(57)【要約】  【課題】  ナセルの重量を必要以上に増やすことなく、耐久性および保守補修性に優れた風力発電設備を提供する。また、低コストで信頼性の高い風力発電設備の保守方法を提供する。  【解決手段】  地上または洋上に設置され、発電機の支柱となるタワーと、前記タワー上に設けられ、前記発電機を内蔵するナセルと、前記ナセルの一端に設けられ、風を受けて回転エネルギーへ変換するハブおよびブレードからなるロータと、を有する風力発電設備であって、前記ナセル内に、前記地上または洋上と前記ナセルとの間において前記発電機の交換部品を運搬するウインチを設けたことを特徴とする風力発電設備。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上または洋上に設置され、発電機の支柱となるタワーと、
前記タワー上に設けられ、前記発電機を内蔵するナセルと、
前記ナセルの一端に設けられ、風を受けて回転エネルギーへ変換するハブおよびブレードからなるロータと、を有する風力発電設備であって、
前記ナセル内に、前記地上または洋上と前記ナセルとの間において前記発電機の交換部品を運搬するウインチを設けたことを特徴とする風力発電設備。
【請求項２】
前記ウインチは、その一部を前記ナセルに内蔵された部品と共用することを特徴とする請求項１に記載の風力発電設備。
【請求項３】
前記ウインチの稼働時において、前記ナセル内に設けられたクレーンの梁を前記ウインチの支持部として用いることを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電設備。
【請求項４】
前記ウインチの稼動時において、前記ナセル内に設けられた増速機を前記ウインチの駆動手段として用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の風力発電設備。
【請求項５】
前記ナセルは、前記ウインチのワイヤが前記ナセルを貫通する部分を除き、実質的に密閉されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の風力発電設備。
【請求項６】
地上または洋上に設置され、発電機の支柱となるタワーと、
前記タワー上に設けられ、前記発電機を内蔵するナセルと、
前記ナセルの一端に設けられ、風を受けて回転エネルギーへ変換するハブおよびブレードからなるロータと、
前記タワーと前記ナセルの連結部に設けられ、風向きに応じて前記ナセルの向きを変えるヨー旋回駆動手段と、を有する風力発電設備であって、
前記ナセル内に、前記地上または洋上と前記ナセルとの間において前記発電機の交換部品を運搬するウインチを設けたことを特徴とする風力発電設備。
【請求項７】
前記ウインチの稼動時において、前記ナセル内に設けられたクレーンの梁を前記ウインチの支持部として用いることを特徴とする請求項６に記載の風力発電設備。
【請求項８】
前記ウインチの稼働時において、前記ヨー旋回駆動手段を前記ウインチの駆動手段として用いることを特徴とする請求項６または７に記載の風力発電設備。
【請求項９】
前記ナセルは、前記ウインチのワイヤが前記ナセルを貫通する部分を除き、実質的に密閉されていることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の風力発電設備。
【請求項１０】
地上または洋上に設置され、発電機の支柱となるタワーと、
前記タワー上に設けられ、前記発電機を内蔵するナセルと、
前記ナセルの一端に設けられ、風を受けて回転エネルギーへ変換するハブおよびブレードからなるロータと、を有する風力発電設備の保守方法であって、
前記ナセル内にそれぞれ個別に設けられた複数のクレーンの梁を、前記ロータの回転軸方向に移動させて一定の間隔で配置し、
前記複数のクレーンの梁にウインチを固定し、
前記ウインチを用いて、前記地上または洋上と前記ナセルとの間において前記発電機の交換部品を運搬する風力発電設備の保守方法。
【請求項１１】
前記ウインチは、前記ナセルに予め内蔵されていることを特徴とする請求項１０に記載の風力発電設備の保守方法。
【請求項１２】
前記タワーと前記ナセルの連結部に設けられたヨー旋回駆動手段を、前記複数のクレーンの梁近傍まで移動させ、前記ウインチとして利用する請求項１０に記載の風力発電設備の保守方法。
【請求項１３】
