(57)【要約】  洋上風力発電装置において、安全性や送電時のロスを抑える目的で、変圧器を洋上風力発電装置内に設置する要求がある。その際、洋上風力発電装置に用いる油入変圧器の冷却性向上が求められる。  その課題を解決するために、鉄心と、コイルと、該鉄心及びコイルを絶縁及び冷却する絶縁油をタンク内に収納した油入変圧器を、洋上風力発電装置内の海面下に設置し、且つタンクを液体に浸す構造とする。これにより、洋上風力発電装置に用いる油入変圧器の冷却性が向上することにより、油入変圧器および洋上風力発電装置の小型化が可能となる。
2015040730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の構造体であるタワーと、該タワーに取り付けられた風力を受けて回転するブレードと、該ブレードの回転を電力に変換する発電機を備える洋上風力発電装置であって、
前記発電機から得られる電力の電圧を昇圧する変圧器と、
該昇圧した電力を送電する送電ケーブルを有し、
前記変圧器は、鉄心及びコイルを備え、該鉄心及びコイルが絶縁及び冷却する絶縁油で満たしたタンク内に収納されており、
前記洋上風力発電装置の洋上設置時の海面下に前記変圧器を設置するとともに、
該変圧器設置個所に液体を蓄え、前記タンクを前記液体に浸す構造であることを特徴とする洋上風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の洋上風力発電装置であって、
前記変圧器設置個所は、前記タワー内に設けられた、前記タワーの壁面を利用して構成される液体貯蔵部であって、
前記タンクを浸す液体は、前記液体貯蔵部に蓄えられている液体であることを特徴とする洋上風力発電装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載の洋上風力発電装置であって、
前記変圧器は、前記タンクと連通可能に接続され前記絶縁油を冷却するラジエータを有することを特徴とする洋上風力発電装置。
【請求項４】
中空の構造体であるタワーと、該タワーに取り付けられた風力を受けて回転するブレードと、該ブレードの回転を電力に変換する発電機を備える洋上風力発電装置であって、
前記発電機から得られる電力の電圧を昇圧する変圧器と、
該昇圧した電力を送電する送電ケーブルを有し、
前記変圧器は鉄心とコイルを有しており、
前記変圧器を、前記洋上風力発電装置の洋上設置時の海面下であって、前記鉄心及びコイルを絶縁及び冷却する絶縁油を満たした前記タワー内部に配置する構造であることを特徴とする洋上風力発電装置。
【請求項５】
中空の構造体であるタワーと、該タワーに取り付けられた風力を受けて回転するブレードと、該ブレードの回転を電力に変換する発電機を備える洋上風力発電装置であって、
前記発電機から得られる電力の電圧を昇圧する変圧器と、
該昇圧した電力を送電する送電ケーブルを有し、
前記洋上風力発電装置の洋上設置時の海面下に前記変圧器を設置するとともに、
前記変圧器は鉄心とコイルを有し、該鉄心及びコイルを絶縁及び冷却する絶縁油を保持するタンクを前記タワーの壁面を利用して構成したことを特徴とする洋上風力発電装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の洋上風力発電装置であって、
前記変圧器を前記タワー内部の最下層部に設置することを特徴とする洋上風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洋上風力発電装置に用いる油入変圧器の冷却性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーである風力を利用した発電が、地球環境に優しい活用方法として実用化されている。この風力発電は、山林等の陸上に立地するものや、洋上に設置するものがある。特に、風車設置用の適地に制限がなく、陸上に比べて風速が早く、また風の乱れも少ない洋上での風力発電が期待されている。【０００３】
また、洋上風力発電装置で発電された電力の送電に際して、安全性や送電時のロスを抑える目的で、発電された電圧を昇圧して送電するニーズがあり、そのために、変圧器を洋上風力発電装置内に設置する要求がある。一方、洋上風力発電装置のタワー内に変圧器を設置すると、熱源が増えタワー内の温度が上昇してしまう。密閉されたタワー内に設置されることにより、冷却条件が屋外設置時より悪化する為、冷却性の向上が必須条件となっている。よって、変圧器の冷却を十分に行なう為にファン等を用いた強制冷却を行なう必要がある。【０００４】
一方、洋上風力発電装置の熱源の冷却方法に関して特開２０１１−８９４６８号公報（特許文献１）に開示されている技術が挙げられる。特許文献１では、二次電池を喫水線よりも下方に配置することで、充放電に伴う二次電池の熱を水中に逃がすことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−８９４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、熱源を喫水線よりも下方に配置することで、その熱を水中に逃がすことが記載されているが、油入変圧器特有の冷却性向上についての記載がなく、洋上風力発電装置に用いる油入変圧器の冷却性向上が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
