(57)【要約】【課題】  波によって発生する浮体への影響を低減可能な浮体式洋上風力発電装置を提供する。【解決手段】  浮体式洋上風力発電装置１は、風を受けて回転するブレード４を有するロータ５、及びロータ５の回転エネルギーを用いて発電する発電機７を収容するナセル６を有する風力発電装置２を備え、風力発電装置２は水上に配置され、且つ係留される浮体１４に設置される。浮体１４又は風力発電装置２に設置される波情報検出部９からの波情報を入力する制御装置１３を備え、制御装置１３は、波情報検出部９からの波情報に基づき風力発電装置２の制御指令を出力し、制御指令に基づき浮体１３を回転させる。【選択図】  図１
2019094886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、風を受けて回転するブレードを有するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルと、を有する風力発電装置を備え、前記風力発電装置が水上に配置され、且つ係留される浮体に設置されてなる浮体式洋上風力発電装置であって、
前記浮体又は前記風力発電装置に設置される波情報検出部からの波情報を入力する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記波情報に基づき、前記風力発電装置の制御指令を出力し、
前記制御指令に基づき前記浮体を回転させることを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記波情報は、波の方向及び浮体へ波の影響量を含み、
前記制御装置は、前記浮体への波の影響量が所定の閾値を超える場合に、前記浮体への波の影響を低減する方向に前記浮体を回転するように前記風力発電装置の制御指令を決定することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項３】
請求項１に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記風力発電装置は、前記ブレードのピッチ角を調節するピッチ角調整装置及び前記ロータの風向に対する角度を調節するヨー角調整装置を備え、
前記制御装置は、前記波情報に基づき、前記ピッチ角調整装置へピッチ角制御指令及び／又は前記ヨー角調整装置へヨー角制御指令を出力し、ピッチ角制御指令及び／又は前記ヨー角制御指令に基づき、前記浮体の回転を制御することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項４】
請求項２に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記風力発電装置は、前記ブレードのピッチ角を調節するピッチ角調整装置及び前記ロータの風向に対する角度を調節するヨー角調整装置を備え、
前記制御装置は、前記波情報に含まれる波の方向及び浮体へ波の影響量に基づき、前記ピッチ角調整装置へピッチ角制御指令及び／又は前記ヨー角調整装置へヨー角制御指令を出力し、ピッチ角制御指令及び／又は前記ヨー角制御指令に基づき、前記浮体の回転を制御することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項５】
請求項３に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記ナセル上に設置され、風向を含む風況を測定する風況測定部を備え、
前記制御装置は、前記風況測定部より入力される風向の変動が所定の閾値を超える場合にのみ、前記ピッチ角調整装置へピッチ角制御指令を出力することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項６】
請求項４に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記ナセル上に設置され、風向を含む風況を測定する風況測定部を備え、
前記制御装置は、前記風況測定部より入力される風向の変動が所定の閾値を超える場合にのみ、前記ピッチ角調整装置へピッチ角制御指令を出力することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項７】
請求項５に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記波情報検出部は、
相互に直交する異なる方向の振動を検出する振動検出部と、
前記振動検出部により検出された相互に直交する異なる方向の振動から、各方向における波起因の振動成分を抽出し、抽出された各方向における波起因の振動成分に基づき前記波情報として波の方向及び浮体への波の影響量を算出して前記制御装置へ出力する波情報算出部と、を備えることを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項８】