前記ウインチは、前記風力発電設備内に予め分割して内蔵されており、前記ウインチの稼働時に、前記複数のクレーンの梁近傍まで移動し、前記複数のクレーンの梁近傍で結合させて、前記ウインチとして利用する請求項１０に記載の風力発電設備の保守方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備および風力発電設備の保守方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの導入拡大は、安定したエネルギー資源の確保や地球温暖化防止といった観点から大きな期待が寄せられている。風力発電システムの設計においては、発電効率向上、風力発電設備の大型化、建設工法の合理化、工期短縮、保守修理や点検の簡易化により、発電コストを低減し、発電事業として成立し易くする検討が進められている。
【０００３】
本技術分野の背景技術として、例えば特許文献１に、風力発電装置において、重量部品の取り扱いに利用する仮設ウインチおよびワイヤドラムをナセルフレームに設置する技術が開示されている。また、技術文献２には、仮設ウインチをナセルに設置し、ワイヤドラムを地上に設置することで、ナセル内の大型設備の交換作業に要するコストの低減を図ることができる風車用設備の交換方法が開示されている。また、特許文献３には、仮設ウインチとワイヤドラムを地上に設置する技術に関して記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５２８４７０号公報
【特許文献２】特開２００９−２１７５号公報
【特許文献３】特開２００９−２２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
風力発電の導入における大きなリスクとして、風力発電設備の大型部品の交換リスクがある。風力発電に用いられる風車には保守作業の為の小型のサービスクレーンはあるが、比較的小容量であり、増速機や発電機といった風車の主要部品を交換する為の能力を有しておらず、一般には風車の外部に仮設クレーンを設置して風車のメンテナンスを行っている。また、洋上風力発電設備の場合は、仮設クレーンだけでなく、仮設クレーンを配置するためのＳＥＰ船（Ｓｅｌｆ−Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ−Ｐｌａｔｆｏｒｍ船）等も必要となり、部品交換時には、部品費用以外の工事費用が発生することが、事業上の大きなリスクになっている。
【０００６】
図６に、洋上に設置された一般的な風力発電設備およびその保守補修に用いるクレーンを示す。海底に設置された基礎５の上に、プラットフォーム６および支柱となるタワー４が設けられている。タワー４の上には、発電機や増速機が内蔵されたナセル３が設けられている。また、ナセル３の一端には、ハブ２およびブレード１が設けられている。ナセル３にはナセルを補強するナセルフレーム１２や簡易な保守補修作業に用いるサービスクレーン１３が設置されている。洋上の風力発電設備に隣接して、ＳＥＰ船９がＳＥＰ船の足１０を介して海底に固定され、ＳＥＰ船９上には、クレーン車７が設置されている。クレーン車７は、クレーン車のアーム１１を用いて増速機や発電機といった風車の交換部品８をナセル３付近まで吊り上げて保守補修作業を行っている。
【０００７】
仮設クレーンを用いない発明として、例えば特許文献１に記載された仮設ウインチを用いる方法があるが、仮設ウインチや仮設ドラムをナセルに設置するため、ナセルの重量が増加し、ナセルを支えるタワーつまり風力発電設備自体が倒壊するリスクが高くなる。また、ウインチが仮設である為に、ナセルにはウインチの為の空間が存在せず、ナセルカバーの一部を開放する必要がある。ウインチの一部を風車外に置くことで、設置空間の問題を回避したとしても、保守補修の際にナセルカバーの一部を開放しなければならない。このナセルカバーの一部を開放することは、外気がナセル内に入り、内部機器の錆、腐食、絶縁破壊等を引き起こすリスクが増大する為、避けることが望ましい。近年、風車は洋上に設置されだしている為、この課題の重要性は増している。
【０００８】
