
【請求項９】
地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードとを備えた風力発電装置の制御プログラムであって、
その制御プログラムは、  飛来物を連続的に探査する飛来物検知手順と、
その飛来物検知手順にて飛来物が検知された場合に飛来物が接近したか否かを判断する飛来物接近検知手順と、
その飛来物接近検知手順にて飛来物が接近した旨を判断した場合に、前記ブレードを回転停止ポジションに変更する回転停止手順とを風力発電装置の制御コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラム。
【請求項１０】
飛来物検知手順にて飛来物が検知された場合にその飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手順を備え、
回転停止手順は、その予想到達時間に達する前にブレードを回転停止ポジションに変更するようにした請求項８または請求項９のいずれかに記載のコンピュータプログラム。
【請求項１１】
ナセルまたはハブには、音波または電磁波の受発振によって前方の風速を計測可能なドップラ風速計を備え、  そのドップラ風速計が所定以上の風速を検知した場合には、ブレード角度制御手段が当該風速によってブレードが破損しないようにブレードの角度を変更することとした請求項１から請求項４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１２】
請求項５、請求項６または請求項７のいずれかに記載の風力発電装置の制御方法において、
風力発電装置には、音波または電磁波の受発振によって前方の風速を計測可能なドップラ風速計とを備え、
風上前方の飛来物を検知する飛来物検知手順と、
その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記ブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する回転停止手順とを備えたことを特徴とする風力発電装置の制御方法。
【請求項１３】
請求項８、請求項９または請求項１０のいずれかに記載のコンピュータプログラムにおいて、
風力発電装置には、音波または電磁波の受発振によって前方の風速を計測可能なドップラ風速計とを備え、
風上前方の飛来物を検知する飛来物検知手順と、
その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記ブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する回転停止手順とを風力発電装置の制御コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に対して近づいてくる飛来物（主に鳥類）がある場合に、その飛来物がブレードに衝突する事態を回避する技術、およびそれに関連する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電所の設置場所においては、風況を把握するため、風速や風向を測定している。
たとえば、ドップラソーダ（ドップラ音波レーダー）は、現場における任意地点から上空に向けて、数千Ｈｚの一定周波数の音波を、数秒間隔で発振する。音波は、大気中の風に含まれる水蒸気や塵などの粒子に衝突し、反射する。その反射波を大型の筒状体にてキャッチし、ドップラ効果で変調した反射波に基づいて風速を算出する。
音波の受発信用の筒状体を三本程度とし、それぞれの傾き角度や方向を異ならせることによって風向きを算出することも可能である。
【０００３】
レーザードップラ（光波レーダー）は、レーザー光を放射し、大気中に浮遊する塵からの散乱光を受信する。受信した光は、風の影響によるドップラ効果を受けているので、その光の周波数変移量を分析し、風速や風向きを求める技術である。
例えば、風力発電用風車建設予定地について風向風速を計測する技術として、特許文献１に開示される技術がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１０１２６５号公報
【０００５】
風力発電装置は、設置場所の風況に合わせて設計されるが、いずれの風力発電装置であっても、風力に伴う外力への耐久性能には限界がある。したがって、風力に伴う限界以上の外力から保護するため、以下のような「限度調整機構」を備えている。すなわち、風速を計測したり、天候の予報情報を得るなどによって所定以上の風速が予想されたり検知された場合には、その風に対する回転効率を下げるようなブレード角度を選択したり、風を逃がすようなブレード角度を選択したりする機構を備えている。
【０００６】
さて、風力発電装置は、安定的に風が吹く場所を選択して設置される。都市部から離れた場所では、大型の風力発電装置を複数台設置することも少なくない。風況条件に優れた場所では、数十から数百基を設置したウィンドファームも形成されている。
【０００７】
近年、単機あたりの出力を向上させるため、風力発電装置は大型化している。
一般的な大型の風力発電装置は、高さ３０〜８０メートル程度のタワーに設置され、そのような風力発電装置のブレードは２０〜５０メートルであるので、最高位は地上から１３０メートルにも達する。
【０００８】
