(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも風力発電機の設置位置周辺の複数地域に各々設定されている騒音基準値と、上記設置位置から上記各地域までの水平距離とに基づいて、地域毎の騒音基準値から上記風力発電装置の騒音パワーレベルの許容最大値を各々演算し、該地域毎に演算した複数の許容最大値のなかの最小値に基づいて、上記風力発電機から実際に発生される騒音パワーレベルが上記最小値以下となるように、上記風力発電機のロータ回転数を制御することを特徴とする風力発電機の運転制御方法。
【請求項２】
上記風力発電機の設置位置における風向及び風速を検出し、上記地域毎に上記風力発電機が発し得る騒音パワーレベルの許容最大値を演算する際に、上記検出した風向及び風速情報に基づいて、風下の地域では当該地域に設定されている騒音基準値を厳しく補正し、風上の地域では当該地域に設定されている騒音基準値を緩和するように補正することを特徴とする請求項１に記載の風力発電機の運転制御方法。
【請求項３】
上記最小値に基づいて上記風力発電機のブレードのピッチ角を制御してロータ回転数を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電機の運転制御方法。
【請求項４】
上記最小値に基づいて上記風力発電機の極数を切り換えてロータ回転数を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の風力発電機の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電機の運転制御方法に関し、特に風力発電機の設置位置周辺の複数地域に各々設定されている騒音基準値を満たすように風力発電機の運転を制御する風力発電機の運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無公害な発電機として風力発電機が普及しつつある。風力発電機は、例えば図５に水平軸型の概略構成を示すように、タワー５１の上端に、発電機等を収容するナセル５２を回動可能に取り付け、このナセル５２にハブ５３及びブレード５４を有するロータ５５を回転自在に支承して構成され、特に大型の風力発電機では、ブレード５４のピッチ角を可変とすることで、起動トルクの増大が図られていると共に、風速に応じた回転数の制御が行われ、かつ強風時にはブレード５４を風向と平行にするフェザリングにより出力を減少させる制御が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の風力発電機の運転制御では、昼夜を問わず、風速に対して目標の出力が得られるように回転数を制御している。即ち、定格風速以下では最大効率が得られるように回転数を制御し、定格風速以上では定格出力を保つように回転数を制御している。
【０００４】
一方、風力発電機の設置にあたっては、諸々の環境条件を満たす必要があり、その最も重要視される環境条件の一つとして騒音が挙げられる。この風力発電機における騒音の大半は、ブレードが回転することによって生じるブレードの空力騒音で、その騒音パワーレベル（ｄＢ）はロータの周速すなわち回転数（ｒｐｍ）に大きく依存している。例えば、図６に示すように騒音パワーレベルはロータ回転数に略比例する。なお、図６は、直径２２ｍのロータを有する風力発電機によるロータ回転数と騒音パワーレベルとの関係を示したものである。
【０００５】
一方、許容される騒音レベルは、居住地域や工業地域等の地域毎に基準値が定められているが、その騒音基準値は一般に昼間よりも夜間の方が大幅に厳しく設定され、例えば１０ｄＢほど厳しく設定されている。
【０００６】
このため、比較的大型の風力発電機を市街地近傍に設置しようとすると、昼間は全ての地域において騒音基準値を満たしても、夜間は騒音基準値を満たさなくなる地域が生じる場合がある。
【０００７】
この対策としては、夜間のみ運転を停止したり、大型の風力発電機に代えて、騒音が問題とならない小型の風力発電機を設置したりすることが考えられるが、いずれの場合にも経済性に与える影響は大きくなるため、風力発電機の導入及び普及の障害となっている。
