(57)【要約】【課題】  微風の風を発電のために有効に利用することができる風力発電設備を提供する。【解決手段】  風力発電設備１００は、回転自在に設けられた風車２と、風車２の回転エネルギーに基づいて発電する発電機３と、風車２に作用する風の風速を測定する風速計４とを備え、風速計４によって計測された風速に基づいて、風車２の回転を開始させるための駆動力を風車２へ供給する駆動装置１をさらに備える。【選択図】  図４
2005226570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に設けられた風車と、
前記風車の回転エネルギーに基づいて発電する発電機と、
前記風車に作用する風の風速を測定する風速計とを備えた風力発電設備において、
前記風速計によって計測された前記風速に基づいて、前記風車の回転を開始させるための駆動力を前記風車へ供給する駆動装置をさらに備えたことを特徴とする風力発電設備。
【請求項２】
前記駆動装置は、前記風速計によって計測された前記風速が、前記風車が回転を継続することができる最小風速を超えたときに、前記風車の回転を開始させる請求項１に記載の風力発電設備。
【請求項３】
前記最小風速は、前記風車が前記風の作用によって回転を開始することができる回転開始風速よりも小さい請求項２に記載の風力発電設備。
【請求項４】
回転自在に設けられた風車と、
前記風車の回転エネルギーに基づいて発電する発電機とを備えた風力発電設備において、
前記風車の回転を開始させるための駆動力を所定のタイミングに基づいて前記風車へ供給する駆動装置をさらに備えたことを特徴とする風力発電設備。
【請求項５】
前記所定のタイミングは、前記風車が設置された場所の風況に基づいて予め定められる請求項４に記載の風力発電設備。
【請求項６】
前記所定のタイミングは、前記風況に基づいて予め定められた所定の時刻を含む請求項５に記載の風力発電設備。
【請求項７】
前記所定のタイミングは、前記風車の停止時間に基づいて定められる請求項４に記載の風力発電設備。
【請求項８】
前記所定のタイミングは、前記駆動装置の駆動エネルギー消費量に基づいて定められる請求項４に記載の風力発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力に基づいて回転する風車の回転エネルギーに基づいて発電する風力発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力に基づいて回転する風車の回転エネルギーに基づいて発電する風力発電設備では、風がない停止状態から風が出て風車が回転を開始することができる回転開始風速は、風力発電設備の材料、構造および構成に応じて風力発電設備ごとに異なる。
【０００３】
この回転開始風速は、回転している風車の回転を維持することができる最小風速と異なっており、一般に回転開始風速は最小風速よりも大きい。
【０００４】
風車の回転を開始させる方法には、風の力のみによって回転を開始させる方法と、駆動装置から駆動力を風車に供給することによって回転を開始させる方法とがある。
【０００５】
駆動装置によって回転を開始させる方法には、回転開始風速を超える風速になったときに回転を開始する方法と、駆動装置によって定期的に回転を開始する方法とがある。
【特許文献１】特開２００２−２５２９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら前述した従来の技術では、回転開始風速を超える前の微風の風を発電のために有効に利用することができないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、微風の風を発電のために有効に利用することができる風力発電設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る風力発電設備は、回転自在に設けられた風車と、前記風車の回転エネルギーに基づいて発電する発電機と、前記風車に作用する風の風速を測定する風速計とを備えた風力発電設備において、前記風速計によって計測された前記風速に基づいて、前記風車の回転を開始させるための駆動力を前記風車へ供給する駆動装置をさらに備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る他の風力発電設備は、回転自在に設けられた風車と、前記風車の回転エネルギーに基づいて発電する発電機とを備えた風力発電設備において、所定のタイミングに基づいて、前記風車の回転を開始させるための駆動力を前記風車へ供給する駆動装置をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、微風の風を発電のために有効に利用することができる風力発電設備を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施の形態に係る風力発電設備においては、風速計によって計測された風速に基づいて、風車の回転を開始させるための駆動力を風車へ供給する駆動装置が設けられている。このため、風速が、風車が回転を継続することができる最小風速を超えたときに、風車の回転を開始させることができる。従って、風速が最小風速を超えてから、風車が風の作用によって回転を開始することができる回転開始風速を超えるまでの間においても、風車を回転させて発電することができる。その結果、微風状態の風を効率的に活用することができる風力発電設備を得ることができる。