請求項６に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記波情報検出部は、
相互に直交する異なる方向の振動を検出する振動検出部と、
前記振動検出部により検出された相互に直交する異なる方向の振動から、各方向における波起因の振動成分を抽出し、抽出された各方向における波起因の振動成分に基づき前記波の方向及び浮体への波の影響量を算出して前記制御装置へ出力する波情報算出部と、を備えることを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記波情報算出部は、前記振動検出部により検出された相互に直交する異なる方向の振動のうち、０．０５Ｈｚ〜０．１５Ｈｚの周波数帯域の振動を前記各方向における波起因の振動成分として抽出することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項１０】
請求項７又は請求項８に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記振動検出部は、ナセル内に設置されるナセル加速度センサ又はナセル速度センサであって、
前記波情報算出部は、前記ナセル加速度センサ又はナセル速度センサにより検出された各方向における加速度信号又は速度信号から、波起因の振動成分を抽出し、抽出された各方向における波起因の振動成分を合成し、合成した値に前記ロータの風向に対する角度であるヨー角を加算し前記波の方向を算出することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項１１】
請求項７又は請求項８に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記振動検出部は、前記ナセルを回動可能に支持するタワー内に設置されるタワー変位センサ又はタワー傾斜角センサであって、
前記波情報算出部は、前記タワー変位センサ又はタワー傾斜角センサにより検出された各方向における変位信号又は傾斜角信号から、波起因の振動成分を抽出し、抽出された各方向における波起因の振動成分を合成し前記波の方向を算出することを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項１２】
請求項７又は請求項８に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記風力発電装置は、複数のブレード及びブレード毎に設置されるピッチ角調整装置を備え、
前記制御装置は、各ピッチ角調整装置へ異なるピッチ角制御指令を出力すると共に、前記ピッチ角制御指令はアジマス角に応じて決定されることを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【請求項１３】
請求項７又は請求項８に記載の浮体式洋上風力発電装置において、
前記浮体への波の影響量は、前記浮体に付設される構造物への影響を含むことを特徴とする浮体式洋上風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮体式洋上風力発電装置に係り、特に波に対して浮体を回転させる浮体式洋上風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の面から、二酸化炭素の排出による地球温暖化や、化石燃料の枯渇等が問題視されている。そこで、化石燃料を使用せず、また、二酸化炭素の排出を抑えられる発電装置として、風力や太陽光などの自然から得られる再生可能エネルギーを利用した発電装置が注目を浴びている。  
再生可能エネルギーを利用した発電装置の中では、太陽光発電装置が一般的であるが、日射によって直接的に出力が変化するため、出力変動が大きく、夜間は発電できない。それに対して風力発電装置は、風速や風向などの風況が安定した場所を選んで設置することで、昼夜を問わず比較的安定な発電が可能である。また、陸上よりも高風速で風況変化が少ない洋上に設置することも可能であるため、注目を集めている。
【０００３】
洋上に風力発電装置を設置する場合、海底に固定した基礎構造物上に設置する着床式と、浮体を海底に係留してその上に設置する浮体式がある。着床式は水深が深くなると建設コストが増大するため、水深の深い場所が多い地域では浮体式が有望視されている。  
浮体式の場合、常時波による影響を受けることになるが、浮体の構造によってはその影響が大きくなり、浮体や浮体に付設される構造物の破損や、風力発電装置の制御が不安定になる可能性がある。特に、セミサブ型などの波の方向によって波を受ける浮体の形状が異なる場合には、波の方向によっては波の影響を大きく受けてしまう。さらに、比較的水深の浅い場所にも設置可能なように、浮体の水平断面積を大きくして喫水を低減した場合には、その分浮体の波の受ける面が広くなり、波による影響が増大する。また、スパー（円筒）型浮体では、波の方向によって波を受ける浮体の形状は変化しないが、メンテナンス時に渡船から浮体に乗降するための桟橋等の、浮体に付設される構造物が存在する。波の方向によっては、浮体に付設される構造物が破損することが懸念されるため、波の方向を考慮する必要がある。
