(57)【要約】【課題】複数の気流発生装置の間に隙間を設けてブレードのスパン方向に配置した場合において、剥離流れの発生を十分に抑制することが可能な、風力発電システムを提供する。【解決手段】実施形態は、ブレードがロータに取付けられている風力発電システムであって、複数の気流発生装置を有する。複数の気流発生装置は、第１電極と第２電極とが誘電体膜を介して離間しており、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されることによって気流を発生する。その複数の気流発生装置は、ブレードのスパン方向において隙間を隔てて並ぶようにブレードに配置されている。そして、隙間の幅Ｍと、ブレードにおいて隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、下記の数式（Ａ）に示す関係を満たす。      Ｍ／［（Ｃ１＋Ｃ２）／２］≦０．７        ・・・（Ａ）【選択図】図１
2016075231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレードがロータに取付けられている風力発電システムであって、
第１電極と第２電極とが誘電体膜を介して離間しており、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されることによって気流を発生する複数の気流発生装置
を有し、
前記複数の気流発生装置は、前記ブレードのスパン方向において隙間を隔てて並ぶように前記ブレードに配置されており、
前記隙間の幅Ｍと、前記ブレードにおいて前記隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、前記隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、下記の数式（Ａ）に示す関係を満たすことを特徴とする、
風力発電システム。
Ｍ／［（Ｃ１＋Ｃ２）／２］≦０．７        ・・・（Ａ）
【請求項２】
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加するプラズマ電源装置
を有し、
前記複数の気流発生装置は、直列接続によって、前記プラズマ電源装置に電気的に接続されている、
請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項３】
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加するプラズマ電源装置
を有し、
前記複数の気流発生装置は、並列接続によって、前記プラズマ電源装置に電気的に接続されている、
請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項４】
前記複数の気流発生装置のそれぞれと、前記プラズマ電源装置との間には、遮断装置が介在している、
請求項３に記載の風力発電システム。
【請求項５】
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加するプラズマ電源装置
を有し、
前記プラズマ電源装置は、前記スパン方向に並ぶ前記複数の気流発生装置に対応して、複数が設けられており、
前記スパン方向に並ぶ前記複数の気流発生装置のそれぞれは、前記複数のプラズマ電源装置のそれぞれに電気的に接続されている、
請求項１に記載の風力発電システム。
【請求項６】
前記第１電極と前記プラズマ電源装置との間を電気的に接続する第１接続配線、および、前記第２電極と前記プラズマ電源装置との間を電気的に接続する第２接続配線を含む接続部
を有し、
前記気流発生装置と前記プラズマ電源装置との間は、前記接続部が複数設けられている、
請求項３または４に記載の風力発電システム。
【請求項７】
前記複数の気流発生装置は、さらに、前記ブレードのコード方向において並ぶように前記ブレードに配置されたものを含む、
請求項３から６のいずれかに記載の風力発電システム。
【請求項８】
前記コード方向に並んだ複数の気流発生装置は、直列接続によって、前記プラズマ電源装置に電気的に接続されているものを含む、
請求項７に記載の風力発電システム。
【請求項９】
前記コード方向に並んだ複数の気流発生装置は、並列接続によって、前記プラズマ電源装置に電気的に接続されているものを含む、
請求項８に記載の風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電システムは、再生可能エネルギーである風力エネルギーを利用して発電を行う発電システムである。風力発電システムは、定格風速（一般に１２〜１３ｍ／ｓ）よりも風速が低い風が、年間において最も多く吹く場所に設置されることが多い。このため、風速が低速域および中速域であるときに、発電出力を増加することが求められている。
【０００３】
風力発電システムにおいては、ブレードの表面に剥離流れが発生し、発電量が変動する場合がある。たとえば、風速や風向きが急に変動したときには、ブレードの周りにおいて速度三角形が定格点から大きくずれて、剥離流れが広い範囲で発生する場合がある。風速や風向きが急に変動したときには、ヨー角やピッチ角の調整では十分に対応することが容易でない。その結果、ブレードにおいて揚力の低下などが生ずるために、発電量が変動する場合がある。特に、日本等のように山岳性気象の地域では、風速および風向の変化が大きいため、発電出力を安定に維持できずに、効率を高めることが容易でない。
【０００４】
上記の対策として、気流発生装置をブレードの表面に設置し、気流発生装置を用いて気流を発生させることによって、剥離流れの発生を抑制することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。気流発生装置は、一対の電極が誘電体を介して離間しており、その一対の電極の間に電圧が印加され、バリア放電によるプラズマを生成することによって、気流が発生する。気流発生装置は、たとえば、ブレードのスパン方向において複数が間を隔てて配置される。また、気流発生装置は、たとえば、風速および風向の変化に応じて、低周波のパルス変調波でパルス変調された高周波の電圧を一対の電極間に印加することによって、気流を間歇的に発生させる。
【０００５】
図１２，図１３は、気流発生装置を用いて気流を発生させた場合の効果を説明するための図である。ここでは、小型の風車においてブレードの前縁付近に気流発生装置を設置し、そのブレードの周りにおいて速度三角形が定格点からずれる条件で風洞実験を行った結果を示している。
【０００６】
図１２では、気流発生装置を駆動させた時間ｔと、風車の回転数Ｎ（ｒｐｍ）との関係を示しており、横軸が時間ｔであって、縦軸が風車の回転数Ｎ（ｒｐｍ）である。
【０００７】
図１３では、ブレードに流入する風の風速と、風力発電システムの発電出力との関係を示しており、横軸が風速ｖであり、縦軸が発電出力Ｅである。図１３において、実線は、気流発生装置を駆動させて気流を発生させた場合（Ｏｎ）を示し、破線は、気流発生装置を駆動させずに気流を発生させない場合（Ｏｆｆ）を示している。
【０００８】
図１２に示すように、気流発生装置を駆動させて気流を発生させた場合（Ｏｎのとき（ｔ０以降））には、発生させない場合（Ｏｆｆのとき（ｔ０よりも前））と比べて、ブレードが設置されたロータの回転数Ｎが増加する。これは気流発生装置によって発生した気流により、ブレードの周囲において剥離流れの発生が抑制され、ブレードの揚力が増加したからであると考えられる。図１３に示すように、気流発生装置を駆動させることによって、特に、風速が低速域および中速域において発電出力Ｅを増加することができる。
【０００９】
上記の気流発生装置においては、屋外で長期に使用可能であって信頼性等の向上を実現させるために、耐候性に優れると共に変形能が高い材料（樹脂など）を用いてユニット成型を行うこと等が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【００１０】
また、複数の気流発生装置をブレードの表面に配置する場合に、短絡などの故障が多数の気流発生装置に及ぶことを防止するために、複数の気流発生装置を複数の系統に分け、その複数の系統のそれぞれに独立して電圧を供給すること等が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【００１１】
この他に、複数の気流発生装置をブレードのスパン方向に複数設置し、ブレードのスパン方向において異なる周期で発生する剥離渦に同調させて気流を発生することが提案されている。これにより、特に、大型な風車において、剥離流れの発生を効果的に抑制することができる（たとえば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２５４３４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９３６７８号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２５２９６号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】「日本機械学会論文集（B編），７４巻７４４号，（２００８−８），論文  NO．０８−７００６」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図１４は、関連技術に係る風力発電システム１において、全体構成を模式的に示す図である。図１４では、斜視図を示している。