【００１２】
この実施の形態では、前記駆動装置は、前記風速計によって計測された前記風速が、前記風車が回転を継続することができる最小風速を超えたときに、前記風車の回転を開始させることが好ましい。
【００１３】
前記最小風速は、前記風車が前記風の作用によって回転を開始することができる回転開始風速よりも小さいことが好ましい。
【００１４】
本実施の形態に係る他の風力発電設備においては、所定のタイミングに基づいて、風車の回転を開始させるための駆動力を前記風車へ供給する駆動装置が設けられている。このため、風車が設置された場所の風況に基づいて予め定められたタイミングに基づいて風車の回転を開始させることができる。その結果、微風状態の風を効率的に活用することができる風力発電設備を得ることができる。
【００１５】
この実施の形態では、前記所定のタイミングは、前記風車が設置された場所の風況に基づいて予め定められることが好ましい。
【００１６】
前記所定のタイミングは、前記風況に基づいて予め定められた所定の時刻を含むことが好ましい。
【００１７】
前記所定のタイミングは、前記風車の停止時間に基づいて定められることが好ましい。
【００１８】
前記所定のタイミングは、前記駆動装置の駆動エネルギー消費量に基づいて定められることが好ましい。
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は本実施の形態に係るナセル型風力発電設備１００の外観を示す正面図であり、図２はその側面図であり、図３はナセル型風力発電設備１００の要部の構成を示す模式図であり、図４はナセル型風力発電設備１００の構成を模式的に示すブロック図である。
【００２１】
ナセル型風力発電設備１００は、例えば略円筒形状をした高さＨ＝４０メートルのベース５を備えている。ベース５の上には、本体６が設けられている。本体６には、例えば直径Ｄ＝約４５メートルの風車２が回転自在に取り付けられている。
【００２２】
本体６の外側には、風車２に作用する風の風速を測定する風速計４が取り付けられている。本体６の内部には、風車２の回転エネルギーに基づいて発電するための発電機３と、風速計４によって測定された風速を示す風速データを生成する制御装置７と、制御装置７によって生成された風速データに基づいて、風車２の回転を開始させるための駆動力を風車２へ供給する駆動装置１と、発電機３によって発電された電力を充電するための充電装置８とが設けられている。
【００２３】
駆動装置１は、制御装置７によって生成された風速データが、風車２が回転を継続することができる最小風速Ｖ２を超えたときに、風車２の回転を開始させるための駆動力を風車２へ供給する。この最小風速Ｖ２は、風車２が風の作用によって回転を開始する回転開始風速Ｖ３よりも小さい。
【００２４】
このように構成された風力発電設備１００の動作を説明する。図５は本実施の形態に係る風力発電設備１００の動作を示すフローチャートであり、図６は風力発電設備１００の動作を説明するためのグラフである。図６に示す横軸は時間を表しており、縦軸は風速計４によって測定された風速を表している。
【００２５】
まず、風車２が回転を継続することができる最小風速Ｖ２よりも小さい風速のもとで風車２が停止している（ステップＳ１）。そして風速計４は、風車２に作用する風の風速を測定する（ステップＳ２）。次に駆動装置１は、風速計４によって測定された風速を示す風速データＶ１が最小風速Ｖ２を超えたか否かを判断する（ステップＳ３）。
【００２６】
風速データＶ１が最小風速Ｖ２を超えていないと判断したときは（ステップＳ３においてＮＯ）、ステップＳ２へ戻る。風速データＶ１が最小風速Ｖ２を超えたと時刻Ｔ１において判断したときは（ステップＳ３においてＹＥＳ）、風車２の回転を開始させるための駆動力を駆動装置１は風車２へ供給する。その結果、風車２は回転を開始する（ステップＳ４）。風車２が回転を開始すると、駆動装置１からの駆動力の供給を停止して風による回転へと移行させる。そして発電機３は、風車２の回転エネルギーに基づいて発電する。充電装置８は、発電機３によって発電された電力を充電する。
【００２７】
そして、風速Ｖ１は時刻Ｔ２において回転開始風速Ｖ３を超えて増加した後、減少に転じ、時刻Ｔ３において回転開始風速Ｖ３よりも小さくなり、時刻Ｔ４において最小風速Ｖ２よりも小さくなる。このとき、風車２は停止する。
【００２８】
前述したように従来の技術では、回転開始風速Ｖ３を超える風速になった時刻Ｔ２において風車２の回転を開始する。本実施の形態では、回転開始風速Ｖ３よりも小さい最小風速Ｖ２を超える風速になった時に風車２の回転を開始する。このため、従来の技術では風車２が停止していた時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間の微風状態においても、風車２を回転させることができ、風車２の回転エネルギーに基づいて発電機３が発電した電力を充電装置８に充電することができる。