図９を用いて概念的に示しているが、このような高さは、当該風力発電装置が設置された場所の近隣に生息する鳥類が飛行したり、渡り鳥の巡航飛行の高さになる場合もある。
一方、飛行する鳥類は、高速で回転するブレードを視認しにくいためか、ブレードに衝突して絶命する事故（バードストライク）が発生している。
更に、図１０に示すような風速計や風向計を備えているが、これらは事後計測に過ぎず、強風に吹き飛ばされてきた飛来物がブレードに衝突して、ブレードが破損することもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
今後設置する風力発電装置に対しては、野鳥保護団体などからの情報や、環境アセスメントの徹底などによって、バードストライクをある程度回避できると考えられる。
しかし、既存の風力発電所においては、バードストライクを回避する手段が存在しない。
また、生き物である鳥の動きを完全に把握し、且つ規制していくことは不可能であるから、環境調査などを徹底することによるバードストライクの抑制には、自ずと限界がある。
なお、強風に吹き飛ばされてきた飛来物がブレードに衝突して、ブレードが破損することも回避したい。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、風力発電装置において、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な技術を提供することである。
ここで、請求項１から請求項４に記載の発明の目的は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置を提供することにある。
また、請求項５から請求項７に記載の発明の目的は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置の制御プロセスを提供することにある。
【００１１】
また、請求項８から請求項１０に記載の発明の目的は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置の制御プログラムを提供することにある。
請求項１１から請求項１３に記載の発明の目的は、前述の発明の目的に加え、突風によるブレードの破損事故を減らすことが可能な風力発電装置関連技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（請求項１）
請求項１記載の発明は、地上に立設させたタワーと、  そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードと、  風上前方の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、  回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた風力発電装置に係る。
前記障害物探査装置が飛来物を検知した場合に、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するように制御することとしたことを特徴とする。
【００１３】
（用語説明）
「飛来物」とは、鳥類などの生き物の他、風に飛ばされくる物体を含む。
「障害物探査装置」とは、音波または電磁波を発振し、その反射波を捉えることによって飛来物の存在を確認する装置、または撮像および画像解析に基づいて飛来物の存在を確認する装置、熱感知により鳥類などの生き物を感知する装置などである。風上前方における飛来物を捉えるため、風向計と組み合わせて用いられる。なお、風力発電装置が風上を向くようにしているので、風力発電装置のハブ内に設置するなど、風力発電装置と同期して動くこととしているとよい。
【００１４】
「回転停止ポジション」とは、ブレードが風を受けても回転しないポジションをいい、代表的には、フェザリングポジションまたは回転速度の十分な減速であるが、ブレード回転を停止させるためのブレーキを補助的に用いる場合、ブレーキをメインとしてブレードの回転を停止させる場合も含む。回転の減速制御手段としては、ブレード全体のピッチ角を変更するピッチ制御機と、揚力を失うようなブレード形状とピッチ角とを選択させるとともに停止時にはブレード先端が９０度向きを変えてブレーキとするストール制御機とがある。
なお、風力発電装置はフェザリングポジション以外にも、強風に応じて回転効率を落とすようなポジションを選択可能に形成されていることが多い。回転を完全に停止してしまうと運転再開に時間が掛かるが、十分な減速の場合には運転再開が容易であるので発電ロスを減らすことができるからである。
【００１５】
（作用）
本請求項に係る風力発電装置が、風を受けてブレードが回転することによって発電する。ここで、障害物探査装置が風上に飛来物を検知したとする。すると、ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する。その結果、ブレードの回転は停止または十分な減速をする。
停止または十分な減速をしているブレードであれば、飛来する鳥が視認しやすいため、自ら回避する可能性が高まる。また、ブレードはハブから放射状に３枚程度固定された細身の形状をなすものが多いので、飛来物が鳥以外の単なる物体である場合でも、ブレードに衝突する確率を低めることができる。
【００１６】
（請求項２）