【０００４】
このような波の影響の問題に対処すべく、例えば、特許文献１に記載される技術が提案されている。特許文献１では、風により回転するロータを有した浮体式洋上風力発電施設において、ロータのブレードピッチを制御するブレードピッチ制御手段、及び浮体の運動を検出する浮体運動検出手段と、を備え、ブレードピッチ制御手段が浮体運動検出手段或いは浮体の周囲の海象状態を検出する海象検出手段の検出結果に基づいて、ロータのブレードピッチをフィードフォワード制御する浮体式洋上風力発電施設の制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１３−０６５３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載される浮体式洋上風力発電施設の制御装置の構成では、波の方向や波高、周期などを検出してブレードピッチを制御することで、波によって発生する浮体振動を低減することは可能であるものの、浮体振動以外の波の影響自体を低減することは困難である。
【０００７】
そこで、本発明は、波によって発生する浮体への影響を低減可能な浮体式洋上風力発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明に係る浮体式洋上風力発電装置は、少なくとも、風を受けて回転するブレードを有するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルとを有する風力発電装置を備え、前記風力発電装置が水上に配置され、且つ係留される浮体に設置されてなる浮体式洋上風力発電装置であって、前記浮体又は前記風力発電装置に設置される波情報検出部からの波情報を入力する制御装置を備え、前記制御装置は、前記波情報に基づき、前記風力発電装置の制御指令を出力し、前記制御指令に基づき前記浮体を回転させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波によって発生する浮体への影響を低減可能な浮体式洋上風力発電装置を提供することが可能となる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例に係る実施例１の浮体式洋上風力発電装置の全体概略構成図である。
【図２】図１に示す制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す波情報検出部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】ナセル加速度センサ出力の周波数成分の一例を示す概略図である。
【図５】Ｘ軸波起因振動及びＹ軸波起因振動と波情報の関係の一例を示す概略図である。
【図６】比較例としての実施例１を適用しない場合及び実施例１を適用する場合における上面から見た風力発電装置及び浮体の状態の一例を示す概略図である。
【図７】独立ピッチ制御による浮体回転におけるアジマス角とピッチ角の関係の一例を示す概略図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る実施例２の浮体式洋上風力発電装置の全体概略構成図である。
【図９】図８に示す波情報検出部の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】比較例としての実施例２を適用しない場合及び実施例２を適用する場合における上面から見た風力発電装置及び浮体の状態の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書では、本発明の実施形態に係る浮体式洋上風力発電装置を構成する風力発電装置として、ダウンウィンド型の風力発電装置を一例に説明するが、アップウィンド型の風力発電装置においても同様に適用できる。  
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の一実施例に係る実施例１の浮体式洋上風力発電装置の全体概略構成図である。図１に示すように、浮体式洋上風力発電装置１は、多方向に延ばされた複数の係留索１６によって洋上の所定位置に係留されている浮体１４、及び浮体１４上に設置される風力発電装置２より構成される。  