【００２９】
以上のように本実施の形態によれば、風速計４によって計測された風速に基づいて、風車２の回転を開始させるための駆動力を風車２へ供給する駆動装置１が設けられている。このため、風速が、風車が回転を継続することができる最小風速Ｖ２を超えたときに、風車２の回転を開始させることができる。従って、風速が最小風速Ｖ２を超えてから、風車が風の作用によって回転を開始することができる回転開始風速Ｖ３を超えるまでの間においても、風車を回転させて発電することができる。その結果、微風状態の風を効率的に活用することができる風力発電設備を得ることができる。
【００３０】
なお、実際に駆動装置を駆動させる風速は、風速が少々揺らいでも回転を継続させるために、最小風速Ｖ２の替わりに、駆動装置により風車の回転を開始させることができる風速Ｖ４とすることが好ましい。この風速Ｖ４は、最小風速Ｖ２よりも若干大きい。
【００３１】
図７は、本実施の形態に係る風力発電設備の他の動作を示すフローチャートである。まず、風車２が回転を継続することができる最小風速Ｖ２よりも小さい風速のもとで風車２が停止している（ステップＳ１１）。そして、制御装置７に設けられた図示しない時刻をカウントするためのタイマーを動作させる（ステップＳ１２）。
【００３２】
次に、風力発電設備が設置された場所の風況に基づいて予め定められた所定のタイミングになったか否かを判断する（ステップＳ１３）。風力発電設備が設置された場所の風況に基づいて予め定められた所定の時刻になっていないと判断したときは（ステップＳ１３においてＮＯ）、ステップＳ１２へ戻る。
【００３３】
風力発電設備が設置された場所の風況に基づいて予め定められた所定の時刻になったと判断したときは（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、風車２の回転を開始させるための駆動力を駆動装置１は風車２へ供給する。その結果、風車２は回転を開始する（ステップＳ１４）。
【００３４】
風車２が回転を開始すると、駆動装置１からの駆動力の供給を停止して風による回転へと移行させる。そして発電機３は、風車２の回転エネルギーに基づいて発電する。充電装置８は、発電機３によって発電された電力を充電する。
【００３５】
予め定められた所定の時刻は、風力発電設備が設置された場所の１日の風速を予め観測し、風力発電設備が設置された場所において風速が最小風速Ｖ２を超える時刻を予め定めておく。
【００３６】
本実施の形態では、風車２の回転を開始させるための駆動力を供給する所定のタイミングが予め定められた所定の時刻である例を示したが、本発明はこれに限定されない。無風または微風状態における風車２の停止時間に基づいて所定のタイミングを定めてもよい。
【００３７】
図８は駆動装置により風車の回転を開始させることができる風速Ｖ４と、回転開始風速Ｖ３および最小風速Ｖ２との関係を示す図であり、図９は本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフである。図８を参照すると、駆動装置により風車の回転を開始させることができる風速Ｖ４は、回転開始風速Ｖ３よりも小さく、最小風速Ｖ２よりも若干大きい。図９を参照すると、風力発電設備が設置された場所の１日の風速Ｖ１１の変化を予め観測しておく。この風速Ｖ１１は、風速計４によって測定された風速とは異なり、風況調査等によって得られる風速である。そして、観測された風速Ｖ１１が風速Ｖ４を超える時刻Ｔ５および時刻Ｔ６を、駆動装置によって風車の回転を開始させるタイミングに設定する。
【００３８】
図１０および図１１は、本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフである。風力発電設備が設置された場所の１日の風速は、季節に応じて変化し得る。図１０を参照すると、強い風の季節では、予め観測された風速Ｖ１１が、風速Ｖ４および風速Ｖ３よりも大きい。このように１日中強い風が吹いている季節では、風車は停止しないので、駆動装置によって風車の回転を開始させるタイミングは設定する必要がない。図１１を参照すると、弱い風の季節では、予め観測された風速Ｖ１１が風速Ｖ４を超える時刻Ｔ７を、駆動装置によって風車の回転を開始させるタイミングに設定する。
【００３９】
このように風況調査によって得られた1日毎の風の状況および季節ごとの風の状況に基づいて、日および季節に応じたタイミングを設定する。従って、短期間の日々の間では、駆動装置によって風車の回転を開始させるタイミングは同じ時刻に設定される公算が強い。そして長期間の日々の間では、駆動タイミングは異なる時刻に設定される公算が強い。
【００４０】
風車の回転を開始させるタイミングは、駆動装置１の駆動エネルギー消費量を加味して定めてもよい。所定のタイミングは、定期的なタイミングでもよく、不定期的なタイミングでもよい。
【００４１】
