(57)【要約】【課題】実際の使用環境に応じた電力発生装置の耐用期間の把握を可能とする監視装置を提供する。【解決手段】被監視対象の電力発生装置の所定部位に検出部１２０を設け、この検出部１２０により電力発生装置の耐用期間に影響を与える所定因子を検出する。検出部１２０の検出結果は、記憶部１１３に記憶される。中央演算処理部１１１は、記憶部１１３に記憶された上記検出結果の履歴を反映させて電力発生装置の消耗の度合いを表す指数を算出し、この指数に基づき電力発生装置の耐用期間の残存期間を演算する。これにより、実際の使用環境に応じた電力発生装置の耐用期間の把握が可能となる。【選択図】　　　図１
2004101417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力発生装置の稼動を監視するための監視装置であって、
前記電力発生装置の所定部位に設けられ、該電力発生装置の耐用期間に影響を与える所定因子を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記検出結果の履歴を反映させて前記電力発生装置の消耗の度合いを表す指数を算出すると共に、該指数に基づき前記耐用期間の残存期間を演算する演算部と、
を備えた監視装置。
【請求項２】
前記電力発生装置の運転条件に応じた稼動期間の対応関係に関する情報を格納するデータベースと、利用者による指定期間を入力する入力部と、をさらに備えており、
前記演算部が、前記データベースを参照して、前記残存期間を前記指定期間に換算したときの前記電力発生装置の運転条件を算出することを特徴とする請求項１に記載された監視装置。
【請求項３】
前記演算部が、前記指数の変化分、または前記所定因子の変化分に基づき前記電力発生装置の異常を判別することを特徴とする請求項１または２に記載された監視装置。
【請求項４】
前記演算部が、前記検出部の検出対象に応じた部材の交換時期を演算することを特徴とする請求項１ないし３の何れか１項に記載された監視装置。
【請求項５】
前記電力発生装置が風力発電装置であって、前記所定因子が、前記風力発電装置に作用する風速、または前記風力発電装置に発生する応力、騒音、振動の何れかであることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載された監視装置。
【請求項６】
前記電力発生装置が固体酸化物形燃料電池であって、前記所定因子が燃料の量と温度であることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載された監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電装置や固体酸化物形燃料電池などの電力発生装置の稼動を監視する監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風力発電装置の場合、風速や稼動状態によっては過大な振動や応力が風車に発生し、風車が破損する虞が生じる。このため、風力発電装置では、稼動状態を監視するのが通例となっている。同様に、風力発電装置以外の他の電力発生装置においても稼動状態の監視が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１４７８２号公報（第６−９頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に電力発生装置の場合、想定されるあらゆる運転条件に対応する必要上、設計上の耐用期間が実際の耐用期間よりも短く設定される。このため、運転条件や使用環境が良好な場合には、設計上の耐用期間を過ぎても十分に装置の性能が十分に確保されている場合がある。しかしながら、このような場合であっても、安全上、耐用期間が過ぎた装置は破棄せざるを得ず、資源の浪費となっていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、実際の使用環境に応じて電力発生装置の耐用期間を把握することを可能とする監視装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
即ち、請求項１に記載された発明は、電力発生装置の稼動を監視するための監視装置であって、前記電力発生装置の所定部位に設けられ、該電力発生装置の耐用期間に影響を与える所定因子を検出する検出部（例えば後述する検出部１２０に相当する構成要素）と、前記検出部による検出結果を記憶する記憶部（例えば後述する記憶部１１３に相当する構成要素）と、前記記憶部に記憶された前記検出結果の履歴を反映させて前記電力発生装置の消耗の度合いを表す指数を算出すると共に、該指数に基づき前記耐用期間の残存期間を演算する演算部（例えば後述する演算部１１１に相当する構成要素）と、を備える。
【０００７】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された監視装置において、前記電力発生装置の運転条件に応じた稼動期間の対応関係に関する情報を格納するデータベース（例えば後述するデータベース１１４に相当する構成要素）と、利用者による指定期間を入力する入力部（例えば後述する入力部１１５に相当する構成要素）と、をさらに備えており、前記演算部が、前記データベースを参照して、前記残存期間を前記指定期間に換算したときの前記電力発生装置の運転条件を算出することを特徴とする。