本発明の目的は、ナセルの重量を必要以上に増やすことなく、耐久性および保守補修性に優れた風力発電設備を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ナセルの重量を必要以上に増やすことなく、低コストで信頼性の高い風力発電設備の保守方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、地上または洋上に設置され、発電機の支柱となるタワーと、前記タワー上に設けられ、前記発電機を内蔵するナセルと、前記ナセルの一端に設けられ、風を受けて回転エネルギーへ変換するハブおよびブレードからなるロータと、を有する風力発電設備であって、前記ナセル内に、前記地上または洋上と前記ナセルとの間において前記発電機の交換部品を運搬するウインチを設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、地上または洋上に設置され、発電機の支柱となるタワーと、前記タワー上に設けられ、前記発電機を内蔵するナセルと、前記ナセルの一端に設けられ、風を受けて回転エネルギーへ変換するハブおよびブレードからなるロータと、前記タワーと前記ナセルの連結部に設けられ、風向きに応じて前記ナセルの向きを変えるヨー旋回駆動手段と、を有する風力発電設備であって、前記ナセル内に、前記地上または洋上と前記ナセルとの間において前記発電機の交換部品を運搬するウインチを設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、地上または洋上に設置され、発電機の支柱となるタワーと、前記タワー上に設けられ、前記発電機を内蔵するナセルと、前記ナセルの一端に設けられ、風を受けて回転エネルギーへ変換するハブおよびブレードからなるロータと、を有する風力発電設備の保守方法であって、前記ナセル内にそれぞれ個別に設けられた複数のクレーンの梁を、前記ロータの回転軸方向に移動させて一定の間隔で配置し、前記複数のクレーンの梁にウインチを固定し、前記ウインチを用いて、前記地上または洋上と前記ナセルとの間において前記発電機の交換部品を運搬する風力発電設備の保守方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ナセルの重量を必要以上に増やすことなく、耐久性および保守補修性に優れた風力発電設備を実現することができる。
【００１４】
また、本発明によれば、ナセルの重量を必要以上に増やすことなく、低コストで信頼性の高い風力発電設備の保守補修が可能となる。
【００１５】
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】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る風力発電設備の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るウインチを示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係るナセル内の構成を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係るナセル内の構成を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係るナセル内の構成を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係るナセル内の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るヨーアクチュエータを示す図である。
【図６】風力発電設備の従来の保守方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１に、本実施例に係る風力発電設備の概略構成を示す。なお、本実施例では、地上に設置される風力発電設備および洋上に設置される風力発電設備は同じ構成であるため、地上と洋上の区別なく説明する。本実施例における風力発電設備は、基礎を介して、地上または洋上に設置されたタワーの上に、発電機や増速機が内蔵されたナセルが設けられている。ナセルの一端には、地上または洋上の風を受けて回転エネルギーに変換するハブおよびブレードからなるロータが設けられている。ナセルにはナセルを補強するナセルフレーム１２や簡易な保守補修作業に用いるサービスクレーン１３が設置されている。ナセル内には、風力発電設備の保守補修の際に、増速機や発電機といった風力発電設備の主要部品の交換部品８を、地上または洋上からナセルまで引き上げるウインチ１４およびワイヤ１８が備えられている。ウインチ１４はナセルの内部に設置されており、ワイヤ１８はウインチ１４からナセルの壁に設けられた貫通口を通して、地上または洋上に向かって伸びている。ナセルはワイヤ１８が通過する貫通口以外は、外気や風雨がナセルの内部に極力侵入しないよう、実質的に密閉された構造となっている。