【００１５】
図１４に示すように、風力発電システム１は、たとえば、アップウィンド形のプロペラ風車であって、タワー２、ナセル３、ロータ４、および、風向風速計５を有する。この他に、風力発電システム１は、気流発生装置１０を有する。
【００１６】
風力発電システム１のうち、タワー２は、垂直方向に沿って延在しており、地中に埋め込まれた基台（図示省略）に下端部が固定されている。
【００１７】
風力発電システム１のうち、ナセル３は、タワー２の上端部に設置されている。ナセル３は、ヨー角の調整のために、タワー２の上端部において垂直方向を軸にして回転可能に支持されている。図示を省略しているが、ナセル３の内部には、発電機（図示省略）が収容されている。
【００１８】
風力発電システム１のうち、ロータ４は、ナセル３の一方の側端部において、回転可能に支持されており、たとえば、水平方向を回転軸として回転方向Ｒに回転する。また、ロータ４は、ナセル３の内部に収容された発電機（図示省略）の回転軸に連結されている。ロータ４は、ハブ４１と複数のブレード４２とを備えている。
【００１９】
ロータ４において、ハブ４１は、外形が半楕円体状の先端カバーを含み、風上から風下へ向かうに伴って外周面の外径が大きくなるように形成されている。ロータ４において、複数のブレード４２のそれぞれは、たとえば、テーパー翼であって、ハブ４１を中心にして回転方向Ｒに間を隔てて設けられている。たとえば、３枚のブレード４２がハブ４１に設けられており、それぞれは、ピッチ角の調整のために、翼根側の端部がハブ４１に回転可能に支持されている。
【００２０】
風力発電システム１のうち、風向風速計５は、ブレード４２の風下において、ナセル３の上面に取付けられている。風向風速計５は、風速および風向きについて計測し、その計測データを制御部（図示省略）に出力する。そして、その計測データに応じて、制御部がヨー角やピッチ角の調整を行う。
【００２１】
風力発電システム１のうち、気流発生装置１０は、ブレード４２に設置されている。ここでは、複数のブレード４２のそれぞれに、複数の気流発生装置１０が設置されている。複数の気流発生装置１０は、ロータ４の径方向に沿った翼スパン方向において互いが間を隔てて並ぶように、ブレード４２の表面に設置されている。たとえば、接着によって、気流発生装置１０がブレード４２に設置されている。また、ネジなどの締結部材を用いて、気流発生装置１０をブレード４２に設置してもよい。その他、ブレード４２に気流発生装置１０を埋め込むように設置してもよい。
【００２２】
複数の気流発生装置１０は、たとえば、ブレード４２の翼背側の面（上面）のうち、前縁側の部分に設置されている。
【００２３】
図１５（ａ），図１５（ｂ）は、関連技術に係る風力発電システム１において、気流発生装置１０を模式的に示す図である。図１５（ａ），図１５（ｂ）は、気流発生装置１０がブレード４２に設置される前の状態を示している。図１５（ａ）は、斜視図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）においてＡ−Ａ部分の断面を示している。図１５（ｂ）では、他の構成部材との電気的な接続関係に関して併せて示している。
【００２４】
気流発生装置１０は、図１５（ａ），図１５（ｂ）に示すように、基体１００と第１電極１０１と誘電体膜１０２と第２電極１０３とを含む。気流発生装置１０は、たとえば、プレス加工、押出成形加工などの種々の加工によって形成される。
【００２５】
気流発生装置１０において、基体１００は、板状体である。基体１００は、耐候性および変形に対する耐性が高い材料を用いて形成されている。たとえば、基体１００は、樹脂（ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂（シリコンゴム）、エポキシ樹脂、フッ素樹脂など）を用いて形成されており、フレキシブルである。
【００２６】
気流発生装置１０において、第１電極１０１（内挿電極）は、板状体であって直線状に延在しており、基体１００の上面に設けられている。第１電極１０１は、金属材料などの導電材料で形成されている。
【００２７】
気流発生装置１０において、誘電体膜１０２は、第１電極１０１を介して、基体１００の上面を被覆するように設けられている。誘電体膜１０２は、たとえば、樹脂などの誘電材料を用いて形成されている。
【００２８】
気流発生装置１０において、第２電極１０３（表面電極）は、板状体であって、第１電極１０１が延在する延在方向（長手方向）と同じ方向に、直線状に延在している。第２電極１０３は、誘電体膜１０２を介して第１電極１０１に対面するように、基体１００の上面に設けられている。つまり、第２電極１０３（表面電極）は、誘電体膜１０２を介して第１電極１０１に積層するように配置されている。第２電極１０３は、第１電極１０１と同様に、金属材料などの導電材料で形成されている。
【００２９】
図示を省略しているが、気流発生装置１０は、第１電極１０１および第２電極１０３の延在方向が翼スパン方向に沿うように、ブレード４２に設置されている。ここでは、気流発生装置１０の基体１００のうち、第１電極１０１と、誘電体膜１０２と第２電極１０３とが第１電極１０１が設けられた表面（上面）とは反対の面（下面）がブレード４２の面に密着するように、気流発生装置１０がブレード４２に設置されている（図１４参照）。たとえば、気流発生装置１０は、ブレード４２に接着されている。
【００３０】
また、図１５（ｂ）に示すように、気流発生装置１０は、接続部９を介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されており、プラズマ電源装置６２によって第１電極１０１と第２電極１０３との間に電圧が印加される。
【００３１】
プラズマ電源装置６２は、電源回路を含み、たとえば、風向風速計５（図１４参照）で計測された計測データに応じて制御装置（図示省略）が出力した制御信号に基づいて、気流発生装置１０に電圧を印加する。この電圧の印加により、気流発生装置１０の表面（上面）においては、バリア放電によるプラズマが発生し、気流（プラズマ誘起流）が誘起される。たとえば、低周波のパルス変調波でパルス変調された高周波の電圧が、第１電極１０１と第２電極１０３との間に印加されて、気流が間歇的に発生する。気流は、第１電極１０１側から第２電極１０３側へ向かって流れるように誘起され、剥離流れの発生が抑制される。
【００３２】
接続部９は、図１５（ｂ）に示すように、一対の接続配線９１，９３を含み、第１電極１０１および第２電極１０３のそれぞれと、プラズマ電源装置６２との間を電気的に接続している。具体的には、接続部９のうち、一方の接続配線９１は、一端が第１電極１０１に電気的に接続されており、他端がプラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。また、接続部９のうち、他方の接続配線９３は、一端が第２電極１０３に電気的に接続されており、他端がプラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。
【００３３】
図１６（ａ）は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がブレードに設置された様子を示す図である。図１６（ｂ）は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。なお、図１６（ａ）では、ブレード４２の形状が図１４の場合と異なっているが、図１４の場合と同様な形状であってもよい。
【００３４】
図１６（ａ）に示すように、第１から第６の気流発生装置１０ａ〜１０ｆが、気流発生装置１０として、ブレード４２のスパン方向において互いが間を隔てて並ぶように、ブレード４２の表面に設置されている。ここでは、第１から第６の気流発生装置１０ａ〜１０ｆのそれぞれは、ブレード４２の前縁部分に設置されている。
【００３５】
図１６（ｂ）に示すように、第１から第６の気流発生装置１０ａ〜１０ｆのそれぞれは、直列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。具体的には、第１の気流発生装置１０ａを構成する第１電極１０１と第２電極１０３とのそれぞれが、接続部９を介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。そして、第２の気流発生装置１０ｂを構成する第１電極１０１と第２電極１０３とのそれぞれが、接続部９を介して、第１の気流発生装置１０ａを構成する第１電極１０１と第２電極１０３とのそれぞれに電気的に接続されている。同様に、第２の気流発生装置１０ｂと第３の気流発生装置１０ｃとの間、第３の気流発生装置１０ｃと第４の気流発生装置１０ｄとの間、第４の気流発生装置１０ｄと第５の気流発生装置１０ｅとの間、および、第５の気流発生装置１０ｅと第６の気流発生装置１０ｆとの間のそれぞれが、接続部９を介して電気的に接続されている。
【００３６】
図１６（ｂ）に示すように、プラズマ電源装置６２は、電源６１（低圧側電源）に電気的に接続されている。電源６１とプラズマ電源装置６２との両者は、たとえば、ブレード４２の翼根部またはナセル３の内部に設置されており、電源６１がプラズマ電源装置６２に電力を供給する。電源６１は、たとえば、電圧が１００Ｖである交流電流（ＡＣ１００Ｖ）をプラズマ電源装置６２へ供給する。
