(57)【要約】エネルギー捕捉装置によって生成される下流流体の伴流を分析することによって、エネルギー捕捉装置でのエネルギー捕捉の効率を向上させる方法及びシステムを開示する。図示の実施形態では、システム（１０）は、風力タービン（１２）の回転しているブレード（２０）によって生成される下流の伴流（３４）から気流フローデータを取得するように構成された検知装置（３２）を備えており、検知装置（３２）は光源（３６）と受信機（３８）とを有するライダーユニット（３５）を備えている。使用時においては、検知装置（３２）は伴流（３４）における空気フロー速度に関するデータを取得し、該データを処理して風力タービン（１２）と入射リソース（Ｗ）の平均方向（Ｄ）との相対角度を決定する。
2017506311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー捕捉装置によって生成される下流流体の伴流から流体フローデータを取得するステップと、
前記取得されたデータに基づいて、前記エネルギー捕捉装置に作用している流体フローの方向に対する前記エネルギー捕捉装置のヨー角を示す出力値を提供するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
検知装置を用いて前記エネルギー捕捉装置から前記下流流体の伴流をスキャンするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記伴流の形状を測定及び／又はマッピングするステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記伴流の強度を測定及び／又はマッピングするステップを含む、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記流体フローデータは流体速度データを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記流体フローデータは空気フロー速度データを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記流体フローデータは前記エネルギー捕捉装置の軸に対する流体位置データ及び／又は流体方向データを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記流体フローデータは前記エネルギー捕捉装置の軸に対する前記流体のアジマス角に関するデータを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記伴流から流体フロー速度データ及び流体位置データを取得するステップを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記取得された流体フローデータから前記伴流のコアを決定するステップを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記流体フローデータをプロットして前記伴流のコアを決定するステップを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記エネルギー捕捉装置の軸に対する流体位置データに対して前記流体フロー速度データをプロットして前記伴流のコアを決定するステップを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記伴流の断面からの前記流体フローデータをプロットして前記伴流のコアを決定するステップを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記流体フローデータは遠隔的に取得される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記流体フローデータは遠隔検知装置によって取得される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記流体フローデータは３次元の流れ場にわたって取得される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記検知装置はライダー検知装置を備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記検知装置はソーダー検知装置を備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記エネルギー捕捉装置のヨー角を調整するステップを含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記伴流のコアが前記エネルギー捕捉装置の軸と一致するように前記エネルギー捕捉装置のヨー角を調整するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記出力値を制御システムへ伝達するステップを含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記出力値を前記制御システムへ直接伝達するステップを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記制御システムが前記エネルギー捕捉装置の位置をリアルタイムで