【０００８】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、経済性に対する影響を最小限に抑えながら、比較的大型の風力発電機を市街地近傍等に設置でき、風力発電機の導入及び普及を大幅に促進できる風力発電機の運転制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の風力発電機の運転制御方法の発明は、少なくとも風力発電機の設置位置周辺の複数地域に各々設定されている騒音基準値と、上記設置位置から上記各地域までの水平距離とに基づいて、地域毎の騒音基準値から上記風力発電装置の騒音パワーレベルの許容最大値を各々演算し、該地域毎に演算した複数の許容最大値のなかの最小値に基づいて、上記風力発電機から実際に発生される騒音パワーレベルが上記最小値以下となるように、上記風力発電機のロータ回転数を制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によると、地域毎に風力発電機が発し得る騒音パワーレベルの許容最大値を演算し、その許容最大値のなかの最小値に基づいて風力発電機から実際に発生される騒音パワーレベルが上記の最小値以下となるようにロータ回転数を制御するので、設置位置周辺の全ての地域において常に騒音基準値を同時に満たすことが可能となる。従って、夜間等の運転を停止することなく、市街地近傍等に大型の風力発電機を設置することができるので、経済性に対する影響を最小限に抑えることができ、風力発電機の導入及び普及を大幅に促進することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１の風力発電機の運転制御方法において、上記風力発電機の設置位置における風向及び風速を検出し、上記地域毎に上記風力発電機が発し得る騒音パワーレベルの許容最大値を演算する際に、上記検出した風向及び風速情報に基づいて、風下の地域では当該地域に設定されている騒音基準値を厳しく補正し、風上の地域では当該地域に設定されている騒音基準値を緩和するように補正することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明によると、風下の地域では騒音基準値を厳しく補正し、風上の地域では騒音基準値を緩和するように補正して、地域毎に風力発電機が発し得る騒音パワーレベルの許容最大値を演算することによって、各地域に設定されている騒音基準値をより確実に保守しながら、ロータ回転数をより効率良く制御でき、発電量の低下をより抑制することが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２の風力発電機の運転制御方法において、上記最小値に基づいて上記風力発電機のブレードのピッチ角を制御してロータ回転数を制御することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明によると、ブレードのピッチ角制御によってロータ回転数を連続的に制御できるので、風力発電機から実際に発生される騒音パワーレベルが常に上記の最小値となるようにより効率の良いロータ回転数に制御することができ、発電量の低下をより低減することが可能となる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２の風力発電機の運転制御方法において、上記最小値に基づいて上記風力発電機の極数を切り換えてロータ回転数を制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明によると、風力発電機の極数を切り換えてロータ回転数を制御するので、その極数切り換えによるロータ回転数を、例えば昼間において全ての地域で同時に騒音基準値を満たす速い方のロータ回転数と、騒音基準値が厳しくなる夜間において全ての地域で同時に騒音基準値を満たす遅い方のロータ回転数との２種類設定できるようにし、昼間及び夜間の時間帯に応じて対応するロータ回転数が得られる極数に切り換えるようにすることで、騒音基準値を満たすロータ回転数に簡単に制御することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による風力発電機の運転制御方法の実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施の形態）
図１乃至図３は第１実施の形態を示すもので、図１は運転制御装置の概略構成を示すブロック図、図２はその動作を説明するためのフローチャート、図３は風力発電機から発生する騒音の減衰特性をロータ回転数（ｒｐｍ）をパラメータとして示す図である。
【００１９】
本実施の形態は、図５と同様の構成の風力発電機１の運転を遠隔制御するもので、運転制御装置２は、地域情報メモリ３、時計４、及び演算制御回路５を有している。
【００２０】
地域情報メモリ３には、風力発電機１の設置位置周辺に位置する各地域における設置位置からの水平距離と、昼間及び夜間の各々の騒音基準値とを含む地域情報を格納し、その地域情報を演算制御回路５に供給する。また、時計４からは、現在時刻を表わす時間情報を演算制御回路５に供給する。
【００２１】
演算制御回路５では、地域情報メモリ３に格納されている地域情報と、時計４からの時間情報とを含む所要の情報に基づいて、現時間帯（昼間または夜間）で全ての地域が騒音基準値を同時に満たすロータの許容最大回転数を演算し、その演算した許容最大回転数に基づいて風力発電機１のロータ回転数を制御する。