請求項３に記載された発明は、請求項１または２に記載された監視装置において、前記演算部が、前記指数の変化分、または前記所定因子の変化分に基づき前記電力発生装置の異常を判別することを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載された発明は、請求項１ないし３の何れか１項に記載された監視装置において、前記演算部が、前記検出部の検出対象に応じた部材の交換時期を演算することを特徴とする。
請求項５に記載された発明は、請求項１ないし４の何れか１項に記載された監視装置において、前記電力発生装置が風力発電装置であって、前記所定因子が、前記風力発電装置に作用する風速、または前記風力発電装置に発生する応力、騒音、振動の何れかであることを特徴とする。
請求項６に記載された発明は、請求項１ないし４の何れか１項に記載された監視装置において、前記電力発生装置が固体酸化物形燃料電池であって、前記所定因子が燃料の量と温度であることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、電力発生装置の所定部位に設置された検出部により、この部位での例えば応力等の所定因子が検出される。この検出結果は、記憶部に一旦記憶される。演算部は、記憶部に記憶された所定因子の検出結果を読み出し、この検出結果の履歴を反映させて耐用期間の残存期間を算出する。このとき、残存期間を演算するにあたって、検出結果の履歴から電力発生装置の消耗の度合いを表す例えば疲労被害度等の指数が算出され、この指数から電力発生装置の耐用期間の償却分に相当する量が算出される。そして、この耐用期間の償却分に相当する量を元の耐用期間から差し引くことにより残存期間が求められる。また、データベースを参照することにより残存期間の換算が行われ、残存期間を利用者の指定期間に換算した場合の運転条件が算出される。従って、利用者が指定する期間にわたって、電力発生装置の運転を確保することが可能になる。ただし、運転条件は利用者の指定期間に応じたものになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
図１に、本発明の実施の形態に係る監視装置１００の構成を示す。この監視装置１００は、図示しない電力発生装置の稼動を監視するものであって、同図に示すように、監視装置本体１１０および検出部１２０から構成される。監視装置本体１１０は、中央演算処理部（ＣＰＵ；Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１１１、記憶部（ＲＯＭ；Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）１１２、記憶部（ＲＡＭ；Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）１１３、データベース１１４、入力部１１５、表示部１１６、インタフェース１１７からなり、これらはバス１１８を介して相互に接続されている。
【００１１】
ここで、中央演算処理部（ＣＰＵ）１１１は、装置全体の動作を制御するものであり、その動作プログラムは記憶部（ＲＯＭ）１１２に格納されている。記憶部（ＲＡＭ）１１３は、中央演算処理装置１１１での処理の過程で発生する一時的なデータや、検出部１２０の検出結果を格納する。データベース１１４には、監視処理に必要とされる情報が格納され、具体的には、被監視対象である電力発生装置の運転条件に応じた稼動期間の対応関係に関する情報が格納されている。この対応関係は、過去の実際の運転条件と稼動期間とを統計処理して得られたものであり、例えば、出力を５０％としたときの運転条件下での１０年の稼動期間は、出力を１００％としたときの運転条件下での４年に相当する等の情報である。即ち、このデータベースには、運転条件をパラメータとして稼動期間を換算するための情報が格納されている。また、データベース１１４には、後述のように、風力発電装置における風速Ｖと応力σの関係が格納される場合もある。
【００１２】
入力部１１５は、利用者が監視処理に必要な情報を入力するために使用されるものであり、表示部１１６は処理結果を表示するものである。インタフェース１１７は検出部１２０からの信号を受信するためのものである。
また、図２に例示するように、被監視対象の電力発生装置の所定部位には、上述の検出部１２０が取り付けられる。この例では、風力発電機のブレード２３０に検出部１２０が取り付けられ、風力によってブレード２３０に発生する応力を検出するものとなっている。
【００１３】
以下、この実施の形態の動作を説明する。
なお、説明の便宜上、電力発生装置の設計段階で想定された或る一定の運転条件を「推奨運転条件」と称し、この推奨運転条件下での耐用期間を「標準耐用期間」と称す。この標準耐用期間は従来の概念で把握される固定的な耐用期間に相当する。また、単に「耐用期間」というときは、この実施の形態に係る監視装置により上記標準耐用期間を換算して得られた期間を意味する。この換算により得られた「耐用期間」は運転条件に応じて変動する。また、「残存期間」というときは、「耐用期間」の残りの期間を意味する。さらに、「稼動期間」というときは、電力発生装置の運転時間を意味するものとする。
【００１４】