【００３７】
プラズマ電源装置６２は、その電源６１から供給された電力を用いて、第１から第６の気流発生装置１０ａ〜１０ｆのそれぞれにおいて、第１電極１０１と第２電極１０３との間に電圧の印加を行う。プラズマ電源装置６２は、たとえば、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、電圧値、周波数などの特性を調整して、電圧の印加を行う。制御装置（図示省略）は、メモリ装置（図示省略）が記憶しているプログラムを用いて演算器が演算処理を行うように構成されており、演算器が入力信号に基づいて演算処理を実行することによって出力信号として制御信号を出力する。上述したように、第１から第６の気流発生装置１０ａ〜１０ｆのそれぞれは、直列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されているので、プラズマ電源装置６２は、第１から第６の気流発生装置１０ａ〜１０ｆのそれぞれに同時に電圧の供給を行い、同時に気流を発生させる。
【００３８】
上記の風力発電システムにおいて、複数の気流発生装置１０と複数の接続部９とのうちの一部に、断線等の故障が起こったときには、その故障の影響が多数の気流発生装置１０に及んで、多数の気流発生装置１０が駆動しなくなる場合がある。この対策として、複数の気流発生装置１０を複数の系統に分け、その複数の系統のそれぞれに独立して電圧を供給すること等が提案されている。
【００３９】
図１７（ａ）は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置１０がブレード４２に設置された様子を示す図である。図１７（ｂ）は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置１０がプラズマ電源装置６２に電気的に接続された様子を示す図である。なお、図１７（ａ）では、図１６（ａ）の場合と同様に、ブレード４２の形状が図１４の場合と異なっているが、図１４の場合と同様な形状であってもよい。
【００４０】
図１７（ａ）と図１７（ｂ）とに示すように、風力発電システムは、第１から第６の気流発生装置１０ａ〜１０ｆのそれぞれを第１の系統Ｋ１と第２の系統Ｋ２とに分け、第１の系統Ｋ１と第２の系統Ｋ２とのそれぞれへ独立して電圧を供給するように構成されている。ここでは、風力発電システムは、接続部９として、第１の接続部９Ａと第２の接続部９Ｂとを有する。そして、第１の系統Ｋ１が第１の接続部９Ａを介してプラズマ電源装置６２に電気的に接続され、第２の系統Ｋ２が第２の接続部９Ｂを介してプラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。
【００４１】
具体的には、第１の系統Ｋ１は、第１の気流発生装置１０ａと第３の気流発生装置１０ｃと第５の気流発生装置１０ｅとを含む。第１の系統Ｋ１において、第１の気流発生装置１０ａと第３の気流発生装置１０ｃと第５の気流発生装置１０ｅとのそれぞれは、第１の接続部９Ａを介して、並列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。
【００４２】
第２の系統Ｋ２は、第２の気流発生装置１０ｂと第４の気流発生装置１０ｄと第６の気流発生装置１０ｆとを含む。第２の系統Ｋ２において、第２の気流発生装置１０ｂと第４の気流発生装置１０ｄと第６の気流発生装置１０ｆとのそれぞれは、第２の接続部９Ｂを介して、並列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。
【００４３】
また、第１の系統Ｋ１と第２の系統Ｋ２とのそれぞれは、並列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。第１の系統Ｋ１とプラズマ電源装置６２との間には第１の遮断装置６３Ａが介在しており、第２の系統Ｋ２とプラズマ電源装置６２との間には第２の遮断装置６３Ｂが介在している。
【００４４】
第１の遮断装置６３Ａと第２の遮断装置６３Ｂとのそれぞれは、スイッチを有し、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、第１の接続部９Ａと第２の接続部９Ｂとのそれぞれについて、導通状態と非導通状態との一方に切り替える。ここでは、第１の遮断装置６３Ａは、制御信号に基づいて、第１の系統Ｋ１とプラズマ電源装置６２との間の電路を遮断するように構成されている。同様に、第２の遮断装置６３Ｂは、制御信号に基づいて、第２の系統Ｋ２とプラズマ電源装置６２との間の電路を遮断するように構成されている。制御装置は、たとえば、第１の系統Ｋ１と第２の系統Ｋ２とのそれぞれにおいて断線検知センサ（図示省略）が断線を検知した検知信号に応じて、第１の遮断装置６３Ａおよび第２の遮断装置６３Ｂの遮断動作を制御する。
【００４５】
たとえば、第１の系統Ｋ１において断線が生じたときには、第１の遮断装置６３Ａが遮断動作を行うことによって、第１の系統Ｋ１への電力の供給が遮断される。この一方で、第２の系統Ｋ２において断線が生じていないときには、第２の遮断装置６３Ｂが遮断動作を行わないので、第２の系統Ｋ２への電力の供給が維持される。このため、一方の系統において断線などの故障が生じた場合であっても、他方の系統を用いて気流の発生が可能であるので、ブレード４２の周囲において剥離流れが発生することを抑制することができる。
【００４６】
また、第１の系統Ｋ１と第２の系統Ｋ２との両者は、ブレード４２のスパン方向において交互に並ぶように、第１から第６の気流発生装置１０ａ〜１０ｆのそれぞれがブレード４２に設置されている。このため、一方の系統において断線などの故障が生じた場合であっても、他方の系統を用いて気流の発生が可能であるので、ブレード４２のスパン方向において広い範囲で剥離流れが発生することを抑制することができる。
【００４７】
ところで、風力発電システムにおいては、発電出力を増大させるために、ブレードが大型化されている。たとえば、出力が２．４ＭＷである場合には、回転直径が９２ｍになる。このため、複数の気流発生装置の間に隙間を設けずにブレードのスパン方向に配置する場合には、多数の気流発生装置が必要になる。また、この場合には、多数の気流発生装置を電気的に接続する接続配線が数多く必要になるので、断線などの故障が生ずる可能性が高くなる。この一方で、複数の気流発生装置１０の間に隙間を設けてブレードのスパン方向に配置した場合には、気流の作用が十分でなく、剥離流れの発生を効果的に抑制することが困難な場合がある。
【００４８】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、複数の気流発生装置の間に隙間を設けてブレードのスパン方向に配置した場合において、剥離流れの発生を十分に抑制することが可能な、風力発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４９】
実施形態は、ブレードがロータに取付けられている風力発電システムであって、複数の気流発生装置を有する。複数の気流発生装置は、第１電極と第２電極とが誘電体膜を介して離間しており、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されることによって気流を発生する。その複数の気流発生装置は、ブレードのスパン方向において隙間を隔てて並ぶようにブレードに配置されている。そして、隙間の幅Ｍと、ブレードにおいて隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、下記の数式（Ａ）に示す関係を満たす。
Ｍ／［（Ｃ１＋Ｃ２）／２］≦０．７        ・・・（Ａ）
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がブレードに設置された様子を示す図である。図１（ｂ）は、第１実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【図２】図２（ａ），図２（ｂ）は、第１の風洞実験で用いたブレードを示す図である。
【図３】図３は、第１の風洞実験で用いたブレードを示す図である。
【図４】図４は、第１の風洞実験で求めた揚力係数の結果を示す図である。
【図５】図５は、第２の風洞実験で用いたブレードを示す図である。
【図６】図６は、第２の風洞実験で求めた揚力係数の結果を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、第２実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がブレードに設置された様子を示す図である。図７（ｂ）は、第２実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【図９】図９は、第４実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第５実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がブレードに設置された様子を示す図である。図１０（ｂ）は、第５実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【図１１】図１１は、第６実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【図１２】図１２は、気流発生装置を用いて気流を発生させた場合の効果を説明するための図である。