請求項２記載の発明もまた、地上に立設させたタワーと、  そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードと、  風上前方の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、  回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた風力発電装置に係る。
そして、前記障害物探査装置は、飛来物を連続的に探査することとし、
その連続的な探査に基づいて飛来物が接近してきたと判断した場合に、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するように制御することとしたことを特徴とする。
【００１７】
（用語説明）
「障害物探査装置」が「飛来物を連続的に探査する」ため、飛来物に関するデータを所定時間記憶したり、直前のデータと比較演算したりする機能を備える。飛来物が鳥類である場合には、風速よりも速い場合がある。
【００１８】
（作用）
請求項１記載の発明との相違点は、飛来物が接近してきた場合に限って回転停止ポジションへの変更を制御するとした点である。接近したか否かを判断するので、飛来物を一旦検知したが接近しないと判断されれば、衝突の可能性が少なく、発電を無駄に停止させずに済む。
なお、請求項１記載の風力発電装置では、飛来物の動きが極めて速い場合や、連続して探査しても接近してきたか否か、衝突可能性が高いか否かなどの予測できない場合に有効である。
【００１９】
（請求項３）
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の風力発電装置を限定したものである。
すなわち、  障害物探査装置が検知した飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手段を備え、
ブレード角度制御手段は、その予想到達時間に達する前にブレードの角度を回転停止ポジションに変更するように制御することとした風力発電装置に係る。
【００２０】
（用語説明）
「到達時間算出手段」とは、障害物探査装置が音波または電磁波を用いるものである場合には、飛来物を連続的に探査し、音速と距離とから飛来物が到達する時間を予測するものである。
換言すれば、飛来物の接近を検知して回転停止と判断した場合に、ブレード角度制御手段がブレード角度を変更してブレードの回転を停止するために必要な時間（たとえば５秒前後）を確保できるだけの遠方の飛来物を探査する必要がある。
【００２１】
（作用）
到達時間算出手段は、障害物探査装置が検知した飛来物の予想到達時間を算出する。そして、  ブレード角度制御手段がその予想到達時間に達する前にブレードの角度を回転停止ポジションに変更するように制御する。その結果、飛来物によるブレードの破損、バードストライクを未然に防ぐ確率を高めることができる。
【００２２】
（請求項４）
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の風力発電装置を限定したものである。
すなわち、  障害物探査装置は、広角な探査と狭角な探査とが可能であり、
飛来物を検知するまでは広角な探査を行うとともに、飛来物を検知した場合には、その飛来物に照準した狭角な探査に変更し、飛来物が接近してくるか否かを判断することとした風力発電装置に係る。
【００２３】
（作用）
障害物探査装置が探査できる角度はできるだけ大きい方がよい。しかし、風速が速く、飛来物の速度も速い場合には、広角な探査では、飛来物の連続的に動きを捉えたり、到達予想時間を算出するのに誤差が大きくなってしまう。
そこで、飛来物を検知した場合には、その飛来物に照準した狭角な探査に変更し、飛来物が接近してくるか否かを判断できるような構成を採択したものである。
【００２４】
（請求項５）
請求項５記載の発明は、地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードとを備えた風力発電装置の制御方法に係る。
すなわち、風上前方の飛来物を検知する飛来物検知手順と、  その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記ブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する回転停止手順とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
（請求項６）
請求項６記載の発明は、地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードとを備えた風力発電装置の制御方法に係る。
すなわち、飛来物を連続的に探査する飛来物検知手順と、  その飛来物検知手順にて飛来物が検知された場合に飛来物が接近したか否かを判断する飛来物接近検知手順と、  その飛来物接近検知手順にて飛来物が接近した旨を判断した場合に、前記ブレードを回転停止ポジションに変更する回転停止手順とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
（請求項７）
請求項７記載の発明は、請求項５または請求項６のいずれかに記載の風力発電装置の制御方法を限定したものである。