調整するように前記出力値を前記制御システムへ直接伝達するステップを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記制御システムが前記エネルギー捕捉装置の位置を所定の時間閾値に基づいて調整するように前記出力値を前記制御システムへ直接伝達するステップを含む、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記エネルギー捕捉装置に作用している流体の方向に対する前記エネルギー捕捉装置のヨー角が、所定の閾値を越える場合に、前記制御システムが前記エネルギー捕捉装置の位置を調整するように、前記出力値を前記制御システムへ直接伝達するステップを含む、請求項２２、２３又は２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記出力値を遠隔位置へ伝達するステップを含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
エネルギー捕捉装置の下流側の伴流から流体フローデータを取得するように構成された検知装置と、
入射リソースの平均方向と前記エネルギー捕捉装置の角度との間の差を示す出力値を提供する通信装置と
を備える、システム。
【請求項２８】
前記検知装置は前記エネルギー捕捉装置上に装着又は他の態様で位置付けられる、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記検知装置は前記エネルギー捕捉装置からの前記伴流をスキャンするように構成されている、請求項２７又は２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記エネルギー捕捉装置は風力エネルギー抽出装置を備える、請求項２７、２８又は２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記エネルギー捕捉装置は潮力エネルギー抽出装置を備える、請求項２７〜３０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記検知装置は遠隔検知装置を備える、請求項２７〜３１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記検知装置は流体フロー速度を測定するように構成されている、請求項２７〜３２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記検知装置は３次元の流れ場にわたる流体フロー速度を測定するように構成されている、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記検知装置はライダー検知装置を備える、請求項２７〜３４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３６】
前記検知装置はソーダー検知装置を備える、請求項２７〜３０のいずれか一項又は請求項３０に従属する場合の請求項３２〜３４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３７】
制御システムを備える、請求項２７〜３６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３８】
前記制御システムは前記エネルギー捕捉装置の位置を調整するように構成されている、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記通信装置は前記出力値を前記制御システムへ送信するように構成されている、請求項２７〜３８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４０】
前記通信装置は前記出力値を遠隔位置へ送信するように構成されている、請求項２７〜３９のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー捕捉装置のエネルギー捕捉効率を向上させることに関する。排他的ではないが、より具体的には、本発明は、風力タービンや潮力タービン等のエネルギー捕捉装置のヨーミスアラインメント（yaw misalignment）の修正に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、陸上及び洋上風力発電等の再生可能エネルギー技術を用いた、信頼でき、効率的で、かつコスト効率の良い発電方法に対する需要が増大しつつある。
【０００３】
風力タービンによるエネルギー捕捉の効率は、幾つかのファクタに依存し、そのうちの１つのファクタは風向に対する風力タービンの相対角度であり、ヨー角の観点からみて風力タービンのロータと入射リソースとが最適にアラインされていない場合には最大効率が得られない場合があることが認識されている。
【０００４】
現代の風力タービンのヨー角は調整可能であるが、それでもなお、ヨーミスアラインメントはよくある問題であり、達成し得る最大のエネルギー捕捉効率での稼動を妨げている。
【０００５】