【図１３】図１３は、気流発生装置を用いて気流を発生させた場合の効果を説明するための図である。
【図１４】図１４は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、全体構成を模式的に示す図である。
【図１５】図１５（ａ），図１５（ｂ）は、関連技術に係る風力発電システム１において、気流発生装置１０を模式的に示す図である。
【図１６】図１６（ａ）は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がブレードに設置された様子を示す図である。図１６（ｂ）は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がブレードに設置された様子を示す図である。図１７（ｂ）は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
実施形態について、図面を参照して説明する。
【００５２】
＜第１実施形態＞
［Ａ］構成
図１（ａ）は、第１実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がブレードに設置された様子を示す図である。図１（ｂ）は、第１実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【００５３】
本実施形態の風力発電システムは、スパン方向に配置された複数の気流発生装置１０の間に位置する隙間の幅が、特定の関係を満たすように、複数の気流発生装置１０がブレードに設置されている。この点を除き、本実施形態は、上述した関連技術（図１６（ａ），図１６（ｂ）などを参照）の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する個所については、適宜、説明を省略する。
【００５４】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、第１から第４の気流発生装置１０ａ〜１０ｄが、気流発生装置１０として、ブレード４２のスパン方向において互いが間を隔てて並ぶように、ブレード４２の表面に設置されている。
【００５５】
具体的には、第１の気流発生装置１０ａは、ブレード４２のスパン方向において翼根側に位置する第１の位置に設置されている。第２の気流発生装置１０ｂは、ブレード４２のスパン方向において第１の位置よりも、翼端側に位置する第２の位置に設置されている。第３の気流発生装置１０ｃは、ブレード４２のスパン方向において第２の位置よりも、翼端側に位置する第３の位置に設置されている。第４の気流発生装置１０ｄは、ブレード４２のスパン方向において第３の位置よりも、翼端側に位置する第４の位置に設置されている。
【００５６】
図１（ｂ）に示すように、第１から第４の気流発生装置１０ａ〜１０ｄのそれぞれは、上述した関連技術（図１６（ａ），図１６（ｂ）などを参照）の場合と同様に、直列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。プラズマ電源装置６２は、電源６１に電気的に接続されている。プラズマ電源装置６２は、電源６１から供給された電力を用いて、第１から第４の気流発生装置１０ａ〜１０ｄのそれぞれにおいて、第１電極１０１と第２電極１０３との間に電圧の印加を行う。
【００５７】
本実施形態においては、第１から第４の気流発生装置１０ａ〜１０ｄのそれぞれの間に位置する隙間の幅Ｍと、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、下記の数式（Ａ）に示す関係を満たす。
【００５８】
Ｍ／［（Ｃ１＋Ｃ２）／２］≦０．７        ・・・（Ａ）
【００５９】
具体的には、第１の気流発生装置１０ａと第２の気流発生装置１０ｂとの間に位置する隙間の幅Ｍａｂは、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１ａと、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２ｂとに対して、下記の数式（Ａ１）に示す関係を満たす。たとえば、下記の数式（Ａ１）において右辺の値が上限値（０．７）になるように、第１の気流発生装置１０ａと第２の気流発生装置１０ｂとが隙間を隔てて配置されている。
【００６０】
Ｍａｂ／［（Ｃ１ａ＋Ｃ２ｂ）／２］≦０．７        ・・・（Ａ１）
【００６１】
第２の気流発生装置１０ｂと第３の気流発生装置１０ｃとの間に位置する隙間の幅Ｍｂｃは、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１ｃと、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２ｄとに対して、下記の数式（Ａ２）に示す関係を満たす。たとえば、下記の数式（Ａ２）において右辺の値が上限値（０．７）になるように、第２の気流発生装置１０ｂと第３の気流発生装置１０ｃとが隙間を隔てて配置されている。
【００６２】
Ｍｂｃ／［（Ｃ１ｃ＋Ｃ２ｄ）／２］≦０．７        ・・・（Ａ２）
【００６３】
第３の気流発生装置１０ｃと第４の気流発生装置１０ｄとの間に位置する隙間の幅Ｍｃｄは、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１ｅと、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２ｆとに対して、下記の数式（Ａ３）に示す関係を満たす。たとえば、下記の数式（Ａ３）において右辺の値が上限値（０．７）になるように、第３の気流発生装置１０ｃと第４の気流発生装置１０ｄとが隙間を隔てて配置されている。
【００６４】
Ｍｃｄ／［（Ｃ１ｅ＋Ｃ２ｆ）／２］≦０．７        ・・・（Ａ３）
【００６５】
［Ｂ］作用および効果
以下より、本実施形態の風力発電システムに関する作用および効果について、風洞実験の結果を参照して説明する。
【００６６】
［Ｂ−１］第１の風洞実験
図２（ａ），図２（ｂ），図３は、第１の風洞実験で用いたブレードを示す図である。図２（ａ）は、ブレードの側面および上面の様子を示す斜視図である。図２（ｂ）は、ブレードの前縁部分の様子を示す斜視図である。図３は、ブレードの側面図であり、迎角α（風の流れＦに対してコードラインが傾斜した角度）を示している。
【００６７】
第１の風洞実験においては、図２（ａ）に示すように、所定のスパン長Ｌであって所定のコード長ｃであるブレード４２０を用いた。ここでは、ブレード４２０は、スパン方向においてコード長ｃが一定である。また、ブレード４２０は、静圧孔Ｈ４２０がコード方向に複数並んでおり、その複数の静圧孔Ｈ４２０がスパン方向の中心部分に位置している。そして、図２（ｂ）に示すように、ブレード４２０の前縁を覆うように、気流発生装置１０を設置した。図示を省略しているが、気流発生装置１０については、第１電極および第２電極が延在する方向がブレード４２０のスパン方向に沿うように設置した。
【００６８】
そして、図３に示すように、第１の風洞実験では、一定の流速で空気を流動させたときの圧力を、複数の静圧孔Ｈ４２０を介して計測した。ここでは、気流発生装置１０を駆動して気流を発生させた場合（ｏｎのとき）と、気流を発生させない場合（ｏｆｆのとき）とのそれぞれにおいて、迎角αを変化させて圧力の計測を行った。そして、その圧力の計測結果から揚力係数を求めた。
【００６９】
図４は、第１の風洞実験で求めた揚力係数の結果を示す図である。図４においては、横軸が迎角αを示し、縦軸が揚力係数ＣＬを示している。また、図４では、気流発生装置１０を駆動して気流を発生させた場合（ｏｎのとき）と、気流を発生させない場合（ｏｆｆのとき）とのそれぞれの結果について示している。
【００７０】
図４に示すように、気流発生装置１０を駆動して気流を発生させた場合（ｏｎのとき）は、気流を発生させない場合（ｏｆｆのとき）よりも揚力係数ＣＬが大きい。この結果から判るように、気流発生装置１０が発生した気流によって、ブレードの周囲において剥離流れが発生することを抑制可能である。
【００７１】
［Ｂ−２］第２の風洞実験
図５は、第２の風洞実験で用いたブレードを示す図である。図５では、図２（ｂ）と同様に、ブレードの前縁部分の様子を示す斜視図を示している。
【００７２】
図５に示すように、第２の風洞実験では、第１の風洞実験で用いたブレード４２０の前縁に設置された気流発生装置１０の一部を、絶縁体のマスク４２０Ｍで覆った。そして、その状態で、第１の風洞実験と同様に、圧力の計測を行うことによって揚力係数を求めた。ここでは、マスク４２０Ｍの幅Ｍｍを変えた複数の条件で試験を行った。
【００７３】
図６は、第２の風洞実験で求めた揚力係数の結果を示す図である。図６において、横軸は、マスク４２０Ｍの幅Ｍｍをコード長ｃで割ったマスク割合Ｒｍを示している（つまり、Ｒｍ＝Ｍ／ｃ）。そして、縦軸は、気流発生装置１０を駆動して気流を発生させた場合（ｏｎのとき）の揚力係数ＣＬ＿ｏｎを、気流を発生させない場合（ｏｆｆのとき）の揚力係数ＣＬ＿ｏｆｆで割った揚力係数比ＣＬ＿ｒａｔｉｏを示している（つまり、ＣＬ＿ｒａｔｉｏ＝ＣＬ＿ｏｎ／ＣＬ＿ｏｆｆ）。