すなわち、飛来物検知手順にて飛来物が検知された場合にその飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手順を備え、  回転停止手順は、その予想到達時間に達する前にブレードを回転停止ポジションに変更するようにしたことを特徴とする。
【００２７】
（請求項８）
請求項８記載の発明は、地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードとを備えた風力発電装置の制御プログラムに係る。
その制御プログラムは、  飛来物を検知する飛来物検知手順と、  その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記ブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する回転停止手順とを風力発電装置の制御コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラムである。
【００２８】
（請求項９）
請求項９記載の発明もまた、地上に立設させたタワーと、そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードとを備えた風力発電装置の制御プログラムに係る。
その制御プログラムは、  飛来物を連続的に探査する飛来物検知手順と、  その飛来物検知手順にて飛来物が検知された場合に飛来物が接近したか否かを判断する飛来物接近検知手順と、  その飛来物接近検知手順にて飛来物が接近した旨を判断した場合に、前記ブレードを回転停止ポジションに変更する回転停止手順とを風力発電装置の制御コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラムである。
【００２９】
（請求項１０）
請求項１０記載の発明は、請求項８または請求項９のいずれかに記載のコンピュータプログラムを限定したものである。
すなわち、飛来物検知手順にて飛来物が検知された場合にその飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手順を備え、  回転停止手順は、その予想到達時間に達する前にブレードを回転停止ポジションに変更するようにしたことを特徴とする。
【００３０】
（請求項１１）
請求項１１記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の風力発電装置を限定したものである。
すなわち、ナセルまたはハブには、音波または電磁波の受発振によって前方の風速を計測可能なドップラ風速計を備え、  そのドップラ風速計が所定以上の風速を検知した場合には、ブレード角度制御手段が当該風速によってブレードが破損しないようにブレードの角度を変更することとした風力発電装置に係る。
【００３１】
（用語説明）
「ドップラ風速計」とは、音波または電磁波を発振し、風に含まれた塵などの反射体へ衝突して反射してくる音波または電磁波のドップラ効果に基づく速度差を計測することによって風速を算出する風速計である。取り付け位置はハブの内部、ナセルの上部または左右などがある。
【００３２】
（作用）
音波または電磁波の受発振によるドップラ効果を用いたドップラ風速計により、風力発電装置の風上における風速を測定する。そして、ドップラ風速計が所定以上の風速を検知した場合には、ブレード角度制御手段がブレードの角度を変更する。たとえば、限度以上の風速を検知した場合には、フェザリングとすることによって風を逃がし、ブレードやタワーへのダメージを軽減する。
以上のような作動により、観測タワーを必要とせず、突風を事前に検知してブレードの角度変更などの突風対策をとることができる。
【００３３】
（請求項１２）
請求項１２に記載の発明は、請求項５、請求項６または請求項７のいずれかに記載の風力発電装置の制御方法を限定したものである。
すなわち、風力発電装置には、音波または電磁波の受発振によって前方の風速を計測可能なドップラ風速計とを備え、
風上前方の飛来物を検知する飛来物検知手順と、  その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記ブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する回転停止手順とを備えたことを特徴とする風力発電装置の制御方法に係る。
【００３４】
（請求項１３）
請求項１３に記載の発明は、請求項８、請求項９または請求項１０のいずれかに記載のコンピュータプログラムを限定したものである。
すなわち、風力発電装置には、音波または電磁波の受発振によって前方の風速を計測可能なドップラ風速計とを備え、  
風上前方の飛来物を検知する飛来物検知手順と、  その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記ブレードを回転停止ポジションに変更するように制御する回転停止手順とを風力発電装置の制御コンピュータに実行させることとしたコンピュータプログラムに係る。
【００３５】
請求項８から請求項１０および請求項１３に係るコンピュータプログラムを、チップ化して風力発電装置のブレード制御装置とすることもできる。また、記録媒体へ記憶させて提供することもできる。ここで、「記録媒体」とは、それ自身では空間を占有し得ないプログラムを担持することができる媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＤＶＤ−Ｒなどである。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１から請求項４に記載の発明によれば、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置を提供することができた。