風力発電装置２は、ロータが風下側になるダウンウィンド型であり、回転軸（図示せず）を有するハブ３、及び、ハブ３に取付けられた複数のブレード４とで構成される回転可能なロータ５を備えている。ロータ５は、図示しない回転軸を介してナセル６により回転可能に支持されており、ロータ５の回転力をナセル６内に収容される発電機７に伝達するよう構成されている。ブレード４が風を受けることでロータ５が回転し、ロータ５の回転力で発電機７を回転させて電力を発生させている。なお、ナセル６内には、図示しない回転軸に接続され回転速度を増速する増速機が設置されており、増速機により増速された回転速度で回転子を回転させて発電機が発電運転する。本実施例では、増速機を有する場合を一例として示すがこれに限られるものではない。例えば、増速機を有しないダイレクトドライブ方式としても良い。
【００１３】
ナセル６上には風向や風速を計測する風向風速センサ８が設置されており、ナセル６内には波の方向や浮体に対する波の影響を検出するする波情報検出部９が設置されている。また、発電機７内には、回転速度を検出するための回転速度センサ（図示せず）や、発電機７が出力する有効電力を計測する電力センサ（図示せず）なども設置されている。
【００１４】
また、風力発電装置２は、個々のブレード４毎に、風に対するブレード４の角度（ピッチ角）を調整するピッチ角調整装置１０を備えている。ピッチ角調整装置１０がブレード４のピッチ角を変更することによりブレード４の受ける風力（風量）を調整して、風に対するロータ５の回転エネルギーを変更するよう構成されている。これにより、広い風速領域において回転速度及び発電電力を制御することが可能となっている。
【００１５】
風力発電装置２は、ナセル６を回動可能に支持するタワー１１を備える。ナセル６の向きはヨー角と称され、風力発電装置２は、このナセル６の向き、すなわち、ロータ５の回転面の向きを制御するヨー角調整装置１２を備える。図１に示すように、ヨー角調整装置１２は、ナセル６の底面とタワー１１の先端部との間に配され、例えば、図示しない、少なくともアクチュエータ及び当該アクチュエータを駆動するモータより構成される。詳細後述する制御装置１３より信号線を介して出力されるヨー角目標値（ヨー角制御指令と称する場合もある）に基づき、ヨー角調整装置１２を構成するモータが回転しアクチュエータが所望量変位することで、所望のヨー角となるようナセル６が回動する。
【００１６】
タワー１１は、ハブ３、ナセル６、及びヨー角調整装置１２を介してブレード４の荷重を支持するよう構成されており、浮体１４上に設置されている。浮体１４は、多方向に延ばされた複数の係留索１６によって洋上の所定位置に係留されている。  
また、風力発電装置２を構成する制御装置１３は、回転速度（ロータ回転速度）に基づきピッチ角調整装置１０を調整することで、風力発電装置２の発電電力やロータ５の回転速度を調整する。また、制御装置１３はヨー角調整装置１２を調整することで、ロータ５の風向に対する角度であるヨー角を調整し、風向が変化しても発電を継続することができる。
【００１７】
図１では、制御装置１３をナセル６及びタワー１１の外部に設置するように図示しているが、制御装置１３をナセル６またはタワー１１の内部に配置しても良く、風力発電装置２の外部の例えば浮体１４上或いは浮体１４の内部に制御装置１３を設置することも可能である。  
本実施例における浮体１４の形状は、直方体状を成しており、喫水を低減するために水平断面積が大きくなっている。従って、直方体状の浮体１４の側面の面積（波を受ける面積）が大きくなる。そのため、波を受ける面が広くなり、波による影響を受けやすい。また、波の方向によって波を受ける浮体１４の形状が異なるため、波の方向によっては波の影響を大きく受けてしまう。  
浮体１４の側面には、メンテナンス時に渡船から浮体１４に乗降するための、浮体１４に付設される構造物としての桟橋１５が、海面付近に取り付けられている。浮体式洋上風力発電装置１においては、その構造は多様であるが、このような浮体１４に付設される構造物としての桟橋１５は浮体１４のタイプにかかわらず必要であり、設置場所は海面付近となる。また、浮体１４に付設される構造物としての桟橋１５は、基本的に浮体１４から突出した構造となるため、波の影響を強く受け、場合によっては破損する可能性がある。
図２は、図１に示す制御装置の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置１３は、浮体回転制御部１０１、ピッチ角制御部１０２、及びヨー角制御部１０３より構成される。浮体回転制御部１０１、ピッチ角制御部１０２、及びヨー角制御部１０３は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。なお、説明を解り易くするため、各機能ブロックに分割して示しているが、浮体回転制御部１０１、ピッチ角制御部１０２、及びヨー角制御部１０３を、１つの演算部としても良く、また、所望の機能ブロックを統合する構成としても良い。
【００１８】