被監視対象の電力発生装置の運転中に、検出部１２０は電力発生装置の耐用期間に影響を与える所定因子を検出する。この因子としては、例えば風力発電装置ではブレードに発生する応力や風速があり、固体酸化物形燃料電池では燃料の量や温度がある。これらの因子は、電力発生装置が安全に運転可能な期間の長短に影響を与え、装置の耐用期間を縮める原因となるものである。この因子の種類は電力発生装置の種類に応じて選択される。
【００１５】
検出部１２０での検出結果は、中央演算処理部１１１の制御の下、インタフェース１１７を介して監視装置本体１１０に取り込まれ、記憶部１１３に記憶される。この検出結果の取り込みは、一定の時間周期で繰り返し行われ、記憶部１１３には、現在を起点とした過去一定期間の検出結果が蓄積される。
続いて、利用者が入力部１１５から電力発生装置の耐用期間の提示を要求すると、これを受けて中央演算処理部１１１が記憶部１１３から検出結果を読み出し、過去一定期間における検出結果の履歴を反映させて電力発生装置の消耗の度合いを表す指数を算出する。この指数は、電力発生装置の実質的な消耗の度合いを表すものであって電力発生装置の種類により異なり、例えば風力発電装置の場合には「疲労被害度」が用いられる。
【００１６】
中央演算処理部１１１は、算出した指数に基づき耐用期間の残存期間を演算する。この場合、データベース１１４に格納された耐用期間に関する情報を参照し、指数が一致する範囲（または近似する範囲）で運転条件と耐用期間との組み合わせを検索する。この検索により得られる組み合わせは、何れも実質的な装置の消耗の度合いが同じものを表す。そして、この組み合わせの中から、標準耐用期間を与える運転条件（電力発生装置の設計段階で想定された運転条件）と一致する運転条件と組み合わせられた耐用期間を取得する。このようにして取得された耐用期間は、実際の運転条件下での稼動期間を推奨運転条件下での稼動期間に換算したものとなる。この換算により得られた稼動期間を当初の標準耐用期間から差し引くことにより耐用期間の残存期間が得られる。以上により、本実施の形態を説明した。
【００１７】
【実施例】
（第１の実施例）
以下、本発明の第１の実施例を説明する。この第１の実施例は、上述の図１に示す監視装置１００を図２に示す風力発電装置２００に適用したものであり、図１及び図２を援用すると共に図３ないし図５を参照して説明する。
この実施例では、被監視対象の風力発電装置２００の耐用期間はブレード２３０に発生する応力σに支配されるものと仮定しており、この応力σを検出して残存期間を算出する。また、図２に示す構成において、検出器１２０はブレードの応力σを検出するものとし、この検出器１２０に加えて、風速Ｖを検出するための検出器（図示なし）も備えている。
【００１８】
先ず、疲労被害度ＤＦの算出方法を説明する。過去一定期間に亘って応力σを検出し、記憶部１１３に蓄積することにより、図３（ｃ）に示す応力σと頻度Ｈｒを表す対応関係を得る。また、応力σを直接検出しない場合は、過去一定期間に亘って風速Ｖを検出し、記憶部１１３に記憶しておく。この記憶部１１３に蓄積された情報を用いて、図３（ａ）に示すように、風速Ｖと頻度Ｈｒ（Ｈｒ；時間または日数）との対応関係を把握する。一方、データベース１１４に蓄積された情報を用いて、図３（ｂ）に示すように、風速Ｖと応力σとの対応関係を把握する。そして、図３（ａ）の対応関係と図３（ｂ）の対応関係から風速Ｖを消去することにより、図３（ｃ）に示すように、応力σと頻度Ｈｒを表す対応関係を得る。即ち、この対応関係から応力σの頻度が分かる。このσの頻度から、公知の手法を用いて疲労被害度ＤＦを算出する。そして、この疲労被害度ＤＦを前述の指数として残存期間を算出する。
【００１９】
この第１の実施例では、さらに、所望の稼動期間を確保するための運転条件を算出する。即ち、上述の残存期間は推奨運転条件を前提としており、利用者によっては、必ずしも推奨運転条件で運転するとは限らない。また、発電出力を低く抑えてでも稼動期間の延長を希望する場合もある。このような要求に応えるため、この第１の実施例では、利用者が希望する稼動期間を指定することにより運転条件を算出する。即ち、中央演算処理部１１１は、データベース１１４を参照し、疲労被害度ＤＦが同一となる範囲（または近似する範囲）で上述の残存期間を利用者の指定期間に換算し、このときの電力発生装置の運転条件を算出する。
【００２０】
図４（ａ）に、運転条件を一定とした場合の残存期間の変化を示し、同図（ｂ）に、途中から運転条件を緩和した場合（例えば出力を下げた場合）の残存期間の変化を示す。同図（ｂ）に例示するように、途中から運転条件を緩和した場合、残存期間を示す特性線の傾きが小さくなる。この結果、装置の耐用期間（残存期間がゼロになるまでの期間）が延長されることになる。逆に、残存期間に優先して高出力が必要な場合には、入力部１１５からその旨の指令を入力することにより、その要求に見合った運転条件が算出される。このように、外部から指定された情報に応じて、適切な運転条件が選択されて装置の運転が行われる。
【００２１】