風力タービンのヨーミスアラインメントの修正を行うためには、正確に風向を測定して風力タービンのヨー角を必要に応じて調節できるようにすることが必要である。従来の技術は、風力タービンのナセル又はその付近での風向測定に依拠している。しかし、従来の技術はかなりの不正確さを伴う。これらの不正確さは、例えば、タービンの建造時又は試運転時における誤った設定に起因し得る。また、従来技術には、測定がフロー歪みの影響をかなり受けることによる不正確さも被る。これらの不正確さは特に、複雑なフロー挙動、例えば乱流摂動の場合に大きくなり得る。
【０００６】
これらの不正確さは、所与の風力タービンの効率、ひいてはその有用性にかなり有害な影響を及ぼす。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の幾つかの態様は、エネルギー捕捉装置によって生成される下流流体の伴流（downstream fluid wake）を分析することによってエネルギー捕捉装置でのエネルギー捕捉効率を向上させる方法及びシステムに関する。
【０００８】
排他的ではないが、より具体的には、本発明の幾つかの態様は、エネルギー捕捉装置、例えば、風力タービン等の風力エネルギー捕捉装置や潮力タービン等の潮力エネルギー捕捉装置等のエネルギー捕捉装置によって生成される下流流体の伴流を分析することによって、このようなエネルギー捕捉装置のヨーミスアラインメントの修正に用いる方法及びシステムに関する。
【０００９】
本発明の第１の態様によれば：エネルギー捕捉装置によって生成される下流流体の伴流から流体フローデータを取得するステップと；前記取得されたデータから、前記エネルギー捕捉装置に作用している流体フローの方向に対する前記エネルギー捕捉装置のヨー角を示す出力値を提供するステップと；を含む、方法が提供される。
【００１０】
動作中の風力タービンは、空気フローからエネルギーを抽出し、結果として下流の「伴流」を生成するのであり、伴流における空気フローの速度は低減し、乱流は増加する。この伴流の正確な測定は、単一地点での風速及び風向を個別的に測定するにすぎない風速計及び風向計の限度を考慮すると、歴史的に見て達成困難とされてきた。本発明の実施形態は、エネルギー捕捉装置の後方の伴流の特性を測定することによって、エネルギー捕捉の効率を向上させるための及び／又はヨーミスアラインメントを修正するための従来的技術に関連する欠点を有利に克服するか少なくとも軽減する。例えば、エネルギー捕捉装置が風力タービン等の風力エネルギー捕捉装置である実施形態においては、タービンロータが完全にアラインされているか、即ち空気フローに対して垂直であるか否かを確認することができる。
【００１１】
エネルギー捕捉装置には検知装置を配置することができる。代替的に、あるいは追加的に、検知装置の一部又は全部を遠隔位置に設けることができる。検知装置は、伴流を検知し得る他の任意の適切な位置に配置してもよい。検知装置は、地上に設けてもよい。検知装置は、海上プラットフォーム等の台座上に設置してもよい。検知装置は、別のエネルギー捕捉装置に設けてもよい。
【００１２】
本方法は、検知装置を用いてエネルギー捕捉装置から下流の伴流をスキャンするステップを含むことができる。
【００１３】
本方法は、伴流の形状を測定及び／又はマッピングするステップを含んでもよい。
【００１４】
本方法は、伴流の強度を測定及び／又はマッピングするステップを含むことができる。
【００１５】
流体フローデータは、流体速度データを含むことができる。例えば、特定の実施形態では、エネルギー捕捉装置は風力エネルギー捕捉装置を備えることができ、流体フローデータは空気フロー速度データを含むことができる。他の実施形態では、エネルギー捕捉装置は潮力エネルギー捕捉装置を備えることができ、流体フローデータは水流速度データを含むことができる。
【００１６】
流体フローデータは、エネルギー捕捉装置の軸に対する流体位置データ及び／又は流体方向データを含んでもよい。流体フローデータは、エネルギー捕捉装置の軸に対する流体のアジマス角に関するデータを含んでもよい。
【００１７】
本方法は、伴流から流体フロー速度データ及び流体位置データを取得するステップを含むことができる。
【００１８】
本方法は、取得された流体フローデータから伴流のコアを決定するステップを含むことができ、伴流のコアの位置及び／又は挙動はエネルギー捕捉装置に作用している流体フローの方向に一致する。
【００１９】
本方法は、流体フローデータをプロットして伴流のコアを決定するステップを含むことができ、伴流のコアはエネルギー捕捉装置に作用している流体フローの方向に一致する。
【００２０】
本方法は、エネルギー捕捉装置の軸に対する流体位置データに対して流体フロー速度データをプロットして伴流のコアを決定するステップを含んでもよい。
【００２１】
特定の実施形態において、本方法は伴流の断面からの流体フローデータをプロットして伴流のコアを決定するステップを含んでもよい。
【００２２】
伴流のコアは、エネルギー捕捉装置に対して最低の平均フロー速度を有している位置を含むことができる。例えば、エネルギー捕捉装置の軸に対する位置に関連して、フロー速度のグラフに伴流のコアの位置の曲線をプロットする場合、伴流のコアは、取得データの最低値を規定することができる。
【００２３】
有利なことに、伴流のコア、具体的には、エネルギー捕捉装置の軸に対する伴流のコアの位置を同定する能力によって、エネルギー捕捉装置に作用している流体フローの真の方向を正確にことが示すことができる。例えば、エネルギー捕捉装置が風力タービン等の風力エネルギー捕捉装置を備える実施形態では、タービン軸に対する伴流の位置あるいはアジマス角を同定することによって、ヨー角の観点で、入射リソースに対してロータを最適にアラインメントさせることができる。