浮体回転制御部１０１は、波情報検出部９からの波情報及び風向風速センサ８からの風向を、信号線を介して入力する。ここで、波情報検出部９より入力される波情報には、浮体１４に対する波の方向及び波の浮体１４への影響量（波の影響力とも称される）が含まれている。浮体回転制御部１０１は、波情報検出部９より入力される波情報に含まれる波の浮体１４への影響量（波の影響力）が所定の閾値を超える場合に、波の方向に対する浮体１４の方向を、波の影響が低減する方向に回転させるようにピッチ角制御指令値或いはヨー角制御指令値を決定する。浮体回転制御部１０１は、決定したピッチ角制御指令値をピッチ角制御部１０２へ信号線を介して出力する。或は、浮体回転制御部１０１は、決定したヨー角制御指令値をヨー角制御部１０３へ信号線を介して出力する。  
ヨー角を用いた方が浮体１４を回転させやすいため、通常は、浮体回転制御部１０１がヨー角制御指令値をヨー角制御部１０３へ信号線を介して出力するが、風向の変動が大きくなる場合には、動作が不安定になる可能性がある。そこで、浮体回転制御部１０１は、入力された風向の変動が大きくなる場合、すなわち、風向の変動が所定の閾値を超える場合には、安定した動作が見込まれるピッチ角制御部１０２へ信号線を介して出力するように切替える。なお、浮体回転動作には応答性の遅れが生じるため、その応答性の遅れ分を考慮してピッチ角制御指令値及びヨー角制御指令値を算出する必要がある。
【００１９】
ピッチ角制御部１０２は、信号線を介して入力されるロータ回転速度に基づき、本来の機能である回転速度を一定に保つためのピッチ角を求める。そして、ピッチ角制御部１０２は、求めたピッチ角に浮体回転制御部１０１より入力されるピッチ角制御指令値を加算して、ピッチ角目標値（ピッチ角制御指令）としてピッチ角調整装置１０へ信号線を介して出力する。なお、回転速度を一定に保つためのピッチ角は、複数のブレード４で同一の値であり、浮体回転制御部１０１からのピッチ角制御指令値は、詳細後述するようにブレード４の回転位置で値が変化するため、各ブレード４間で値が異なる独立ピッチ制御となる。
【００２０】
ヨー角制御部１０３は、風向風速センサ８より信号線を介して入力される風向に基づき、本来の風向にナセル６の方向を合わせるためのヨー角を求める。そして、ヨー角制御部１０３は、求めたヨー角に、浮体回転制御部１０１より入力されるヨー角制御指令値を加算して、ヨー角目標値（ヨー角制御指令）としてヨー角調整装置１２へ信号線を介して出力する。
【００２１】
以上のように、制御装置１３は、浮体回転制御部１０１によって波の影響を低減するように浮体１４を回転させるためのピッチ角制御指令値をピッチ角制御部１０２へ出力すると共にヨー角制御指令値をヨー角制御部１０３へ出力する。そして、ピッチ角制御部１０２では、本来の制御の目標値であるピッチ角に浮体回転制御部１０１からのピッチ角制御指令値分を加算したピッチ角目標値（ピッチ角制御指令）を出力する。また、ヨー角制御部１０３では、本来の制御の目標値であるヨー角に浮体回転制御部１０１からのヨー角制御指令値分を加算したヨー角目標値（ヨー角制御指令）を出力するよう構成されている。
【００２２】
図３は、図１に示す波情報検出部の概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、波情報検出部９は、ナセル加速度センサ１０４及び波情報算出部１０５より構成される。波情報算出部１０５は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。  
波情報検出部９を構成するナセル加速度センサ１０４にて、直交するＸＹの２方向の振動を検出する。波情報検出部９を構成する波情報算出部１０５にて、ナセル加速度センサ１０４より入力されるＸＹの２方向の振動の検出値及び入力されるヨー角に基づき、浮体１４に対する波の方向及び波の浮体１４への影響量（波の影響力）を算出して、波情報として制御装置１３へ信号線を介して出力する。
【００２３】
ナセル加速度センサ１０４は、直交するＸＹＺの３軸の加速度が測定可能であり、ナセル６の水平面風向方向をＸ軸、水平面内で風向方向と直交する方向をＹ軸、垂直方向をＺ軸として加速度信号を出力する。図３では説明の便宜上、ナセル加速度センサ１０４が、Ｘ軸加速度信号、Ｙ軸加速度信号、及びＺ軸加速度信号のうち、Ｘ軸加速度信号をＸ方向振動として波情報算出部１０５へ出力すると共にＹ軸加速度信号をＹ方向振動として波情報算出部１０５へ出力するよう図示している。  
波情報算出部１０５は、ナセル加速度センサ１０４より入力されるＸ方向振動（Ｘ軸加速度信号）及びＹ方向振動（Ｙ軸加速度信号）を各方向の振動データとして、そこから波起因の振動成分を抽出し、Ｘ方向成分（Ｘ軸波起因振動）とＹ方向成分（Ｙ軸波起因振動）の比から波の方向を算出し、Ｘ方向成分（Ｘ軸波起因振動）とＹ方向成分（Ｙ軸波起因振動）を合成した値から波の浮体１４への影響量（波の影響力）を算出する。ただし、Ｘ方向成分（Ｘ軸波起因振動）及びＹ方向成分（Ｙ軸波起因振動）から算出される波の方向は、ナセル６に対する方向となるため、浮体１４に対するナセル６の角度であるヨー角を加算して、浮体１４に対する角度に変換する。
【００２４】
次に、波情報算出部１０５による波起因の振動成分の抽出について説明する。  