図１２〜図１５は、本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフである。風速Ｖ１１は、駆動装置によって風車の回転を開始させることができる風速Ｖ４を時刻Ｔ８で超え、そして、駆動装置により風車の回転を継続することができる最小風速Ｖ２以上に回転数を上昇し終わった時の風速Ｖ５を時刻Ｔ９で超え、次に、発電または充電を開始できる風速Ｖ６を時刻Ｔ１０で超え、その後、風車の回転開始風速Ｖ３を時刻Ｔ１１で超える。
【００４２】
図１２に示すように風速Ｖ１１の変化が比較的早いときは、図１３に示すように、風車が発電または充電できるエネルギー量Ｅ２は、駆動装置により風車を駆動させた時の駆動エネルギー消費量Ｅ１よりも小さくなる。このように得られるエネルギー量が消費するエネルギー量よりも小さいので、エネルギー量的に引き合わない。このため、このケースでは、駆動装置１の駆動エネルギー消費量を考慮して、風車の回転を開始させるタイミングは設定されない。
【００４３】
図１４に示すように風速Ｖ１１の変化が比較的遅いときは、図１５に示すように、風車が発電または充電できるエネルギー量Ｅ２は、駆動装置により風車を駆動させた時の駆動エネルギー消費量Ｅ１よりも大きくなる。このように得られるエネルギー量が消費するエネルギー量よりも大きいので、エネルギー量的に効果がある。このため、このケースでは、駆動装置１の駆動エネルギー消費量を考慮して、風車の回転を開始させるタイミングが時刻Ｔ１２に設定される。
【００４４】
なお、風力発電設備の設備状況に応じて風速Ｖ６＞風速Ｖ３となる場合もあり得るが、本実施の形態は風速Ｖ３＞風速Ｖ６の場合に有効である。
【００４５】
なお、本実施の形態の全体を通じて、駆動装置１と発電機３とを設けた例を説明したが、本発明はこれに限定されない。発電機３がモータとしての機能も有する場合には、風車２の回転を開始させるための駆動力を、駆動装置１の替わりに発電機３が風車２へ供給してもよい。
【００４６】
また、本実施の形態の全体を通じて、ナセル型風力発電設備の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。ダリウス型風力発電設備および、種々の型の風力発電設備に対しても本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、風力に基づいて回転する風車の回転エネルギーに基づいて発電する風力発電設備に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施の形態に係る風力発電設備の外観を示す正面図
【図２】本実施の形態に係る風力発電設備の外観を示す側面図
【図３】本実施の形態に係る風力発電設備の要部の構成を示す模式図
【図４】本実施の形態に係る風力発電設備の構成を模式的に示すブロック図
【図５】本実施の形態に係る風力発電設備の動作を示すフローチャート
【図６】本実施の形態に係る風力発電設備の動作を説明するためのグラフ
【図７】本実施の形態に係る風力発電設備の他の動作を示すフローチャート
【図８】駆動装置により風車の回転を開始させることができる風速と、回転開始風速および最小風速との関係を示す図
【図９】本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフ
【図１０】本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフ
【図１１】本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフ
【図１２】本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフ
【図１３】本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフ
【図１４】本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフ
【図１５】本実施の形態に係る風力発電設備のさらに他の動作を説明するためのグラフ
【符号の説明】
【００４９】
１  駆動装置
２  風車
３  発電機
４  風速計
５  ベース
６  本体
７  制御装置
８  充電装置
１００  風力発電装置
【図１】
2005226570.tif 000003
【図２】
2005226570.tif 000004
【図３】
2005226570.tif 000005
【図４】
2005226570.tif 000006
【図５】
2005226570.tif 000007
【図６】
2005226570.tif 000008
【図７】
2005226570.tif 000009
【図８】
2005226570.tif 000010
【図９】
2005226570.tif 000011
【図１０】
2005226570.tif 000012
【図１１】
2005226570.tif 000013
【図１２】
2005226570.tif 000014
【図１３】
2005226570.tif 000015
【図１４】
2005226570.tif 000016
【図１５】
2005226570.tif 000017