また、中央演算処理部１１１は、電力発生装置の異常の判別を行う。この異常の検出は、中央演算処理部１１１において、上述の疲労被害度ＤＦの時間的な変化分（微分量）に基づき行われる。具体的には、図５に示すように、時間（ｔ）の経過に従って増加する疲労被害度ＤＦの変化分）を求め、この変化分が一定値を越えた場合に異常が発生したと判別する。同図に示す例では、期間Ｔ１での疲労被害度の変化分は正常値を示し、期間Ｔ２において変化分が異常に増加している。疲労被害度の異常が判別された場合にはその旨を報知する。これを受けて、作業員が点検等の必要な措置を講じる。また、異常の判別は、応力、騒音、振動などの所定因子の変化分、即ちこれら所定因子の過去の状態に対する変化に基づいても行われる。さらに、中央演算処理部１１１は、検出部１２０の検出対象に応じた部材の交換時期を演算する。この場合、上述の残存期間の算出は検出部１２０が設置された部材毎に行われ、その残存期間から部材の交換時期を算出する。
この第１の実施例によれば、利用者が必要とする残存期間に応じて運転条件を設定し直すことが可能になる。従って、電力発生装置の性能を有効に活用することが可能になる。
【００２２】
（第２の実施例）
この第２の実施例は、上述の図１に示す監視装置１００を固体酸化物形燃料電池に適用したものである。同じく図１及び図２を援用すると共に、新たに図６および図７を参照して説明する。この第２の実施例では、被監視対象の固体酸化物形燃料電池の耐用期間が燃料の量と温度に支配されることから、これら燃料の量および温度を検出して残存期間を算出する。また図２に示す構成において、検出器１２０は固体酸化物形燃料電池の燃料の量および温度を検出するものとする。
【００２３】
この第２の実施例では、上述の指数として「劣化率」を採用する。この劣化率は、過去一定期間に亘って記憶部１１３に蓄積された燃料の量と温度に関する情報を用いて算出される。この算出にあたっては、図６に示す固体酸化物形燃料電池の特性が参照される。同図（ａ）に、固体酸化物形燃料電池の燃料の量または温度と出力（Ｐ）との関係を示す。また、同図（ｂ）に固体酸化物形燃料電池の温度と耐用期間（寿命）との関係を示す。これらの関係から理解されるように、燃料の量が多く温度が高い程、また出力（Ｐ）が高い程、固体酸化物形燃料電池の耐用期間が短くなり、その性能の劣化が進む。この劣化率の算出は、上述の図６に示す電池の特性を踏まえ、公知の技術を用いて上述の検出結果に基づき行われる。そして、算出された劣化率を上述の指数として残存期間が算出される。
【００２４】
なお、第２の実施例においても上述の第１の実施例と同様に、算出された残存期間を用いて、運転条件の算出、異常の検出、部材の交換時期の提示等が行われる。ただし、この場合の異常の検出は、図７に示すように、上述の劣化率の変化分に基づき行われる。同図に示す例では、期間Ｔ３において劣化率は一定値を保ち、稼動時間の経過に伴って劣化が一定の割合でいわば正常に進行している。これに対し、期間Ｔ４では、稼動時間の経過に伴って劣化率が増加しており、劣化が加速度的に進行している。このような劣化の進行は装置に異常が存在することを示唆するものであり、この場合、異常と判別される。
【００２５】
以上、この発明の一実施形態および実施例を説明したが、この発明は、これらに限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。例えば、上述の実施の形態では、過去一定期間に亘って検出された因子の履歴に基づいて監視処理を行うものとしたが、学習機能を用いて過去の履歴から残存期間を推定するものとしてもよい。この場合、過去の運転条件から将来の運転条件を推定するものとすれば、より実情に即した残存期間を求めることが可能になる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電力発生装置の耐用期間に影響を与える所定因子を検出し、その検出結果の履歴を反映させて電力発生装置の消耗の度合いを表す指数を算出し、この指数に基づき電力発生装置の耐用期間の残存期間を演算するようにしたので、実際の使用環境に応じて電力発生装置の耐用期間を把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る監視装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る風力発電装置の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施例の動作（残存期間の算出方法）を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施例の動作（応力と残存期間との関係）を説明するための図である。
【図５】本発明の第１の実施例の動作（異常の検出方法）を説明するための図である。
【図６】本発明の第２の実施例の動作（残存期間の算出方法）を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施例の動作（異常の検出方法）を説明するための図である。
【符号の説明】
１００；監視装置、１１０；監視装置本体、１１１；中央演算処理部（ＣＰＵ）、１１２；記憶部（ＲＯＭ）、１１３；記憶部（ＲＡＭ）、１１４；データベース、１１５；入力部、１１６；表示部、１１７；インタフェース、１２０検出部、２００；風力発電装置、２１０；タワー、２２０；発電機、２３０；ブレード。
【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】
2004101417.tif 000007
【図６】
2004101417.tif 000008
【図７】
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