図４は、ナセル加速度センサ出力の周波数成分の一例を示す概略図である。図４の横軸は周波数であり、縦軸は各周波数での加速度振幅を示す。なお、図４は、Ｘ軸加速度信号及びＹ軸加速度信号のうち、Ｘ軸加速度信号について例示的に示したものであり、図４に示す周波数に対する加速度振幅との関係を示す波形には、風況によるナセル６の振動成分と波起因の振動成分が含まれている。図４に示すように、０．０５Ｈｚ以下の大きなピークは浮体固有振動による共振であり、波による振動（波起因振動成分）は主に０．０５Ｈｚ〜０．１５Ｈｚの範囲に発生している。よって、波情報算出部１０５は、例えば、０．０５Ｈｚ〜０．１５Ｈｚの周波数帯域のみを通過させるバントパスフィルタを用いることで、容易に、Ｘ軸方向の波起因の振動成分を抽出することができる。なお、ここで、波起因の振動成分が、周波数が０．０５Ｈｚ〜０．１５Ｈｚの範囲に発生することは、予め実績データに基づき確認されている。波情報算出部１０５は、抽出されたＸ軸方向の波起因の振動成分を積分することで、Ｘ軸波起因振動を算出する。同様に、波情報算出部１０５は、０．０５Ｈｚ〜０．１５Ｈｚの周波数帯域のみを抽出することで得られたＹ軸方向の波起因の振動成分を積分し、Ｙ軸波起因振動を算出する。
【００２５】
波情報算出部１０５による、波情報、すなわち、波の方向及び波の浮体１４への影響量（波の影響力）を算出について説明する。  
図５は、Ｘ軸波起因振動及びＹ軸波起因振動と波情報の関係の一例を示す概略図である。図４の横軸はＸ軸波起因振動であり、縦軸はＹ軸波起因振動を示す。波情報算出部１０５は、Ｘ軸波起因振動ＰｘとＹ軸波起因振動Ｐｙを合成することで波の影響力Ｐ（波の浮体１４への影響量）を算出する。なお、波情報算出部１０５により算出された波の影響力Ｐ（波の浮体１４への影響量）の値が所定の閾値Ｐｔｈを超えた場合に、制御装置１３は浮体１４の回転動作を開始するよう、ピッチ角調整装置１０及び／又はヨー角調整装置１２を制御する。なお、ここで、所定の閾値Ｐｔｈの設定は、浮体式洋上風力発電装置１の機差及び波の状況に依存することから、例えば、予め実績データに基づき浮体１４の回転開始時におけるＸ軸波起因振動及びＹ軸波起因振動により閾値Ｐｔｈが設定される。
【００２６】
また、図５に示すように、Ｘ軸波起因振動ＰｘとＹ軸波起因振動Ｐｙのなす角が、波の方向θになる。ただし、Ｘ軸波起因振動Ｐｘ及びＹ軸波起因振動Ｐｙは、計算上どちらも正の値となるため、実際には０〜２πとなる波の方向θの値は、０〜π／２の範囲に変換される。一般的には風と波の方向が一致する場合が多いが、離れた場所からの波の影響がある場合には波と風の方向が一致しない場合もあるため、現在及び過去の風向、海象予報などに基づき実際の波の方向を確定し、必要に応じて波の方向θの値に、π／２、π若しくは３π／２を加算する。また、実際には浮体１４の構造と波の方向の関係によって浮体１４への波の当たり方が異なり、検出した波の方向θに誤差が発生する可能性があるが、事前の計算によって補正関数或いは補正テーブルを作成しておくことで、誤差を低減することが可能である。このように、実際に受ける波の影響から波の方向を算出することで検出精度を上げることができ、浮体１４の回転範囲が狭い場合にも、より有効な方向へ回転させることが可能となる。
【００２７】
上述のように、波情報算出部１０５は、波の浮体１４への影響量である波の影響力Ｐを算出すると共に、波の浮体１４への影響量である波の影響力Ｐに基づき波の方向θを算出し、これらを波情報として制御装置１３へ信号線を介して出力する（図３）。
【００２８】
図６は、比較例としての実施例１を適用しない場合及び実施例１を適用する場合における上面から見た風力発電装置及び浮体の状態の一例を示す概略図である。  
図６の上図は比較例としての本実施例を適用しない場合の風力発電装置２及び浮体１４の状態を示し、図６の下図は本実施例を適用した場合の風力発電装置２及び浮体１４の状態を示している。
【００２９】
図６の上図に示すように、比較例では、直方体状の浮体１４の一つの側面に波が垂直に当たるため、その影響を大きく受けている状態である。それに対して図６の下図では、本実施例を適用することで、浮体１４を回転させて、波が直方体状の浮体１４の角に入るようにしており、波をサイドに逃がしてその影響を低減させている。実際には、ヨー回転によりブレード４を反時計回りに回転させることで、ブレード４に斜めから風を入力するようにし、その際に発生する回転モーメントで風力発電装置２に時計回り方向への力を発生させて、風力発電装置２と一体になった浮体１４も時計回り方向へ回転させるようにしている。
【００３０】