鉄心と、コイルと、該鉄心及びコイルを絶縁及び冷却する絶縁油をタンク内に収納した油入変圧器を、洋上風力発電装置内の海面下に設置し、且つタンクを液体に浸す構造とする。
【発明の効果】
【０００８】
洋上風力発電装置に用いる油入変圧器の冷却性が向上することにより、油入変圧器および洋上風力発電装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】洋上風力発電装置の構成概略図
【図２】実施例１の洋上風力発電装置の全体概略図
【図３】実施例１の洋上風力発電装置の詳細模式図
【図４】実施例１の洋上風力発電装置の断面図及び側面図
【図５】実施例２の洋上風力発電装置の模式図
【図６】実施例３の洋上風力発電装置の模式図
【図７】実施例４の洋上風力発電装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、洋上風力発電装置の構成概略図である。図1において、１は洋上風力発電装置全体、２はブレード、３はナセル、４は発電機、５はタワー、６は海面、７は変圧器、８は送電ケーブルである。
タワー５は中空の構造体であって、タワー５の上部にナセル３が取り付けられている。ブレード２はナセル３に連結されており、ブレード２が風力により回転すると、ナセル３内に配置した発電機４により交流電力が生成され、その電力をタワー５内に配置した変圧器７で昇圧して、送電ケーブル８で送電する。変圧器で昇圧する理由は、電圧を高くすることで電流が低く抑えられるため、低い電流にして安全に送電するためと、低い電流値により送電時のロスを抑えるためである。【００１２】
図２に、本実施例の洋上風力発電装置の全体概略図を示す。また、図３に本実施例の洋上風力発電装置の詳細模式図を示す。図２において、９は海水であり、変圧器７は、洋上風力発電装置のタワー５内の海面下に設置している。また、図３において、７−２はコイル、７−３は鉄心であり、該鉄心及びコイルを、図示しない、絶縁及び冷却する絶縁油で満たしたタンク７−１内に収納した変圧器７を液体１０に浸した構造となっている。すなわち、タワー５内に、タワーの壁面を利用して構成される、液体を蓄える液体貯蔵部を設け、その液体貯蔵部にタンクを有する変圧器を設置し、タンクを液体で浸す構造とする。【００１３】
図４に、図３の変圧器部分を側面上部から見た断面図４（Ａ）と、その側面図４（Ｂ）を示す。図４において、７−４は絶縁油、７−５はラジエータ、７−６は油面線、他の番号は、既に説明した図に示された同一の符号を付された構成と同一の機能を有するので、説明は省略する。【００１４】
図４（Ａ）において、タンク７−１を液体１０で浸すことでタワーの外周にある海水９との間の熱伝達率を上げ、冷却効果を上げるように構成されている。なお、液体１０は、熱を伝達するものであれば良く、例えば純水でよい。【００１５】
また、図４（Ｂ）において、ラジエータ７−５は、タンク７−１の上部開口及び下部開口を介してタンク内と連通可能に接続されており、タンク内の絶縁油７−４がラジエータ内を循環し、タンク内のコイル７−２で熱せられた絶縁油がラジエータで冷されタンクに戻ることで更なる冷却性の向上が可能となる。【００１６】
このように、変圧器の冷却性能が向上することにより変圧器自体の冷却設備を小型化することが可能となる。また、洋上風力発電装置としての冷却のための設備が不要となり、洋上風力発電装置自体の小型化が可能となる。【００１７】
また、変圧器７の一番の熱源であるコイル７−２の高さまで液体１０を浸すことでコイルの熱を吸収しやすくなるので、タンクを全て液体１０で満たす必要はなく、例えば、絶縁油の油面線７−６以下で、かつコイル７−２の高さ以上までを液体１０に浸すことで冷却効果が得られる。例えば、図４（Ｂ）に示す、ハッチングで示した部分を液体１０で浸せば良い。このように、もともと油入変圧器として設けられているタンクを利用して、タンクの周りを液体で浸すことで、冷却効果を上げるように構成されているので、液体に浸すために新たに防水加工を施す必要がないという効果がある。なお、さらにメッキなどの錆対策を施すことで、長期使用が可能になる。【００１８】
このように、本実施例は、油入変圧器として設けられているタンクを液体に浸すという、油入変圧器特有の冷却性向上を図ったものである。【００１９】
以上説明したように、本実施例によれば、洋上風力発電装置に用いる油入変圧器の冷却性が向上することにより油入変圧器自体の冷却設備の小型化が可能となる。また、洋上風力発電装置としての冷却のための設備が不要となり、洋上風力発電装置自体の小型化が可能となる。また、冷却のためにファンを用いた場合、海上設置という環境から湿気、塩気の含んだ風を冷却ファンから取り込んでくる為、変圧器が錆びやすくなってしまうという問題も解消できる。
【実施例２】
【００２０】
図５に、本実施例の洋上風力発電装置の模式図を示す。本実施例は、油入変圧器のタンクを失くし、洋上風力発電装置のタワー５の壁面をタンクの代わりに使用するタンクレス構造となっている。