【００２４】
流体フローデータの取得は、任意の適切な手段によって達成することができる。
【００２５】
流体フローデータは、遠隔的に取得してもよい。
【００２６】
流体フローデータは、遠隔検知装置によって取得することができる。
【００２７】
流体フローデータは、３次元の流れ場にわたって取得することができる。
【００２８】
有利なことに、データを３次元の流れ場にわたって取得する能力により、エネルギー捕捉装置によって生成される複雑な空気フローを高精度でかつ広範囲にわたってマッピングすることができる。
【００２９】
特定の実施形態では、検知装置は、ライダー（Ｌｉｄａｒ）検知装置を備えることができる。
【００３０】
有利なことに、３次元の流れ場にわたる空気フロー速度を測定するために光源又はレーザーを用いるライダー検知装置によって、広範囲にわたる複雑な空気フローを測定することができる。したがって、伴流の形状及び強度を測定するのにライダー検知装置を用いることにより、入射リソースがロータディスクを通過する際に、タービンが入射リソースに最適にアラインされているか否か（例えば、排他的ではないが、垂直であるか否か）を確認することができる。
【００３１】
代替的には検知装置は、ソーダー（Ｓｏｄａｒ）検知装置を備えることができる。３次元の流れ場にわたるフロー速度を測定するために音源を用いるソーダー検知装置によれば、広範囲にわたる複雑な水流を測定できる。伴流の形状及び強度を測定するのにソーダー検知装置を用いることにより、入射リソースがロータディスクを通過する際に、タービンが入射リソースに最適にアラインされているか否か（例えば、排他的ではないが、垂直であるか否か）を確認することができる。
【００３２】
本方法は、エネルギー捕捉装置のヨー角を調整するステップを含んでもよい。
【００３３】
特に、本方法は、伴流のコアがエネルギー捕捉装置の軸と一致するようにエネルギー捕捉装置のヨー角を調整するステップを含むことができる。
【００３４】
エネルギー捕捉装置と、エネルギー捕捉装置に作用している入射リソースとの間のヨー角を低減又は無くすことによって、ヨーミスアラインメントを低減又は除去することができ、エネルギー抽出及び電力生成の効率を最大化するか少なくとも向上させることができる。
【００３５】
出力値は制御システムへ伝達することができる。例えば、出力値を制御システムに直接伝達し、制御システムが、所定の時間閾値で、又は、エネルギー捕捉装置に作用している流体の方向に対するエネルギー捕捉装置のヨー角が所定の閾値以上となる際に、エネルギー捕捉装置の位置をリアルタイムで調整することができる。
【００３６】
代替的に、あるいは追加的に、本方法は、出力値をオペレータや制御センター等の遠隔位置へ伝達するステップ含むことができる。
【００３７】
本発明の第２の態様によれば、エネルギー捕捉装置の下流の伴流から流体フローデータを取得するように構成された検知装置と、入射リソースの平均方向とエネルギー捕捉装置の角度との間の差を示す出力値を提供する通信装置とを備える、システムが提供される。
【００３８】
検知装置は、エネルギー捕捉装置に装着又は他の態様で配置することができる。
【００３９】
エネルギー捕捉装置は、ロータを備えることができる。エネルギー捕捉装置は、複数のブレードを備えることができる。
【００４０】
エネルギー捕捉装置は、ナセルを備えることができる。
【００４１】
検知装置は、エネルギー捕捉装置のナセルに設けることができる。
【００４２】
検知装置は、エネルギー捕捉装置からの伴流をスキャンするように構成することができる。
【００４３】
基準点は、タービン軸／ナセル軸にあるかその近傍にある。
【００４４】
エネルギー捕捉装置は、任意の適切な形態及び構造のものとすることができる。
【００４５】
特定の実施形態において、エネルギー捕捉装置は、風力タービン等の風力エネルギー抽出装置を備えることができる。
【００４６】
検知装置は、任意の適切な形態及び構造のものとすることができる。
【００４７】
検知装置は、遠隔検知装置を備えることができる。
【００４８】
検知装置は、３次元の流れ場にわたる空気フロー速度等の流体フロー速度を測定するように構成してもよい。
【００４９】
特定の実施形態では、検知装置は、ライダー検知装置を備えることができる。
【００５０】
代替的に、検知装置は、ソーダー検知装置を備えることができる。
【００５１】
本システムは、制御システムを備えることができる。
【００５２】
制御システムは、エネルギー捕捉装置の位置、例えばヨー角を調整するように構成することができる。
【００５３】
通信装置は、任意の適切な形態及び構造のものとすることができる。
【００５４】
通信装置は、出力値を制御システムへ伝送するように構成することができる。
【００５５】
代替的に、あるいは追加的に、通信装置は、出力値を遠隔位置へ伝送するように構成することができる。
【００５６】
上記で規定した本発明の任意の態様、又は本発明の任意の具体的実施形態との関連で後述される特徴は、単体で又は規定される他の特徴と組み合わせて、本発明の任意の他の態様又は実施形態に適用することができることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