【００７４】
図６に示すように、マスク割合Ｒｍが０以上であって１．０以下であると共に（０≦Ｒｍ≦１．０）、迎角αが２６°以上であって３４°以下であるとき（２６°≦α≦３４°）には、揚力係数比ＣＬ＿ｒａｔｉｏが１以上であった（ＣＬ＿ｒａｔｉｏ≧１．０）。このため、この場合には、気流発生装置１０の駆動によって、揚力係数が大きくなり、発電出力を増加することができる。
【００７５】
特に、マスク割合Ｒｍが０．７以下である場合（Ｒｍ≦０．７）には、マスク割合Ｒｍが０．８以上である場合（Ｒｍ≧０．８）である場合と比較して、揚力係数比ＣＬ＿ｒａｔｉｏが１よりも十分に大きい（ＣＬ＿ｒａｔｉｏ＞＞１．０）。このため、この場合には、気流発生装置１０が発生した気流によって、ブレード４２０の周囲において剥離流れが発生することを、更に効果的に抑制可能である。
【００７６】
上記の風洞実験でブレード４２０に設置したマスク４２０Ｍの幅Ｍｍは、数式（Ａ）において、複数の気流発生装置１０の間に位置する隙間の幅Ｍに相当する（つまり。Ｍｍ＝Ｍ）。そして、上記の風洞実験で用いたブレード４２０の翼コード長ｃは、数式（Ａ）において、ブレード４２において隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とのそれぞれに相当する（つまり、ｃ＝Ｃ１＝Ｃ２）（図１（ａ）参照）。
【００７７】
したがって、本実施形態の風力発電システムにおいては、複数の気流発生装置１０のそれぞれの間に位置する隙間の幅Ｍと、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、数式（Ａ）に示した関係を満たすことによって、図６に示した結果と同様に、剥離流れの発生が十分に抑制され、揚力の低下を防止可能である。
【００７８】
その結果、本実施形態の風力発電システムでは、複数の気流発生装置１０の間に隙間を設けることによって、気流発生装置１０の設置数を低減させた場合であっても、高い発電効率を実現可能であると共に、発電出力の安定化を実現可能である。
【００７９】
なお、図６から判るように、マスク割合Ｒｍが０．２以上である場合（Ｒｍ≧０．２）には、隙間がない場合（つまり、Ｒｍ＝０）よりも、揚力係数比ＣＬ＿ｒａｔｉｏが大きい。この場合には、気流発生装置１０から発生した気流の作用によって揚力が更に大きくなる。この結果から判るように、複数の気流発生装置１０のそれぞれの間に位置する隙間の幅Ｍと、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とは、上記の数式（Ａ）と共に、下記の数式（Ｂ）に示す関係を更に満たすことが好ましい。
【００８０】
Ｍ／［（Ｃ１＋Ｃ２）／２］≧０．２        ・・・（Ｂ）
【００８１】
［Ｃ］変形例
第１実施形態では、上記したように、４つの気流発生装置１０をブレード４２に設置する場合について説明したが、これに限らない。当然ながら、２つ以上の気流発生装置１０をブレード４２に設置する場合において、数式（Ａ）を満たすように、気流発生装置１０の設置を行うことが好ましい。
【００８２】
＜第２実施形態＞
［Ａ］構成等
図７（ａ）は、第２実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がブレードに設置された様子を示す図である。図７（ｂ）は、第２実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【００８３】
図７（ａ），図７（ｂ）に示すように、本実施形態の風力発電システムにおいては、複数の気流発生装置１０がプラズマ電源装置６２に電気的に接続された状態等が、上述した第１実施形態の場合（図１（ａ），図１（ｂ）参照）と異なる。
【００８４】
本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第１実施形態の場合（図１（ａ），図１（ｂ）参照）と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００８５】
本実施形態では、図７（ａ）に示すように、第１実施形態の場合（図１（ａ）参照）と同様に、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄが、気流発生装置１０として、ブレード４２のスパン方向において互いが間を隔てて並ぶように、ブレード４２の表面に設置されている。
【００８６】
図７（ｂ）に示すように、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれは、第１実施形態の場合（図１（ｂ）参照）と異なり、第１から第４の接続部９Ａ〜９Ｄのそれぞれを介して、並列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。具体的には、第１の気流発生装置１０Ａは、第１の接続部９Ａを介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。第２の気流発生装置１０Ｂは、第２の接続部９Ｂを介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。第３の気流発生装置１０Ｃは、第３の接続部９Ｃを介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。そして、第４の気流発生装置１０Ｄは、第４の接続部９Ｄを介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。
【００８７】
また、プラズマ電源装置６２は、電源６１に電気的に接続されており、電源６１から供給された電力を用いて、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれにおいて、第１電極１０１と第２電極１０３との間に電圧の印加を行う。
【００８８】
ここでは、第１の気流発生装置１０Ａとプラズマ電源装置６２との間には、第１の遮断装置６３Ａが介在している。第２の気流発生装置１０Ｂとプラズマ電源装置６２との間には第２の遮断装置６３Ｂが介在している。第３の気流発生装置１０Ｃとプラズマ電源装置６２との間には第３の遮断装置６３Ｃが介在している。そして、第４の気流発生装置１０Ｄとプラズマ電源装置６２との間には第４の遮断装置６３Ｄが介在している。
【００８９】
第１の遮断装置６３Ａは、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、第１の気流発生装置１０Ａとプラズマ電源装置６２との間の電路を遮断するように構成されている。第２の遮断装置６３Ｂは、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、第２の気流発生装置１０Ｂとプラズマ電源装置６２との間の電路を遮断するように構成されている。第３の遮断装置６３Ｃは、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、第３の気流発生装置１０Ｃとプラズマ電源装置６２との間の電路を遮断するように構成されている。そして、第４の遮断装置６３Ｄは、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、第４の気流発生装置１０Ｄとプラズマ電源装置６２との間の電路を遮断するように構成されている。
【００９０】
たとえば、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれにおいて断線検知センサ（図示省略）が断線を検知した検知信号に応じて、制御装置（図示省略）が、第１から第４の遮断装置６３Ａ〜６３Ｄのそれぞれについて遮断動作を制御する。たとえば、第１の気流発生装置１０Ａにおいて断線が生じたときには、第１の遮断装置６３Ａが遮断動作を行うことによって、第１の気流発生装置１０Ａへの電力の供給が遮断される。この一方で、第１の気流発生装置１０Ａ以外の第２から第４の気流発生装置１０Ｂ〜１０Ｄにおいて断線が生じていないときには、第２から第４の遮断装置６３Ｂ〜６３Ｄが遮断動作を行わないので、第２から第４の気流発生装置１０Ｂ〜１０Ｄのそれぞれへの電力の供給が維持される。このため、一の気流発生装置１０において断線などの故障が生じた場合であっても、他の気流発生装置１０を用いて気流の発生が可能であるので、ブレード４２の周囲において剥離流れが発生することを抑制することができる。
【００９１】
本実施形態では、第１実施形態の場合（図１（ａ）参照）と同様に、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの間に位置する隙間の幅Ｍと、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たす。つまり、数式（Ａ１），数式（Ａ２），数式（Ａ３）に示す関係を満たしている。
【００９２】
［Ｂ］作用および効果
以上のように、本実施形態の風力発電システムは、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たすように構成されているので、上記の実施形態の場合と同様な作用により、剥離流れの発生が十分に抑制され、揚力の低下を防止可能である。
【００９３】