図７は、独立ピッチ制御による浮体回転におけるアジマス角とピッチ角の関係の一例を示す概略図である。図７の横軸はブレード４が頂上にある場合のアジマス角を０とした場合におけるアジマス角(ブレード４の回転位置)であり、縦軸はピッチ角を示す。ピッチ角による浮体１４の回転では、制御装置１３を構成するピッチ角制御部１０２（図２）が、複数のブレード４を個々に制御するよう、ぞれぞれのピッチ角調整装置１０へ異なるピッチ角目標値（ピッチ角制御指令）を出力することで、独立ピッチ制御を実行している。具体的には、制御装置１３を構成するピッチ角制御部１０２は、個々のブレード４に対してアジマス角に応じてピッチ角を増減するよう、ぞれぞれのピッチ角調整装置１０へ異なるピッチ角目標値（ピッチ角制御指令）を出力し、ブレード４で受ける風力のアンバランスによる回転モーメントを発生させている。実際には、図７に示すように、アジマス角が０〜πとなる右半面ではピッチ角をフェザー（風を逃がす）側にしてブレード４の受ける風力を下げ、アジマス角がπ〜２πとなる左半面ではピッチ角をファイン（風を受ける）側にしてブレード４の受ける風力を上げるようにしている。個々のブレード４のピッチ角をこのように独立制御することによって、右半面と左半面の受ける風力に差を発生させることができ、この風力の差によって回転モーメントを発生させて、浮体１４を回転させる。
【００３１】
なお、本実施例では、風向の変動が所定の閾値を超える場合には、制御装置１３を構成する浮体回転制御部１０１がピッチ角制御部１０２へピッチ角制御指令値を出力するように切替える構成としているが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、制御装置１３を構成する浮体回転制御部１０１がヨー角制御部１０３へヨー角制御指令値を常時出力し、風向の変動が所定の閾値を超える場合にピッチ角制御部１０２へピッチ角制御指令値を追加で出力する構成としても良い。換言すれば、制御装置１３は、ピッチ角調整装置１０へピッチ角目標値であるピッチ角制御指令、及び／又はヨー角調整装置１２へヨー角目標値であるヨー角制御指令を出力する構成としても良い。
【００３２】
また、本実施例では、図５で検出される０〜π／２の範囲の波の方向θを、実際の波の方向である０〜２πに変換するために、現在及び過去の風向、海象予報などに基づき実際の波の方向を確定しているが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、撮像装置で海面の動きを解析して波の進行方向を解析することも可能であり、複数方向に向けて指向性マイクを設置して、それらの測定音の大小関係から、波が浮体１４に当たる際に発生する音の方向を検出して、実際の波の方向を推定するようにしても良い。
【００３３】
以上の通り本実施例によれば、波によって発生する浮体への影響を低減可能な浮体式洋上風力発電装置を提供することが可能となる。
【００３４】
また、本実施例によれば、ヨー制御及び独立ピッチ制御により浮体を回転させることから、特別に浮体を回転させる装置を不要とし、且つ、波によって発生する浮体への影響の低減効果を向上することが可能となる。
【実施例２】
【００３５】
図８は、本発明の他の実施例に係る実施例２の浮体式洋上風力発電装置の全体概略構成図である。本実施例では浮体をスパー（円筒）型とすると共に波情報検出部をタワー内に設置する構成とした点が実施例１と異なる。その他の構成は、上述の実施例１と同様であり、以下では、実施例１と同一の構成要素に同一符号を付し、実施例１と重複する説明を省略する。
【００３６】
図８に示すように、浮体式洋上風力発電装置１ａは、多方向に延ばされた複数の係留索３６によって洋上の所定位置に係留されているスパー（円筒）型の浮体３４、及び浮体３４上に設置される風力発電装置２ａより構成される。  
風力発電装置２ａは、ロータが風下側になるダウンウィンド型であり、波情報検出部２９がタワー１０内に設置されている。円筒状の浮体３４の外周面の所定の位置に、浮体３４に付設される構造物としての桟橋３５が取付けられている。また、浮体３４は多方向に延ばされた複数の係留索３６によって洋上の所定位置に係留されている。波情報検出部２９からの波情報に基づき制御装置１３が、ヨー角調整装置１２及びピッチ角調整装置１０を駆動して浮体３４を回転させる点は、上述の実施例１と同様であるため説明を省略する。
【００３７】
図９は、図８に示す波情報検出部の概略構成を示すブロック図である。図９に示すように、波情報検出部２９は、タワー変位センサ１０６及び波情報算出部１０７より構成される。波情報算出部１０７は、例えば、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのプロセッサ、各種プログラムを格納するＲＯＭ、演算過程のデータを一時的に格納するＲＡＭ、外部記憶装置などの記憶装置にて実現されると共に、ＣＰＵなどのプロセッサがＲＯＭに格納された各種プログラムを読み出し実行し、実行結果である演算結果をＲＡＭ又は外部記憶装置に格納する。  
波情報検出部２９を構成するタワー変位センサ１０６にて、直交するＸＹの２方向の振動を検出する。波情報検出部９を構成する波情報算出部１０７にて、タワー変位センサ１０６より入力されるＸＹの２方向の振動の検出値に基づき、浮体３４に対する波の方向及び波の浮体３４への影響量（波の影響力）を算出して、波情報として制御装置１３へ信号線を介して出力する。