本発明のこれら及び他の態様を、添付の図面を参照して例示的な例により説明する。
【００５８】
【図１】本発明の実施形態による風力タービンシステムの概略図である。
【図２】本発明で用いる検知装置を示す図である。
【図３】第１の位置における、図１の風力タービンシステムの概略平面図である。
【図４】図３に示す第１の位置における風力タービンシステムのためのアジマス角に対して風速をプロットしたグラフである。
【図５】第２の位置における、図１の風力タービンシステムの概略平面図である。
【図６】図５に示す第２の位置における風力タービンシステムのためのアジマス角に対して風速をプロットしたグラフである。
【図７】本発明の別の実施形態による潮力タービンシステムの概略図である。
【図８】本発明で用いる検知装置を示す概略図である。
【図９】第１の位置における、図７の潮力タービンシステムの概略平面図である。
【図１０】図９に示す第１の位置における潮力タービンシステムのためのアジマス角に対して水流速度をプロットしたグラフである。
【図１１】第２の位置における、図７の潮力タービンシステムの概略平面図である。
【図１２】図１１に示す第２の位置における潮力タービンシステムのためのアジマス角に対して水流速度をプロットしたグラフである。
【図１３】本発明の別の実施形態によるタービンシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
先ず、図１を参照するに、本発明の１つの実施形態によるシステム１０の概略斜視図が示されている。
【００６０】
図示の実施形態においては、システム１０は、風力タービンシステムを備えている。しかし、システム１０は他の形態とすることも可能であり、例えば潮力エネルギー捕捉タービンシステム等のシステムを備えることができることを認識されたい。
【００６１】
図１に示すように、風力タービンシステム１０は、タワー１４と、ナセル１６と、半径方向に伸びている複数のブレード２０を有するハブ１８とを有する風力タービン１２を備えている。ハブ１８は、駆動シャフト２４を介して発電機２２に作動的に結合されている。図示の実施形態においては、ギアボックス形態の歯車装置２６が設けられているものの、他の実施形態では歯車装置が設けられていない場合もあり得る。図示の実施形態においては、タービン１２はさらにコントローラ２８を備えており、コントローラ２８は、タービン１２の角度を調整することができるヨー駆動装置３０に作動的に結合されている。
【００６２】
使用時においては、ブレード２０に作用している風Ｗの運動エネルギーが、ナセル１６に対するハブ１８の回転を駆動し、この運動エネルギーは駆動シャフト２４（及び設けられた歯車装置２６）を介して発電機２２に伝達され、ここで電力に変換される。
【００６３】
図１に示すように、また図２も参照するに、システム１０は検知装置３２をさらに備えており、図示の実施形態において検知装置は風力タービン１２のナセル１６上に設けられている。しかし、検知装置３２は遠隔位置やプラットフォームや地面や別の１以上のタービン等の他の適切な位置に配置することができることを認識されたい。
【００６４】
使用時には、第１の位置における風力タービンシステム１０の概略平面図を示す図３も参照するに、検知装置３２は、風力タービン１２の回転中のブレード２０によって生成される下流の伴流３４から、空気フローデータを取得するように構成されている。図示の実施形態では、検知装置３２は光源３６を有するライダーユニット３５を備えており、図示の実施形態では光源はレーザー光源であり、この光源は所望の流れ場に光ビームを送信するためのものであり、本発明の実施形態における流れ場はブレード２０によって生成される流体中の下流流体の伴流３４を含む。ユニット３５はさらに、受信機３８を備えるかあるいは受信機３８に作動的に関連付けられ、図示の実施形態では受信機は光学アンテナであり、受信機は伴流３４から後方に反射される光を検出する。図示の実施形態では、この動作は、埃や、水滴や、汚染物質や、花粉や、塩の結晶等といったような、風によって運ばれる自然環境中のエアロゾルによって反射される光放射の後方散乱を測定することによって達成される。
【００６５】
使用時においては、検知装置３２は、３次元の流れ場にわたる伴流３４における空気フロー速度に関するデータを取得し、このデータは次に、風力タービン１２と入射リソースＷの平均方向Ｄとの相対角度を決定するために処理される。
【００６６】
本発明のシステム及び方法を明らかにするために、図３〜６を参照して風力タービンシステム１０の動作を以下説明する。
【００６７】
上述のように、図３は第１の位置における風力タービンシステム１０の概略平面図であり、風力タービン１２は風Ｗの平均方向Ｄに対して角度θで位置付けられている。
【００６８】
検知装置３２はタービン１２の回転軸４０に位置付けられるか、回転軸に対して調整されており、また、使用時において検知装置３２はタービン１２のブレード２０によって生成される伴流３４を含む３次元の流れ場をスキャンすることによってタービン軸４０に対する風速及びアジマス角データを取得する。図示の実施形態ではスキャンは参照符号４２で示されている。
【００６９】