その結果、本実施形態の風力発電システムでは、複数の気流発生装置１０の間に隙間を設けることによって、気流発生装置１０の設置数を低減させた場合であっても、高い発電効率を実現可能であると共に、発電出力の安定化を実現可能である。
【００９４】
＜第３実施形態＞
［Ａ］構成
図８は、第３実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【００９５】
図８に示すように、本実施形態の風力発電システムにおいては、複数のプラズマ電源装置６２を有すること、および、各部の電気的な接続関係等が、上述した第２実施形態の場合（図７（ａ）などを参照）と異なる。
【００９６】
本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第２実施形態の場合（図７（ａ），図７（ｂ）などを参照）と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【００９７】
本実施形態では、図８に示すように、第２実施形態の場合と異なり、プラズマ電源装置６２が複数であって、プラズマ電源装置６２として、第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄが設けられている。
【００９８】
そして、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれは、第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれに電気的に接続されている。具体的には、第１の気流発生装置１０Ａは、第１の接続部９Ａを介して、第１のプラズマ電源装置６２Ａに電気的に接続されている。第２の気流発生装置１０Ｂは、第２の接続部９Ｂを介して、第２のプラズマ電源装置６２Ｂに電気的に接続されている。第３の気流発生装置１０Ｃは、第３の接続部９Ｃを介して、第３のプラズマ電源装置６２Ｃに電気的に接続されている。そして、第４の気流発生装置１０Ｄは、第４の接続部９Ｄを介して、第４のプラズマ電源装置６２Ｄに電気的に接続されている。
【００９９】
第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれは、並列接続によって、電源６１に電気的に接続されている。第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれは、電源６１から供給された電力を用いて、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれにおいて、第１電極１０１と第２電極１０３との間に電圧の印加を行う。
【０１００】
第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれは、たとえば、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、電圧値、周波数などの特性を調整して、電圧の印加を行う。ここでは、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれが予め定めた周期で気流を発生するように、第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれが第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれに電圧を印加する。たとえば、第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれは、ブレード４２のスパン方向において異なる周期で発生する剥離渦に同調させて、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれが気流を発生するように、電圧の印加を行うことができる。このため、本実施形態では、特に、回転直径（たとえば、９０ｍ）が長い風力発電システムのように、翼端から翼根の間で周速が大きく異なる場合において、剥離渦の発生を効果的に調整することができる。
【０１０１】
図示を省略しているが、本実施形態では、第２実施形態の場合（図７（ａ）参照）と同様に、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの間に位置する隙間の幅Ｍと、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たす。つまり、第１実施形態および第２実施形態の場合と同様に、数式（Ａ１），数式（Ａ２），数式（Ａ３）に示す関係を満たしている。
【０１０２】
［Ｂ］作用および効果
以上のように、本実施形態の風力発電システムは、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たすように構成されているので、上記の実施形態の場合と同様な作用により、剥離流れの発生が十分に抑制され、揚力の低下を防止可能である。
【０１０３】
その結果、本実施形態の風力発電システムでは、複数の気流発生装置１０の間に隙間を設けることによって、気流発生装置１０の設置数を低減させた場合であっても、高い発電効率を実現可能であると共に、発電出力の安定化を実現可能である。
【０１０４】
＜第４実施形態＞
［Ａ］構成等
図９は、第４実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【０１０５】
図９に示すように、本実施形態の風力発電システムにおいては、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された状態等が、上述した第２実施形態の場合（図７（ｂ）参照）と異なる。
【０１０６】
本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第２実施形態の場合（図７（ａ），図７（ｂ）参照）と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【０１０７】
本実施形態では、図９に示すように、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれは、第２実施形態の場合（図７（ｂ）参照）と同様に、第１から第４の接続部９Ａ〜９Ｄのそれぞれを介して、並列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。
【０１０８】
しかしながら、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれと、プラズマ電源装置６２との間においては、第１から第４の接続部９Ａ〜９Ｄのそれぞれが、複数設けられている。つまり、第１から第４の接続部９Ａ〜９Ｄのそれぞれが冗長に設けられている。
【０１０９】
具体的には、第１の気流発生装置１０Ａとプラズマ電源装置６２との間においては、第１の接続部９Ａが２つ介在しており、２つの第１の接続部９Ａのそれぞれが、第１の気流発生装置１０Ａとプラズマ電源装置６２との間を電気的に接続している。図示を省略しているが、第１の接続部９Ａは、一対の接続配線９１，９３を含む（図１５（ｂ）参照）。２つの第１の接続部９Ａのうち、一の接続部９Ａは、一対の接続配線９１，９３のそれぞれが、第１電極１０１および第２電極１０３のそれぞれと、プラズマ電源装置６２との間を電気的に接続している。これと同様に、他の接続部９Ａは、一対の接続配線９１，９３のそれぞれが、第１電極１０１および第２電極１０３のそれぞれと、プラズマ電源装置６２との間を電気的に接続している。
【０１１０】
第１の接続部９Ａのそれぞれは、第１の遮断装置６３Ａが介在している。第１の遮断装置６３Ａは、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、第１の気流発生装置１０Ａとプラズマ電源装置６２との間の電路を遮断するように構成されている。制御装置は、第１の接続部９Ａにおいて断線検知センサ（図示省略）が断線を検知した検知信号に応じて、第１の遮断装置６３Ａの遮断動作を制御する。
【０１１１】
たとえば、制御装置は、一方の第１の接続部９Ａが導通状態になるように一方の第１の遮断装置６３Ａの動作を制御すると共に、他方の第１の接続部９Ａが非導通状態になるように他方の第１の遮断装置６３Ａの動作を制御する。その状態で、一方の第１の接続部９Ａにおいて断線が生じたことを検知したときには、制御装置は、一方の第１の接続部９Ａが非導通状態になるように一方の第１の遮断装置６３Ａの動作を制御すると共に、他方の第１の接続部９Ａが導通状態になるように他方の第１の遮断装置６３Ａの動作を制御する。このため、２つの第１の接続部９Ａのうち一方に断線などの故障が生じた場合であっても、第１の気流発生装置１０Ａを用いて気流の発生が可能であるので、ブレード４２の周囲において剥離流れが発生することを抑制することができる。
【０１１２】
上記と同様に、第２の気流発生装置１０Ｂとプラズマ電源装置６２との間を２つの第２の接続部９Ｂのそれぞれが電気的に接続していると共に、第２の接続部９Ｂのそれぞれは、第２の遮断装置６３Ｂが介在している。また、第３の気流発生装置１０Ｃとプラズマ電源装置６２との間を２つの第３の接続部９Ｃのそれぞれが電気的に接続していると共に、第３の接続部９Ｃのそれぞれは、第３の遮断装置６３Ｃが介在している。さらに、第４の気流発生装置１０Ｄとプラズマ電源装置６２との間を２つの第４の接続部９Ｄのそれぞれが電気的に接続していると共に、第４の接続部９Ｄのそれぞれは、第４の遮断装置６３Ｄが介在している。