【００２２】
ここで、演算制御回路５によるロータ回転数の制御は、例えば風力発電機１がブレードのピッチ角制御によりロータの回転数を連続的に可変制御できるものである場合には、演算した許容最大回転数となるようにブレードのピッチ角を制御するようにする。従って、この場合には、ロータ回転数が常に演算した許容最大回転数となるように制御できるので、風力発電機１を効率良く運転制御でき、発電量の低下を最小限に抑制することができる。
【００２３】
また、風力発電機１がその発電機極数を切り換えることにより複数種のロータ回転数を設定できるものである場合には、演算した許容最大回転数内のロータ回転数となるように発電機極数を切り換えるようにする。この場合には、極数切り換えによるロータ回転数を、例えば昼間において全ての地域で同時に騒音基準値を満たす速い方のロータ回転数と、騒音基準値が厳しくなる夜間において全ての地域で同時に騒音基準値を満たす遅い方のロータ回転数との２種類設定し、昼間及び夜間の時間帯に応じて各々対応するロータ回転数が得られる極数に切り換えることで、騒音基準値を満たすロータ回転数に簡単に制御することができる。
【００２４】
次に、演算制御回路５での処理の一例について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２５】
先ず、地域情報メモリ３に格納されている地域情報と、時計４からの時間情報とを含む所要の情報に基づいて、地域毎に現時間帯（昼間または夜間）における風力発電機１が発し得る騒音パワーレベルの許容最大値を演算する（ステップＳ１）。
【００２６】
即ち、風力発電機１が発する騒音は、図３に示すように風力発電機１の設置位置から離れるに従ってその音圧レベルが減衰するので、各地域について風力発電機１の設置位置からの水平距離、当該地域における現時間帯の騒音基準値、及び風力発電機１が発生する騒音の減衰特性に基づいて、風力発電機１が発生する騒音が当該地域において騒音基準値となる騒音パワーレベルの許容最大値を演算する。
【００２７】
なお、図３は、直径２２ｍのロータを有する風力発電機を６０ｒｐｍ及び４８ｒｐｍで各々回転させた場合に発生する騒音の減衰特性を示している。
【００２８】
各地域について、現時間帯で風力発電機１が発し得る騒音パワーレベルの許容最大値を求めたら、次にそれらの許容最大値のなかの最小値、即ち全ての地域が騒音基準値を同時に満たす騒音パワーレベルを求める（ステップＳ２）。
【００２９】
しかる後、その最小値に基づいて図６に示したロータ回転数と騒音パワーレベルとの関係から対応するロータの許容最大回転数を求め（ステップＳ３）、その許容最大回転数に基づいて風力発電機１のロータ回転数を制御する（ステップＳ４）。
【００３０】
このように、本実施の形態では、昼間及び夜間の各時間帯において、地域毎に風力発電機１から発生される騒音パワーレベルが当該地域において騒音基準値となる騒音パワーレベルの許容最大値を各々演算して、その許容最大値のなかの最小値、即ち全ての地域で騒音基準値を同時に満たす騒音パワーレベルの最小値を求め、その最小値に対応するロータの許容最大回転数に基づいて風力発電機１のロータ回転数を制御するようにしたので、風力発電機１として大型のものを市街地近傍等に設置して夜間でも運転することができる。従って、経済性に対する影響を最小限に抑えることができ、風力発電機の導入及び普及を大幅に促進することができる。
【００３１】
例えば、昼間における騒音基準値が５０（ｄＢ）でかつ、夜間の騒音基準値が４０（ｄＢ）の居住地域の近傍に、図３に示した減衰特性を有する風力発電機を設置する場合、この風力発電機を従来のように昼夜を問わず６０ｒｐｍのロータ回転数で運転するようにすると、騒音基準値を満たす設置位置からの水平距離は、昼間は５０ｍ、夜間は１４０ｍとなるため、当該居住地域から水平距離で１４０ｍ以上離れた位置に風力発電機を設置しなければならなくなる。
【００３２】
これに対し、本実施の形態に従って、ロータ回転数を例えば発電機の極数切り換えにより、昼間は６０ｒｐｍ、夜間は４８ｒｐｍとして風力発電機の運転を制御するようにすれば、騒音基準値を満たす設置位置からの水平距離は昼夜とも５０ｍとなり、当該居住地域から水平距離で５０ｍ以上離れた位置であれば風力発電機が設置できるようになるので、設置制限距離を約３６％に低減でき、設置可能な地域を大幅に拡大することができる。また、この場合の年間総発電量は、従来のように昼夜を問わず６０ｒｐｍのロータ回転数で運転した場合の年間総発電量が１７５ＭＷｈ（利用率２０％想定）とすると、１５８ＭＷｈとなり、約１０％程度の減少で済むので、その影響も小さい。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、上述したようにして昼間及び夜間の各時間帯での各々のロータ回転数を一度設定したら、以後はその設定した時間帯に応じたロータ回転数で風力発電機１の運転を制御すればよい。