タービン１２が第１の位置にある場合の、伴流３４のＡ−Ａ断面につき取得された風速及びアジマス角データのプロットを示すグラフを図４に示してある。図３及び図４から分かるように、タービン１２のブレード２０によって生成される伴流３４は偏向され、伴流３４のコア４４は、グラフ内の最低点に示されているように、タービン１２の回転軸４０とずれており、タービン回転軸４０に対するコア４４のアジマス角αは、入射リソースの平均方向Ｄに対するタービン１２のミスアラインメントに相当する。
【００７０】
このようにして、風の方向Ｄに対するタービン１２のミスアラインメントを示す出力を発生させることができ、この出力をオペレータへ伝達するか、又はその出力を用いてタービン１２の角度を図３に示す位置から図５に示す位置へと変更する制御システムへ直接伝達することができる。
【００７１】
図５は、風力タービン１２がその回転軸４０と的確なアラインメントで位置付けられている第２の位置における風力タービンシステム１０の平面図を示し、図６は、タービン１２が第２の位置にある場合に、伴流３４のＢ−Ｂ断面について取得された風速及びアジマス角データのプロットを示すグラフを示している。図５及び図６から分かるように、タービン１２のブレード２０によって生成される伴流３４はタービン回転軸４０の周りに対称であり、伴流３４のコア４４は、グラフにおいて最低点に示されるように、タービン１２の回転軸４０とアラインしている。
【００７２】
本発明の方法及びシステムを活用することによって、高精度で正しいヨーアラインメントを確立することができ、これによってタービン効率及びエネルギー生産を最大化することができる。
【００７３】
本明細書にて説明される実施形態は例示的なものにすぎず、本発明の範囲を逸脱することなく、これらに対して様々な変更を加えることができる、ということを理解されたい。
【００７４】
例えば、上述した特定の実施形態はライダー検知装置を用いる風力エネルギー捕捉システムに関するものであるが、本発明の他の実施形態は他の形態をとることができる。
【００７５】
図７及び図１２を参照するに、ここには本発明の代替的実施形態によるシステム１１０が示されている。システム１１０は水域Ｓ内に配置される潮力エネルギー捕捉システムを備えており、このシステムはソーダー検知装置を用いるが、適宜他の検知装置を用いることも可能であることを認識されたい。
【００７６】
図７に示すように、潮力タービンシステム１１０は、タワー１１４と、ナセル１１６と、半径方向に伸びている複数のブレード１２０を有するハブ１１８とを有する潮力タービン１１２を備えている。ハブ１１８は、駆動シャフト１２４を介して発電機１２２に作動的に結合されている。図示の実施形態においては、ギアボックス形態の歯車装置１２６が設けられているものの、他の実施形態では歯車装置が設けられていない場合もあり得る。図示の実施形態においては、タービン１１２はさらにコントローラ１２８を備えており、コントローラ１２８は、水域中におけるタービン１１２の角度を調整することができるヨー駆動装置１３０に作動的に結合されている。
【００７７】
使用時においては、ブレード１２０に作用している水の運動エネルギーが、ナセル１１６に対するハブ１１８の回転を駆動し、この運動エネルギーは駆動シャフト１２４（及び設けられた歯車装置１２６）を介して発電機１２２に伝達され、ここで電力に変換される。
【００７８】
図７に示すように、また図８も参照するに、システム１１０は検知装置１３２をさらに備えており、図示の実施形態において検知装置は潮力タービン１１２のナセル１１６上に設けられている。しかし、検知装置１３２は遠隔位置やプラットフォームや地面や別の１以上のタービン等の他の適切な位置に配置することができることを認識されたい。
【００７９】
使用時には、第１の位置における潮力タービンシステム１１０の概略平面図を示す図９も参照するに、検知装置１３２は、潮力タービン１１２の回転中のブレード１２０によって生成される下流の伴流１３４から、フローデータを取得するように構成されている。図示の実施形態では、検知装置１３２は所望の流れ場に音波パルスを送信する音源１３６を有するソーダーユニット１３５を備えており、所望の流れ場は本発明の実施形態では、ブレード１２０によって生成される下流流体の伴流１３４を含む。ユニット１３５はさらに、伴流１３４から後方に反射される音波を検出するための受信機１３８を備えるか、あるいは受信機１３８に作動的に関連付けられる。
【００８０】
図示の実施形態では、上記のことは、短い音波パルスを特定の周波数で放出することによって達成される。音波は外方へ上向きに伝播するも、それと同時に音波の一部は後方へと反射される。受信される信号のドップラー周波数シフトは、送信音波経路に整列する流体速度に比例する。これらパルスの３つ又は５つ、例えば垂直方向に沿う１つのパルスと垂直方に対して傾いている２つ又は４つのパルスを組み合わせることによって、平均値と乱流値との双方の３次元の速度場が算出される。
【００８１】
使用時においては、検知装置１３２は、３次元の流れ場にわたる伴流１３４におけるフロー速度に関するデータを取得し、このデータは次に、潮力タービン１１２と入射リソースＷ’の平均方向Ｄ’との相対角度を決定するために処理される。
【００８２】
本発明のシステム及び方法を明らかにするために、図９〜１２を参照して潮力タービンシステム１１０の動作を以下説明する。
【００８３】
上述のように、図９は第１の位置における潮力タービンシステム１１０の概略平面図であり、潮力タービン１１２は入射リソースＷ’の平均方向Ｄ’に対して角度θ’で位置付けられている。