また、請求項５から請求項７に記載の発明によれば、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置の制御プロセスを提供することができた。
【００３７】
また、請求項８から請求項１０に記載の発明によれば、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置の制御プログラムを提供することができた。
更に、請求項１１から請求項１３に記載の発明によれば、前述の発明の目的に加え、突風によるブレードの破損事故を減らすことが可能な風力発電装置関連技術を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本願発明の実施の形態について、図面を参照させながら説明する。
ここで使用する図面は、図１から図７である。図１は第一の実施形態を示す概念図であり、図２は制御プロセスを示すフローチャートである。図３は、風速と発電量とを示すグラフである。図４は、第二の実施形態の概念図である。図５は、撮像および画像解析を示す概念図である。図６は、飛来物のある場合の発射波および反射波のイメージ図である。図７は、飛来物がない場合の発射波および反射波のイメージ図である。図８は、第三の実施形態を示す概念図である。
【００３９】
（第一の実施形態）
図１に示す第一の実施形態は、地上に立設させたタワーと、  そのタワーに固定されたナセルと、そのナセルに対してハブを介して回転自在に固定された複数のブレードと、  風上前方の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、  回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備えた風力発電装置に係る。
【００４０】
障害物探査装置としては、撮像および画像解析に基づいて飛来物の存在を確認する装置ではなく、音波または電磁波を発振してその反射波を捉えることによって飛来物の存在を確認する装置を採用した。
なお、熱感知装置を採用すると、鳥類などの生き物のように、周囲よりも温度が高い飛来物しか検知できないが、夜間や吹雪などの悪天候時には、音波や電磁波を発信する障害物探査装置よりも飛来物の検知が正確に行えるという利点がある。
【００４１】
ナセルには風向計を備えており、その風向計からの出力を得て風力発電装置が風上を向くようにしている。障害物探査装置は、音波または電磁波を発振し（発射波ｆ１）、その反射波（ｆ２）を捉えることによって飛来物の存在を確認する装置である。風力発電装置のハブ内に設置しており、風力発電装置と同期して動く。
この障害物探査装置が飛来物の存在を確認した場合には、図２に示すフローチャートのように制御される。
【００４２】
（図２）
図２には、制御の一例を示す。風力発電装置が、風を受けてブレードが回転することによって発電する。ここで、障害物探査装置が風上に飛来物を検知しなければ、運転を継続する。
飛来物を検知したとする。すると、飛来物を連続的に探査することにより、飛来物に関するデータを所定時間記憶したり、直前のデータと比較演算したりする。そして、飛来物が接近してきた場合には、飛行速度Ｖやその距離Ｘから飛来物の到達予測時間を算出し、ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジション（フェザリング）に変更するように制御する。そして、飛来物の到達予測時間前にブレードの回転を停止させる。
なお、以上のような制御プログラムは、ブレードの制御装置に組み込まれる。
【００４３】
停止しているブレードであれば、飛来する鳥が視認しやすいため、自ら回避する可能性が高まる。また、ブレードはハブから放射状に３枚程度固定された細身の形状をなすものが多いので、飛来物が鳥以外の単なる物体である場合でも、ブレードに衝突する確率を低めることができる。  接近したか否かを判断するので、飛来物を一旦検知したが接近しないと判断されれば、衝突の可能性が少なく、発電を無駄に停止させずに済む。
【００４４】
（図３）
図３は、風速と発電量との関係を示したものである。定格風速にて運転できるようにブレードを調整し、所定以上の風速（カットアウト風速）になったら、フェザリングによって発電を停止する。本実施形態では、飛来物が接近してきた場合にもフェザリングへの変更を実行するのである。
【００４５】
（図４）
図４に示す実施形態は、図１に示す実施形態と異なり、障害物探査装置をハブに内蔵させるのではなく、ナセルの上に固定している。ブレードが回転していれば障害物探査装置にとって邪魔になるが、回転するブレードを避けるように音波または電磁波の発振タイミングを制御すればよい。
【００４６】
以上説明した実施形態に係る風力発電装置によれば、飛来物のブレードへの衝突やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置を提供することができた。
【００４７】