図５において、コイル７−２、鉄心７−３からなる変圧器を、絶縁油１１で満たした構造であり、絶縁油を満たしたタワー内部に、変圧器を配置することでタンクを不要としている。すなわち、絶縁油を保持するタンクとして、洋上風力発電装置のタワー５の壁面を利用している。【００２１】
これにより、タンクが不要となり、スペースが生まれ大型の変圧器にも対応でき、コストも減らすことが可能となる。また、タワー５の壁面から直接絶縁油１１を冷却することができ、より冷却効果が向上する。また、タワー内の限られたスペースを有効利用できる。
【実施例３】
【００２２】
図６に、本実施例の洋上風力発電装置の模式図を示す。本実施例は、変圧器の配置を洋上風力発電装置のタワーの最下層部に配置することを特徴とする。【００２３】
図６に示すように、洋上風力発電装置のタワー最下層部に設置することで洋上風力発電装置の重心が下がり、洋上風力発電装置の安定度が増すという効果がある。【００２４】
なお、本実施例は、実施例２のタンクレス構造に加え、最下層部に設置する例を示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、実施例１のタンクの周囲を液体に浸す場合にも適用可能であることは言うまでもない。
【実施例４】
【００２５】
図７に、本実施例の洋上風力発電装置の模式図を示す。本実施例は、実施例２の内容に加え、コイルの厚さをより増やした構造である。【００２６】
図７において、７−２１はコイル、７−３１は鉄心であり、タンクが不要となったスペースを有効活用する為、コイル７−２１の横寸法である厚さを増やした構造にすることが可能となる。これにより、同一の洋上風力発電装置内に大容量の変圧器を設置できるという効果がある。【００２７】
以上実施例について説明したが、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、本実施例では、浮体式の洋上風力発電装置について説明したが、着床式の洋上風力発電装置であっても適用できる。また、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、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、置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００２８】
１  洋上風力発電装置
５  タワー
７  変圧器
７−１  タンク
７−２  コイル
７−３  鉄心
７−４、１１  絶縁油
１０  液体
【図１】
2015040730.tif 000003
【図２】
2015040730.tif 000004
【図３】
2015040730.tif 000005
【図４】
2015040730.tif 000006
【図５】
2015040730.tif 000007
【図６】
2015040730.tif 000008
【図７】
2015040730.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月20日(2016.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の構造体であるタワーと、該タワーに取り付けられた風力を受けて回転するブレードと、該ブレードの回転を電力に変換する発電機を備える洋上風力発電装置であって、
前記発電機から得られる電力の電圧を昇圧する変圧器と、
該昇圧した電力を送電する送電ケーブルを有し、
前記変圧器は、鉄心及びコイルを備え、該鉄心及びコイルを絶縁及び冷却する絶縁油で満たしたタンク内に収納されており、
前記洋上風力発電装置の洋上設置時の海面下に前記変圧器を設置するとともに、
前記変圧器の設置個所は、前記タワー内に設けられた該タワーの壁面を利用して構成される液体貯蔵部であって、前記タンクを該液体貯蔵部に蓄えられている液体に浸す構造であることを特徴とする洋上風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の洋上風力発電装置であって、
前記変圧器は、前記タンクと連通可能に接続され前記絶縁油を冷却するラジエータを有することを特徴とする洋上風力発電装置。
【請求項３】
中空の構造体であるタワーと、該タワーに取り付けられた風力を受けて回転するブレードと、該ブレードの回転を電力に変換する発電機を備える洋上風力発電装置であって、
前記発電機から得られる電力の電圧を昇圧する変圧器と、
該昇圧した電力を送電する送電ケーブルを有し、
前記洋上風力発電装置の洋上設置時の海面下に前記変圧器を設置するとともに、
前記変圧器は鉄心とコイルを有し、該鉄心及びコイルを絶縁及び冷却する絶縁油を保持するタンクを前記タワーの壁面を利用して構成したことを特徴とする洋上風力発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の洋上風力発電装置であって、
前記変圧器を前記タワー内の最下層部に設置することを特徴とする洋上風力発電装置。
【国際調査報告】
2015040730.tif 000010
2015040730.tif 000011
2015040730.tif 000012
2015040730.tif 000013