【００８４】
検知装置１３２はタービン１１２の回転軸１４０に位置付けられるか、回転軸に対して調整されており、また、使用時において検知装置１３２はタービン１１２のブレード１２０によって生成される伴流１３４を含む３次元の流れ場をスキャンすることによってタービン軸１４０に対する流速及びアジマス角データを取得する。図示の実施形態ではスキャンは参照符号１４２で示されている。
【００８５】
タービン１１２が第１の位置にある場合の、伴流１３４のＣ−Ｃ断面について取得された流速及びアジマス角データのプロットを示すグラフを図１０に示してある。図９及び図１０から分かるように、タービン１１２のブレード１２０によって生成される伴流１３４は偏向され、伴流１３４のコア１４４はグラフの最低点に示されているように、タービン１１２の回転軸１４０からはずれており、タービン回転軸１４０に対するコア１４４のアジマス角α’は入射リソースの平均方向Ｄ’に対するタービン１１２のミスアラインメントに相当する。
【００８６】
このようにして、フロー方向Ｄ’に対するタービン１１２のミスアラインメントを示す出力を発生させることができ、この出力をオペレータへ伝達するか、又はその出力を用いて、タービン１１２の角度を図９に示す位置から図１１に示す位置へと変更する制御システムへ直接伝達することができる。
【００８７】
図９は、潮力タービン１１２がその回転軸１４０と的確なアラインメントで位置付けられている第２の位置における潮力タービンシステム１１０の平面図を示し、図１２は、タービン１１２が第２の位置にある場合の伴流１３４のＤ−Ｄ断面について取得された流速及びアジマス角データのプロットを示すグラフを示している。図１１及び図１２から分かるように、タービン１１２のブレード１２０によって生成される伴流１３４はタービン回転軸１４０の周りに対称であり、伴流１３４のコア１４４はグラフの最低点に示されるように、タービン１１２の回転軸１４０とアラインしている。
【００８８】
上述した実施形態では検知装置はタービン上に設置されているものの、検知装置は伴流を測定することができる任意の他の適切な位置に配置することもできることを認識されたい。
【００８９】
図１３を参照するに、ここには本発明の代替的な実施形態によるシステム２１０が示されている。システム２１０は、上述のシステム１０，１１０に類似しており、差異点は検知装置２３２が地上に配置されている点にある。
【００９０】
図１３に示すように、タービンシステム２１０は、タワー２１４と、ナセル２１６と、半径方向に伸びている複数のブレード２２０を有するハブ２１８とを有するタービン２１２を備えている。ハブ２１８は、駆動シャフト２２４を介して発電機２２２に作動的に結合されている。図示の実施形態においては、ギアボックス形態の歯車装置２２６が設けられているものの、他の実施形態では歯車装置が設けられていない場合もあり得る。図示の実施形態においては、タービン２１２はさらにコントローラ２２８を備えており、コントローラ２２８は、タービン２１２の角度を調整することができるヨー駆動装置２３０に作動的に結合されている。
【００９１】
使用時においては、ブレード２２０に作用する入射リソース（例えば、空気又は水）の運動エネルギーが、ナセル２１６に対するハブ２１８の回転を駆動し、この運動エネルギーは駆動シャフト２２４（及び設けられた歯車装置２２６）を介して発電機２２２へと伝達され、ここで電力に変換される。
【００９２】
上述したように、この実施形態では検知装置２３２は地上に設置されており、タービン２１２の回転するブレード２２０によって生成される下流の伴流２３４からフローデータを取得するように構成されている。検知装置２３２それ自体は任意の適切な形態のものとすることができ、例えば上述した検知装置３２等のライダー検知装置としたり、上述した検知装置１３２等のソーダー検知装置としたりすることができる。
【００９３】
本発明の方法及びシステムは、エネルギー捕捉装置の寿命期間中、多数の異なる方法で、種々の例に用いることができる、ということを認識されたい。例えば、本技術は検知装置の短期的な適用で済み、その後は、アラインメントを修正して検知装置を外して別の位置での使用に供することができる。代替的には、検知装置は継続運用のために現場にそのまま残すこともできる。
【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】
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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】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月7日(2016.11.7)
【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】
エネルギー捕捉装置によって生成される下流流体の伴流から流体フローデータを取得するステップと、
前記取得されたデータに基づいて、前記エネルギー捕捉装置に作用している流体フローの方向に対する前記エネルギー捕捉装置のヨー角を示す出力値を提供するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