【０１１３】
この他に、本実施形態では、図示を省略しているが、第２実施形態の場合（図７（ａ）参照）と同様に、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの間に位置する隙間の幅Ｍと、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たす。つまり、数式（Ａ１），数式（Ａ２），数式（Ａ３）に示す関係を満たしている。
【０１１４】
［Ｂ］作用および効果
以上のように、本実施形態の風力発電システムは、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たすように構成されているので、上記の実施形態の場合と同様な作用により、剥離流れの発生が十分に抑制され、揚力の低下を防止可能である。
【０１１５】
その結果、本実施形態の風力発電システムでは、複数の気流発生装置１０の間に隙間を設けることによって、気流発生装置１０の設置数を低減させた場合であっても、高い発電効率を実現可能であると共に、発電出力の安定化を実現可能である。
【０１１６】
［Ｃ］変形例
本実施形態では、上記したように、一の気流発生装置１０とプラズマ電源装置６２との間を２つの接続部９のそれぞれが電気的に接続している場合について説明したが、これに限らない。当然ながら、３つ以上の接続部９のそれぞれが、一の気流発生装置１０とプラズマ電源装置６２との間を電気的に接続するように構成してもよい。
【０１１７】
また、本実施形態では、上記したように、複数の気流発生装置１０の全部とプラズマ電源装置６２との間を複数の接続部９のそれぞれが電気的に接続している場合について説明したが、これに限らない。当然ながら、気流発生装置１０とプラズマ電源装置６２との間を単数の接続部９が電気的に接続する部分を含んでいてもよい。たとえば、強度が十分である部分については、気流発生装置１０とプラズマ電源装置６２との間を単数の接続部９で電気的に接続してもよい。
【０１１８】
＜第５実施形態＞
［Ａ］構成等
図１０（ａ）は、第５実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がブレードに設置された様子を示す図である。図１０（ｂ）は、第５実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【０１１９】
図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように、本実施形態の風力発電システムにおいては、複数の気流発生装置１０がプラズマ電源装置６２に電気的に接続された状態等が、上述した第２実施形態の場合（図７（ａ），図７（ｂ）参照）と異なる。
【０１２０】
本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第２実施形態の場合（図７（ａ），図７（ｂ）参照）と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【０１２１】
本実施形態では、図１０（ａ）に示すように、第２実施形態の場合（図７（ａ）参照）と同様に、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄが、気流発生装置１０として、ブレード４２のスパン方向において互いが間を隔てて並ぶように、ブレード４２の表面に設置されている。
【０１２２】
しかし、本実施形態では、図１０（ａ），図１０（ｂ）に示すように、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれは、複数であって、その複数がブレード４２のコード方向に並ぶように配置されている。また、第１から第４の接続部９Ａ〜９Ｄのそれぞれが、コード方向において冗長性を有するように、複数設けられている。
【０１２３】
具体的には、第１の気流発生装置１０Ａは、たとえば、４つであって、ブレード４２のスパン方向のうち翼根側に位置する第１の位置において、その４つがコード方向に並んでいる。第２の気流発生装置１０Ｂは、第１の気流発生装置１０Ａと同様に、４つであって、ブレード４２のスパン方向のうち上記の第１の位置よりも翼端側に位置する第２の位置において、４つがコード方向に並んでいる。第３の気流発生装置１０Ｃは、第１および第２の気流発生装置１０Ａ，１０Ｂと同様に、４つであって、ブレード４２のスパン方向のうち上記の第２の位置よりも翼端側に位置する第３の位置において、４つがコード方向に並んでいる。第４の気流発生装置１０Ｄは、第１から第３の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｃと同様に、４つであって、ブレード４２のスパン方向のうち上記の第３の位置よりも翼端側に位置する第４の位置において、４つがコード方向に並んでいる。
【０１２４】
また、本実施形態では、複数の第１の気流発生装置１０Ａは、複数の系統に分けられ、その複数の系統のそれぞれに独立して電圧が供給されるように構成されている。ここでは、４つの第１の気流発生装置１０Ａが第１の系統Ｋ１Ａと第２の系統Ｋ２Ａとに分けられている。そして、第１の系統Ｋ１Ａが、２つの第１の接続部９Ａのうち一方の第１の接続部９Ａを介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。そして、第２の系統Ｋ２Ａが他方の第１の接続部９Ｂを介してプラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。
【０１２５】
具体的には、第１の系統Ｋ１Ａは、２つの第１の気流発生装置１０Ａを含み、その２つの第１の気流発生装置１０Ａが、一方の第１の接続部９Ａを介して、直列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。第２の系統Ｋ２Ａは、第１の系統Ｋ１Ａと同様に、２つの第１の気流発生装置１０Ａを含み、その２つの第１の気流発生装置１０Ａが、他方の第１の接続部９Ａを介して、直列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。第１の系統Ｋ１Ａと第２の系統Ｋ２Ａとのそれぞれは、並列接続によって、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。
【０１２６】
そして、第１の系統Ｋ１Ａと第２の系統Ｋ２Ａとがブレード４２のコード方向において交互になるように、４つの第１の気流発生装置１０Ａがブレード４２に設置されている。このため、一方の系統において断線などの故障が生じた場合であっても、他方の系統を用いて気流の発生が可能であるので、コード方向において広い範囲で剥離流れが発生することを抑制することができる。
【０１２７】
第２から第４の気流発生装置１０Ｂ〜１０Ｄは、第１の気流発生装置１０Ａと同様に、第１の系統Ｋ１Ｂ〜Ｋ１Ｄと第２の系統Ｋ２Ｂ〜Ｋ２Ｄとに分けられ、第１の系統Ｋ１Ｂ〜Ｋ１Ｄと第２の系統Ｋ２Ｂ〜Ｋ２Ｄとのそれぞれに独立して電圧が供給されるように構成されている。つまり、第２の気流発生装置１０Ｂは、第１の系統Ｋ１Ｂと第２の系統Ｋ２Ｂとに分けられ、その第１の系統Ｋ１Ｂと第２の系統Ｋ２Ａとのそれぞれが、第２の接続部９Ｂを介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。第３の気流発生装置１０Ｃは、第１の系統Ｋ１Ｃと第２の系統Ｋ２Ｃとに分けられ、その第１の系統Ｋ１Ｃと第２の系統Ｋ２Ｃとのそれぞれが、第３の接続部９Ｃを介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。第４の気流発生装置１０Ｄは、第１の系統Ｋ１Ｄと第２の系統Ｋ２Ｄとに分けられ、その第１の系統Ｋ１Ｄと第２の系統Ｋ２Ｄとのそれぞれが、第４の接続部９Ｄを介して、プラズマ電源装置６２に電気的に接続されている。
【０１２８】
本実施形態では、上記のように、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄがコード方向においてタンデム状に複数配置されているため、強度が大きい気流を誘起することができる。
【０１２９】
本実施形態では、第１の接続部９Ａのそれぞれは、第１の遮断装置６３Ａが介在している。第１の遮断装置６３Ａは、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、第１の気流発生装置１０Ａとプラズマ電源装置６２との間の電路を遮断するように構成されている。制御装置は、第１の接続部９Ａにおいて断線検知センサ（図示省略）が断線を検知した検知信号に応じて、第１の遮断装置６３Ａの遮断動作を制御する。
【０１３０】
たとえば、制御装置は、一方の第１の接続部９Ａが導通状態になるように一方の第１の遮断装置６３Ａの動作を制御すると共に、他方の第１の接続部９Ａが非導通状態になるように他方の第１の遮断装置６３Ａの動作を制御する。その状態で、一方の第１の接続部９Ａにおいて断線が生じたことを検知したときには、制御装置は、一方の第１の接続部９Ａが非導通状態になるように一方の第１の遮断装置６３Ａの動作を制御すると共に、他方の第１の接続部９Ａが導通状態になるように他方の第１の遮断装置６３Ａの動作を制御する。このため、２つの第１の接続部９Ａのうち一方に断線などの故障が生じた場合であっても、第１の気流発生装置１０Ａを用いて気流の発生が可能であるので、ブレード４２の周囲において剥離流れが発生することを抑制することができる。