以上説明した障害物探査装置をウィンドファームに設置する場合には、全ての風力発電装置に障害物探査装置を備えることが望ましい。
しかし、全てには備えられない場合において、障害物探査装置が障害物を検知した場合には、備えていない風力発電装置におけるブレード角度制御も行えるようにする。すると、飛来物のブレードへの衝突やバードストライクを減らすことに寄与する。
【００４８】
上記した実施形態では、風上からのバードストライクのみを考慮した風力発電装置について説明したが、風力発電装置またはウィンドファームの周囲に複数の障害物探査装置を備えることは、当然可能である。飛来物は風上のみを考慮すればよいが、鳥は風向と関係なく飛行する場合もあるからである。
複数の障害物探査装置のいずれかの障害物探査装置が障害物を検知した場合には、衝突が予想される風力発電装置あるいは全ての風力発電装置について、フェザリングまたは十分な減速となるように制御することとするのである。
【００４９】
（図５）
撮像および画像解析による障害物探査装置について、図５に基づいて、更に詳しく説明する。
障害物探査装置が飛来物を捉えた場合、その飛来物が収まる鉛直方向長さをＹとする。また、障害物探査装置がその飛来物を収めた探査角度の半分をθとする。また、飛来物を最初に捉えた時刻をＴ2でこの時の探査角度がθ2、風力発電装置への到達時間をＴ1でこのときの探査角度がθ1とし、Ｔ1における飛来物の到達距離をＸ、飛来物の飛行速度（風速を含めた飛行速度）をＶとする。
【００５０】
すると、
tan θ1 ＝ Ｙ／２Ｘ
tan θ2 ＝ Ｙ／２（Ｘ ＋ Ｖ×Ｔ）
Ｖ ＝ Ｘ（tan θ1 − tan θ2） ／ Ｔ／tan θ2 
風力発電装置への到達時間Ｔ1は、
Ｔ1 ＝ Ｘ／Ｖ
と予測できることとなる。
【００５１】
（図６）
飛来物がある場合において、発射波（ｆ１）と反射波（ｆ２）とが、信号と周波数との関係においてどのように捉えられるか、を示している。反射波（ｆ２）のほうが発射波（ｆ１）よりも信号、周波数ともに大きくなったという実例である。
【００５２】
（図７）
飛来物がない場合（すなわち風が吹いて来るのみ）において、発射波（ｆ１）と反射波（ｆ３）とが、信号と周波数との関係においてどのように捉えられるか、を示している。反射波（ｆ２）のほうが発射波（ｆ１）より周波数が大きくなっているものの、飛来物があるときほどは大きく変化しなかった。
【００５３】
図６および図７に示したような実例に基づいてデータを蓄積しておき、蓄積したデータとの比較を瞬時に行い、飛来物の接近か否かを判断する制御アルゴリズムを備えることとしてもよい。
【００５４】
（図８）
図８に示す実施形態は、飛来物を検知するための装置として、音波または電磁波を発振してその反射波を捉えることによって飛来物の存在を確認する装置ではなく、撮像および画像解析に基づいて飛来物の存在を確認する装置を採用したものである。
すなわち、流体内に混入した微少な粒子（トレーサ）にレーザ光などを照射してそれらの散乱光を画像として連続して取得し、粒子群の移動距離を求めて二次元平面内における飛来物の接近を検知するのである。
【００５５】
この飛来物検知装置は、ハブに内蔵したレーザ発振装置と、タワーにおける地上付近においてタワーを周回して固定されたリング状のカメラ移動体と、そのカメラ移動体の上面周囲においてタワーを周回可能に固定されたカメラとを備えて構成されている。
カメラは、ＣＣＤまたはＣ−ＭＯＳセンサであり、レーザ発振装置が発振したシート状のレーザ光を下方から撮影する。また、風向風速計が検知する風向に基づき、ナセルとともに同期して風上を向くようにカメラ移動体の上を移動できるように形成されている。
【００５６】
まず、レーザ発振装置がシート状のレーザ光を風力発電装置の風上に向かって照射する。続いて、流動場に照射されたレーザ光が捉えるトレーサを、カメラが撮影画像データとして連続して取得する。このとき、カメラによる撮影のタイミングは、制御手段がレーザ光に同期させる。
連続して得られた撮影画像データは、コンピュータによる画像処理手段にて風況解析用に処理する。すなわち、画像解析によって飛来物の接近を検知した場合にも、ブレードの角度などを制御して突風に伴うブレードの破損事故を未然に防止する。
【００５７】
なお、取得した複数の撮影画像データを用いて風上における風速や風向を取得することもできる。その風速が所定以上である場合には、ブレードの角度などを制御して突風に伴うブレードの破損事故を未然に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第一の実施形態を示す概念図である。
【図２】制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】風速と発電量とを示すグラフである。
【図４】第二の実施形態を示す概念図である。
【図５】撮像および画像解析を示す概念図である。
【図６】飛来物のある場合の発射波および反射波のイメージ図である。
【図７】飛来物がない場合の発射波および反射波のイメージ図である。
【図８】第三の実施形態を示す概念図である。
【図９】従来の風力発電装置を示す概念図である。
【図１０】一般的な風向計、風速計を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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