【００３４】
（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態による風力発電機の運転制御方法を実施する運転制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【００３５】
本実施の形態は、第１実施の形態において、風力発電機１に風向・風速計１１を設けて設置位置における風向及び風速を検出し、その検出した風向・風速情報を運転制御装置２の演算制御回路５に取り込んで、図２のステップＳ１で地域毎に風力発電機１が発する騒音パワーレベルの許容最大値を演算する際に、検出した風向・風速情報に基づいて風下の地域では当該地域に設定されている騒音基準値を厳しく補正し、風上の地域では当該地域に設定されている騒音基準値を緩和するように補正するようにしたもので、その他の構成及び動作は第１実施の形態と同様である。
【００３６】
このように、地域毎に風力発電機１が発し得る騒音パワーレベルの許容最大値を演算する際に、風力発電機１の設置位置における風向及び風速を考慮して、風下の地域では騒音基準値を厳しく補正し、風上の地域では騒音基準値を緩和するように補正すれば、各地域に設定されている騒音基準値をより確実に保守しながら、ロータ回転数をより効率良く制御でき、発電量の低下をより低減することができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明は水平軸型の風力発電機に限らず、垂直軸型の風力発電機の運転制御にも適用することができる。また、上記実施の形態では、演算制御装置２を外部に設けて風力発電機１の運転を遠隔制御するようにしたが、運転制御装置２を風力発電機１内に組み込んで制御することもできる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した本発明によると、地域毎に風力発電機が発し得る騒音パワーレベルの許容最大値を演算し、風力発電機から実際に発生する騒音パワーレベルが、演算した許容最大値のなかの最小値以下となるようにロータ回転数を制御するようにしたので、市街地近傍等に大型の風力発電機を設置し、その周辺の全ての地域で常に騒音基準値を同時に満たしながら運転することができる。従って、経済性に対する影響を最小限に抑えることができ、風力発電機の導入及び普及を大幅に促進することができる。
【００３９】
また、風力発電機の設置位置における風向及び風速を検出し、その検出した風向及び風速情報に基づいて、地域毎に風力発電機が発し得る騒音パワーレベルの許容最大値を演算する際に、風下の地域ではその騒音基準値を厳しく補正し、風上の地域ではその騒音基準値を緩和するように補正することにより、各地域に設定されている騒音基準値をより確実に保守しながら、ロータ回転数をより効率良く制御でき、発電量の低下をより抑制することができる。
【００４０】
また、ピッチ角によってロータ回転数を制御すれば、ロータ回転数を常に各地域の騒音基準値を同時に満たす許容最大回転数に制御できるので、風力発電機を効率良く運転制御でき、発電量の低下を最小限に抑えることができる。また、風力発電機の極数を切り換えてロータ回転数を制御すれば、その制御を簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における風力発電機の運転制御方法の第１実施の形態による風力発電機の運転制御方法を実施する運転制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】風力発電機から発生する騒音の減衰特性を示す図である。
【図４】本発明の第２実施の形態による風力発電機の運転制御方法を実施する運転制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明による運転制御方法を実施し得る風力発電機の一例を示す外観図である。
【図６】風力発電機のロータ回転数と騒音パワーレベルとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１      風力発電機
２      運転制御装置
３      地域情報メモリ
４      時計
５      演算制御回路
１１      風向・風速計
【図１】
0004637419.tif 000002
【図２】
0004637419.tif 000003
【図３】
0004637419.tif 000004
【図４】
0004637419.tif 000005
【図５】
0004637419.tif 000006
【図６】
0004637419.tif 000007