【００１９】
本実施例における風力発電設備は、保守補修に必要な交換部品８を運搬するウインチ１４がナセル内に設けられているため、風力発電設備に隣接して仮設のクレーンを設置する必要がなく、保守補修作業に掛かる費用を抑えることができる。また、ナセルはワイヤ１８が通過する貫通口以外は、実質的に密閉構造となっているため、外気や風雨がナセル内に入るのを防ぐことができ、発電機や増速機などの内部機器の錆や腐食、絶縁破壊等を抑制することができる。
【００２０】
図２に、本実施例におけるウインチ１４の例を示す。ウインチ１４は、ウインチのモータ部１４ａ、ウインチの軸受及び軸受箱部１４ｂ、ウインチのシャフト部１４ｃ、ウインチの軸受及び軸受箱部１４ｄ、ワイヤ１４ｅ、ウインチの増速機部１４ｆ、ウインチの台座部１４ｇ、ウインチのブレーキ部１４ｈ、などで構成されている。ここで、ウインチ１４を構成するこれらの部品の一部をナセル内の部品と共用化するように設置しても良い。つまり、ウインチ１４の一部をナセル内の部品と共用化し、ウインチ１４をナセル内に常設することもできる。例えば、ウインチの台座部１４ｇ、ウインチのモータ部１４ａ、ウインチの増速機部１４ｆ、ウインチの軸受及び軸受箱部１４ｂ，ウインチの軸受及び軸受箱部１４ｄ、ウインチのシャフト部１４ｃのいずれか或るいは全てを、ナセル内の他の部品と共用化することにより、必要以上にナセルの重量を増やすことなく、ウインチ１４をナセル内に設けることができる。また、ウインチ１４の一部をナセル内部品と共用化することにより、ナセル内にウインチ１４を設置することにより、ナセルカバーを解放する必要がなくなる。
【実施例２】
【００２１】
図３Ａおよび図３Ｂに、本実施例における風力発電設備のナセル内の構成例を示す。図３Ａは保守補修時以外のナセル内の状態、すなわち風力発電設備の稼働時および待機時のナセル内の状態を示している。ナセル内には１基或いは複数のサービスクレーン１３が設けられている。ここでは、２基のサービスクレーン１３が設置されている例を示す。サービスクレーン１３は、クレーンの梁すなわちクレーンビーム２１に固定されている。図３Ｂは保守補修時のナセル内の状態を示している。図３Ａにおけるクレーンの梁すなわちクレーンビーム２１は、図３Ｂに示すように、保守補修時はブレード１およびハブ２の回転軸方向、すなわちロータの回転軸方向に移動させ、一定の間隔で配置している。クレーンビーム２１はサービスクレーン１３を搭載した状態でナセルフレーム１２を、ナセルの前後方向すなわちブレード１およびハブ２の回転軸方向に移動する機能を持っている。これは、これはナセル内メンテナンスのためのサービスクレーン１３の可動範囲を広げるためである。この一定の間隔で配置されたクレーンビーム２１に、ナセル内に予め内蔵してあるウインチ１４を固定し、ワイヤを介して交換部品８の運搬を行う。つまり、クレーンビーム２１は、ウインチ１４の台座として機能する。このとき、ウインチ１４のワイヤは、ナセルカバー１５に設けられたワイヤの貫通口すなわちナセルカバーの下部ハッチ２０を通過して、地上または洋上の交換部品８に固定され、地上または洋上とナセルの間において交換部品８を運搬する。
【００２２】
ここで、クレーンビーム２１にウインチ１４を固定する理由は、（１）ウインチ１４で吊り上げる交換部品８は重量物のため、自重または荷の揺れの為にナセルフレーム１２は容易に変形し、ナセルフレーム１２は水平を保てなくなり、クレーンビーム２１の位置が移動してしまうのを防ぐ、（２）吊り上げる交換部品８の重量増から、ナセルフレーム１２の荷重が厳しくなり、安定性を増すためにクレーンビーム２１をナセルフレーム１２の構造材の一部とする為である。これにより、クレーンビーム２１は、常時はサービスクレーン１３の支持および移動用の目的であったものが、ウインチ使用時はウインチの台座とナセルフレーム構造材に機能を変えて共用するものである。
【００２３】
クレーンビーム２１に固定するウインチ１４は、予め分割した状態で、ナセル内やタワー４内、あるいは基礎５内等に保管しておき、保守補修時に連結してウインチとして利用しても良い。或いは、予めナセルに内蔵されている増速機をウインチの駆動手段として用いることもできる。
【００２４】