遠隔検知装置を用いて前記エネルギー捕捉装置から前記下流流体の伴流をスキャンするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記伴流の形状及び強度の少なくとも１つを測定及び／又はマッピングするステップを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記流体フローデータは、流体速度データ、空気フロー速度データ、前記エネルギー捕捉装置の軸に対する流体位置データ及び／又は流体方向データ、前記エネルギー捕捉装置の軸に対する前記流体のアジマス角に関するデータの少なくとも１つを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記取得された流体フローデータから前記伴流のコアを決定するステップを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記流体フローデータをプロットして前記伴流のコアを決定するステップを含む、請求項５に記載の方法であって、前記流体フローデータをプロットするステップは、
前記エネルギー捕捉装置の軸に対する流体位置データに対して前記流体フロー速度データをプロットして前記伴流のコアを決定するステップ、
前記伴流の断面からの前記流体フローデータをプロットして前記伴流のコアを決定するステップ
の少なくとも１つを伴う、方法。
【請求項７】
前記流体フローデータは３次元の流れ場にわたって取得される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記検知装置はライダー検知装置を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記検知装置はソーダー検知装置を備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記エネルギー捕捉装置のヨー角を調整するステップを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記出力値を制御システムへ伝達するステップを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記制御システムが前記エネルギー捕捉装置の位置をリアルタイムで調整するように前記出力値を前記制御システムへ直接伝達するステップ、
前記制御システムが前記エネルギー捕捉装置の位置を所定の時間閾値に基づいて調整するように前記出力値を前記制御システムへ直接伝達するステップ、及び／又は、
前記エネルギー捕捉装置に作用している流体の方向に対する前記エネルギー捕捉装置のヨー角が、所定の閾値を越える場合に、前記制御システムが前記エネルギー捕捉装置の位置を調整するように、前記出力値を前記制御システムへ直接伝達するステップ
の少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記出力値を遠隔位置へ伝達するステップを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
エネルギー捕捉装置の下流側の伴流から流体フローデータを取得するように構成された検知装置と、
入射リソースの平均方向と前記エネルギー捕捉装置の角度との間の差を示す出力値を提供する通信装置と
を備える、システム。
【請求項１５】
前記検知装置は前記エネルギー捕捉装置上に装着又は他の態様で位置付けられる、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記検知装置は前記エネルギー捕捉装置からの前記伴流をスキャンするように構成されている、請求項１４又は１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記エネルギー捕捉装置は風力エネルギー抽出装置を備える、請求項１４、１５又は１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記エネルギー捕捉装置は潮力エネルギー抽出装置を備える、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記検知装置は遠隔検知装置を備える、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記検知装置は流体フロー速度を測定すること及び
前記検知装置は３次元の流れ場にわたる流体フロー速度を測定すること
の少なくとも１つをするように構成されている、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記検知装置はライダー検知装置を備える、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記検知装置はソーダー検知装置を備える、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記エネルギー捕捉装置の位置を調整するように構成されている制御システムを備える、請求項１４〜２２のいずれか一項に記載のシステム。
【国際調査報告】
2017506311.tif 000016
2017506311.tif 000017
2017506311.tif 000018