【００３８】
タワー変位センサ１０６は、直行するＸＹＺの３軸の変位が測定可能であり、ナセルの水平面風向方向をＸ軸、水平面内で風向方向と直交する方向をＹ軸、垂直方向をＺ軸として変位信号を出力する。図９では説明の便宜上、タワー変位センサ１０６が、Ｘ軸変位信号、Ｙ軸変位信号、及びＺ軸変位信号のうち、Ｘ軸変位信号をＸ方向振動として波情報算出部１０７へ出力すると共にＹ軸変位信号をＹ方向振動として波情報算出部１０７へ出力するよう図示している。なお、タワー変位センサ１０６とし、例えば、ジャイロセンサなどが用いられる。  
波情報算出部１０７は、タワー変位センサ１０６より入力されるＸ方向振動（Ｘ軸変位信号）及びＹ方向振動（Ｙ軸変位信号）を各方向の振動データとして、そこから波起因の振動成分を抽出し、Ｘ方向成分（Ｘ軸波起因振動）とＹ方向成分（Ｙ軸波起因振動）の比から波の方向を算出し、Ｘ方向成分（Ｘ軸波起因振動）とＹ方向成分（Ｙ軸波起因振動）を合成した値から波の浮体３４への影響量（波の影響力）を算出する。なお、本実施例においては、波情報検出部２９はタワー１１に設置されており、直接、浮体３４に対する波の方向の検出が可能であるため、上述の実施例１のようなヨー角による波の方向の変換を行う必要はない。また、波起因振動のＸ方向成分（Ｘ軸波起因振動）とＹ方向成分（Ｘ軸波起因振動）から浮体３４に対する波の方向及び波の浮体３４への影響量（波の影響力）を算出する方法については、上述の実施例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３９】
図１０は、比較例としての実施例２を適用しない場合及び実施例２を適用する場合における上面から見た風力発電装置及び浮体の状態の一例を示す概略図である。  
図１０の上図は比較例としての本実施例を適用しない場合の風力発電装置２ａ及び浮体３４の状態を示し、図６の下図は本実施例を適用した場合の風力発電装置２ａ及び浮体３４の状態を示している。
【００４０】
図１０の上図に示すように、比較例では、浮体３４の形状は円筒状であるため波の方向によってその影響は変化しないものの、浮体３４に付設される構造物としての桟橋３５が波を受ける側にあるため、その影響を受ける可能性がある。それに対して図１０の下図）では、本実施例を適用することで、浮体３４を回転させて、浮体３４に付設される構造物としての桟橋３５が浮体３４の影に入るようにしており、すなわち、波を受ける浮体３４の外周面と反対側の外周面に桟橋３５が位置するようにしている。これにより、浮体３４に付設される構造物としての桟橋３５に対する波の影響を低減させることができる。
【００４１】
以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、浮体に付設される構造物としての桟橋に対する波の影響を低減することが可能となる。  
また、本実施例では、波情報検出部がタワーに設置されており、直接、浮体に対する波の方向の検出が可能であるため、実施例１に比べて波情報検出部を構成する波情報算出部の演算負荷を低減することが可能となる。
【００４２】
なお、上述の実施例１及び実施例２では、浮体の形状が、直方体或いはスパー（円筒）である場合を例とし説明したがこれらに限られるものではない。例えば、浮体の形状をセミサブ型などの複雑な浮体構造としても良い。さらに、波情報検出部がナセル内或いはタワー内に設置される構成としたがこれに限られるものではない。例えば、浮体などのそれ以外の場所に設ける構成としても良い。  
また、上述の実施例１及び実施例２では、波起因振動の検出に、ナセル加速度センサにより測定される加速度或いはタワー変位センサにより計測される変位を用いる構成としているがこれに限られるものではない。振動を検出可能な信号であれば、例えば、ナセル速度センサ或いはタワー傾斜角センサを用いて波起因振動を検出する構成としても良い。
【００４３】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１，１ａ…浮体式洋上風力発電装置
２，２ａ…風力発電装置
３…ハブ
４…ブレード
５…ロータ
６…ナセル
７…発電機
８…風向風速センサ
９，２９…波情報検出部
１０…ピッチ角調整装置
１１…タワー
１２…ヨー角調整装置
１３…制御装置
１４，３４…浮体
１５，３５…桟橋
１６，３６…係留索
１０１…浮体回転制御部
１０２…ピッチ角制御部
１０３…ヨー角制御部
１０４…ナセル加速度センサ
１０５，１０７…波情報算出部
１０６…タワー変位センサ
【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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