本実施例では、ウインチ１４のベース、すなわち支持部をサービスクレーン１３の梁つまりクレーンビーム２１と共用化しているため、必要以上にナセルの重量を増やすことなく、ウインチ１４をナセル内に設置することができる。
【００２５】
上記により、風力発電設備に隣接して仮設のクレーンを設置する必要がなく、保守補修作業に掛かる費用を抑えることができる。また、ナセルはワイヤが通過する貫通口すなわちナセルカバーの下部ハッチ２０以外の部分は、実質的に密閉構造となっているため、外気や風雨がナセル内に入るのを防ぐことができ、発電機や増速機などの内部機器の錆や腐食、絶縁破壊等を抑制することができる。
【実施例３】
【００２６】
図４Ａおよび図４Ｂに、本実施例における風力発電設備のナセル内の構成例を示す。図４Ａは保守補修時以外のナセル内の状態、すなわち風力発電設備の稼働時および待機時のナセル内の状態を示している。タワー４とナセルの連結部すなわちタワー４の頂部付近には複数のヨー旋回駆動手段であるヨーアクチュエータ２２が設けられている。このヨーアクチュエータ２２は、風力発電設備の稼働時においては、ブレード１が効率よく風を受けるよう、タワー４に対してナセルを旋回駆動させる装置として利用され、通常は１基の風力発電設備に対して、４つ以上搭載されている。図４Ｂは保守補修時のナセル内の状態を示している。風力発電設備の保守補修時には、ヨーアクチュエータ２２をウインチ１４として機能させる。図５にヨーアクチュエータ２２の概要を示す。ヨーアクチュエータ２２は、ヨーアクチュエータのブレーキ部２２ａ、ヨーアクチュエータのモータ部２２ｂ、ヨーアクチュエータの減速機部２２ｃ、ヨーアクチュエータのピニオン部２２ｄ等から構成されている。本実施例においても、実施例２と同様に、ウインチとして機能するヨーアクチュエータ２２に連結されたワイヤは、ナセルカバー１５に設けられたワイヤの貫通口すなわちナセルカバーの下部ハッチ２０を通過して、地上または洋上の交換部品８に固定され、地上または洋上とナセルの間において交換部品８を運搬する。
【００２７】
本実施例では、ウインチ１４をヨーアクチュエータ２２と共用化しているため、必要以上にナセルの重量を増やすことなく、ウインチ１４をナセル内に設置することができる。
【００２８】
本実施例で説明したウインチ１４をヨーアクチュエータ２２と共用化するのに加えて、ウインチ１４として機能するヨーアクチュエータ２２の台座すなわち支持部として、実施例２で説明したように、サービスクレーン１３のクレーンビーム２１を用いても良い。これにより、さらにナセル内の部品とウインチ１４の構成部品を共用化することができ、よりナセルの重量増を抑えることができる。
【００２９】
上記により、風力発電設備に隣接して仮設のクレーンを設置する必要がなく、保守補修作業に掛かる費用を抑えることができる。また、ナセルはワイヤが通過する貫通口すなわちナセルカバーの下部ハッチ２０以外の部分は、実質的に密閉構造となっているため、外気や風雨がナセル内に入るのを防ぐことができ、発電機や増速機などの内部機器の錆や腐食、絶縁破壊等を抑制することができる。
【００３０】
なお、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。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１…ブレード、２…ハブ、３…ナセル、４…タワー、５…基礎、６…プラットフォーム、７…クレーン車、８…交換部品、９…ＳＥＰ船、１０…ＳＥＰ船の足、１１…クレーン車のアーム、１２…ナセルフレーム、１３…サービスクレーン、１４…ウインチ、１５…ナセルカバー、１６…ワイヤドラム、１７…ウインチの巻上げ部、１８…ワイヤ、１９…プーリ、２０…ナセルカバーの下部ハッチ、２１…クレーンビーム、２２…ヨーアクチュエータ、１４ａ…ウインチのモータ部、１４ｂ…ウインチの軸受及び軸受箱部、１４ｃ…ウインチのシャフト部、１４ｄ…ウインチの軸受及び軸受箱部、１４ｅ…ワイヤ、１４ｆ…ウインチの増速機部、１４ｇ…ウインチの台座部、１４ｈ…ウインチのブレーキ部、２２ａ…ヨーアクチュエータのブレーキ部、２２ｂ…ヨーアクチュエータのモータ部、２２ｃ…ヨーアクチュエータの減速機部、２２ｄ…ヨーアクチュエータのピニオン部。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2015110927.tif 000009
【図６】
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