【０１３１】
上記と同様に、第２の気流発生装置１０Ｂとプラズマ電源装置６２との間を２つの第２の接続部９Ｂのそれぞれが電気的に接続していると共に、第２の接続部９Ｂのそれぞれは、第２の遮断装置６３Ｂが介在している。また、第３の気流発生装置１０Ｃとプラズマ電源装置６２との間を２つの第３の接続部９Ｃのそれぞれが電気的に接続していると共に、第３の接続部９Ｃのそれぞれは、第３の遮断装置６３Ｃが介在している。さらに、第４の気流発生装置１０Ｄとプラズマ電源装置６２との間を２つの第４の接続部９Ｄのそれぞれが電気的に接続していると共に、第４の接続部９Ｄのそれぞれは、第４の遮断装置６３Ｄが介在している。
【０１３２】
この他に、本実施形態では、図示を省略しているが、第２実施形態の場合（図７（ａ）参照）と同様に、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの間に位置する隙間の幅Ｍと、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たす。つまり、数式（Ａ１），数式（Ａ２），数式（Ａ３）に示す関係を満たしている。
【０１３３】
［Ｂ］作用および効果
以上のように、本実施形態の風力発電システムは、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たすように構成されているので、上記の実施形態の場合と同様な作用により、剥離流れの発生が十分に抑制され、揚力の低下を防止可能である。
【０１３４】
その結果、本実施形態の風力発電システムでは、複数の気流発生装置１０の間に隙間を設けることによって、気流発生装置１０の設置数を低減させた場合であっても、高い発電効率を実現可能であると共に、発電出力の安定化を実現可能である。
【０１３５】
＜第６実施形態＞
［Ａ］構成等
図１１は、第６実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置がプラズマ電源装置に電気的に接続された様子を示す図である。
【０１３６】
図１１に示すように、本実施形態の風力発電システムにおいては、複数のプラズマ電源装置６２を有すること、および、各部の電気的な接続関係等が、上述した第５実施形態の場合（図１０（ａ）などを参照）と異なる。
【０１３７】
本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第５実施形態の場合（図１０（ａ），図１０（ｂ）などを参照）と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。
【０１３８】
本実施形態では、図１１に示すように、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれは、第５実施形態の場合（図１０（ｂ）などを参照）と同様に、複数であって、その複数がブレード４２のコード方向に並ぶように配置されている。また、第１から第４の接続部９Ａ〜９Ｄのそれぞれが、コード方向において冗長性を有するように、複数設けられている。さらに、本実施形態では、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれは、第１の系統Ｋ１Ａ〜Ｋ１Ｄと第２の系統Ｋ２Ａ〜Ｋ２Ｄとに分けられており、第１の系統Ｋ１Ａ〜Ｋ１Ｄと第２の系統Ｋ２Ａ〜Ｋ２Ｄとのそれぞれに独立して電圧が供給されるように構成されている。
【０１３９】
しかしながら、本実施形態では、第５実施形態（図１０（ｂ）などを参照）の場合と異なり、プラズマ電源装置６２が複数であって、プラズマ電源装置６２として、第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄが設けられている。
【０１４０】
そして、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれは、第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれに電気的に接続されている。
【０１４１】
具体的には、第１の気流発生装置１０Ａは、第１の系統Ｋ１Ａと第２の系統Ｋ２Ａとのそれぞれが、第１の接続部９Ａを介して、第１のプラズマ電源装置６２Ａに電気的に接続されている。第２の気流発生装置１０Ｂは、第１の系統Ｋ１Ｂと第２の系統Ｋ２Ｂとのそれぞれが、第２の接続部９Ｂを介して、第２のプラズマ電源装置６２Ｂに電気的に接続されている。第３の気流発生装置１０Ｃは、第１の系統Ｋ１Ｃと第２の系統Ｋ２Ｃとのそれぞれが、第３の接続部９Ｃを介して、第３のプラズマ電源装置６２Ｃに電気的に接続されている。第４の気流発生装置１０Ｄは、第１の系統Ｋ１Ｄと第２の系統Ｋ２Ｄとのそれぞれが、第４の接続部９Ｄを介して、第４のプラズマ電源装置６２Ｄに電気的に接続されている。
【０１４２】
第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれは、並列接続によって、電源６１に電気的に接続されている。第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれは、電源６１から供給された電力を用いて、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれにおいて、第１電極１０１と第２電極１０３との間に電圧の印加を行う。
【０１４３】
第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれは、たとえば、制御装置（図示省略）が出力する制御信号に基づいて、電圧値、周波数などの特性を調整して、電圧の印加を行う。ここでは、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれが予め定めた周期で気流を発生するように、第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれが第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれに電圧を印加する。たとえば、第１から第４のプラズマ電源装置６２Ａ〜６３Ｄのそれぞれは、ブレード４２のスパン方向において異なる周期で発生する剥離渦に同調させて、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれが気流を発生するように、電圧の印加を行うことができる。このため、本実施形態では、特に、回転直径（たとえば、９０ｍ）が長い風力発電システムのように、翼端から翼根の間で周速が大きく異なる場合において、剥離渦の発生を効果的に調整することができる。
【０１４４】
本実施形態では、図示を省略しているが、第２実施形態の場合（図７（ａ）参照）と同様に、第１から第４の気流発生装置１０Ａ〜１０Ｄのそれぞれの間に位置する隙間の幅Ｍと、ブレード４２において、その隙間の一端が位置する部分の翼コード長Ｃ１と、その隙間の他端が位置する部分の翼コード長Ｃ２とが、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たす。つまり、数式（Ａ１），数式（Ａ２），数式（Ａ３）に示す関係を満たしている。
【０１４５】
［Ｂ］作用および効果
以上のように、本実施形態の風力発電システムは、上述した数式（Ａ）に示す関係を満たすように構成されているので、上記の実施形態の場合と同様な作用により、剥離流れの発生が十分に抑制され、揚力の低下を防止可能である。
【０１４６】
その結果、本実施形態の風力発電システムでは、複数の気流発生装置１０の間に隙間を設けることによって、気流発生装置１０の設置数を低減させた場合であっても、高い発電効率を実現可能であると共に、発電出力の安定化を実現可能である。
【０１４７】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４８】
１…風力発電システム、２…タワー、３…ナセル、４…ロータ、５…風向風速計、９（９Ａ〜９Ｄ）…接続部、１０（１０ａ〜１０ｆ，１０Ａ〜１０Ｄ）…気流発生装置、４１…ハブ、４２…ブレード、６１…電源、６２（６２Ａ〜６２Ｄ）…プラズマ電源装置、６３（６３Ａ〜６３Ｂ）…遮断装置、９１，９３…接続配線、１００…基体、１０１…第１電極、１０２…誘電体膜、１０３…第２電極、４２０…ブレード、４２０Ｍ…マスク、Ｈ４２０…静圧孔
【図１】
2016075231.tif 000003
【図２】
2016075231.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2016075231.tif 000013
【図１２】
2016075231.tif 000014
【図１３】
2016075231.tif 000015
【図１４】
2016075231.tif 000016
【図１５】
2016075231.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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