(57)【要約】【課題】低温でもより効果的な風力発電設備の動作を可能とすること。【解決手段】風力発電設備は、少なくとも１つのロータブレード（１０８）と、少なくとも１つのロータブレード（１０８）の少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置（４００）と、風力発電設備（１００）の領域または周囲における屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサ（５１０）と、風力発電設備（１００）の領域または周囲における空気中の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサ（５２０）と、温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置（４００）を活性化する制御ユニット（３００）と、を備えている。温度の閾値は５℃であり、空気中の湿度の閾値は７０％である。【選択図】図２
2016517919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのロータブレード（１０８）と、
少なくとも１つのロータブレード（１０８）の少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置（４００）と、
風力発電設備（１００）の領域または周囲における屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサ（５１０）と、
風力発電設備（１００）の領域または周囲における空気中の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサ（５２０）と、
温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置（４００）を活性化する制御ユニット（３００）と、を備え、
温度の閾値は５℃であり、空気中の湿度の閾値は７０％である、
ことを特徴とする風力発電設備（１００）。
【請求項２】
温度の閾値は２℃であり、空気中の湿度の閾値は略９５％である、
請求項１に記載の風力発電設備（１００）。
【請求項３】
ブレード加熱装置（４００）は、少なくとも１つのロータブレード（１０８）の前縁部を加熱するように構成されている、
請求項１または２に記載の風力発電設備。
【請求項４】
少なくとも１つのロータブレード（１０８）と、少なくとも１つのロータブレード（１０８）の少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置（４００）と、風力発電設備（１００）の領域の屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサ（５１０）と、風力発電設備（１００）の領域の空気中の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサ（５２０）と、を備えた風力発電設備を動作させる方法であって、
少なくとも１つの温度センサ（５１０）によって風力発電設備（１００）の領域における屋外温度を測定するステップと、
少なくとも１つの空気中湿度センサ（５２０）によって風力発電設備（１００）の領域における空気中の湿度を測定するステップと、
温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置（４００）を活性化するステップと、を含み、
温度の閾値は５℃であり、空気中の湿度の閾値は７０％である、
ことを特徴とする風力発電設備の動作方法。
【請求項５】
少なくとも１つのロータブレード（１０８）と、
少なくとも１つのロータブレード（１０８）の少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置（４００）と、
風力発電設備（１００）の領域または周囲における屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサ（５１０）と、
風力発電設備（１００）の領域または周囲における空気の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサ（５２０）と、
２℃の温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の勾配の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置（４００）を活性化する制御ユニット（３００）と、を備える、
ことを特徴とする風力発電設備（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電設備、および、風力発電設備を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一定の温度以下では、風力発電設備のロータブレード上に結氷が生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００４／１０４４１２号
【特許文献２】国際公開第２０１１／１３１５２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような結氷または着氷は、ロータブレードから氷が脱落して周辺に飛散した場合、風力発電設備の周辺の人や建物を危険にさらすおそれがあるため、好ましくない。さらに、ロータブレード上における結氷または着氷は空気力学的挙動を変化させ、風力発電設備を、もはや最適に動作させることが不可能となる。
【０００５】
国際公開第２００４／１０４４１２号（特許文献１）には、風力発電設備の周囲における温度を検出する風力発電設備の動作方法が記載されている。さらに、風力発電設備の動作パラメータが検出される。検出された動作パラメータと保持する動作パラメータとが異なる場合、屋外温度が調べられる。屋外温度が閾値を下回る場合、風力発電設備の動作は影響を受けるおそれがある。しかし、温度が閾値を上回る場合、保持するパラメータは検出されたパラメータに適合させられる。
【０００６】
国際公開第２０１１／１３１５２２号（特許文献２）には、風力発電設備の動作パラメータを検出して、予め定義された基準値と比較する風力発電設備の運転方法が記載されている。検出された動作パラメータと基準動作パラメータとの差が閾値を上回る場合、ロータブレードは、形成された着氷を取り除くために加熱される。
【０００７】
本発明の課題は、低温でもより効果的な風力発電設備の動作を可能とする風力発電設備および風力発電設備を動作させる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題は、請求項１および５に係る風力発電設備、ならびに、請求項４に係る風力発電設備の動作方法によって解決される。
【０００９】
風力発電設備は、少なくとも１つのロータブレードと、少なくとも１つのロータブレードの少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置と、風力発電設備の領域または周囲における屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサと、風力発電設備の領域または周囲における空気中の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサと、温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置を活性化する制御ユニットと、を備えている。温度の閾値は５℃であり、空気中の湿度の閾値は７０％である。
【００１０】
本発明の一態様によると、温度の閾値は２℃であり、空気中の湿度の閾値は略９５％である。
【００１１】
本発明は、同様に、少なくとも１つのロータブレードと、ロータブレード（複数）の少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置と、風力発電設備の領域の屋外温度を検出する温度センサと、風力発電設備の領域の空気中の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサと、を備えた風力発電設備を動作させる方法に関する。ブレード加熱装置は、温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の閾値を上回る場合、活性化される。温度の閾値は５℃であり、空気中の湿度の閾値は７０％である。
【００１２】
本発明は、同様に、ロータブレードと、ロータブレードを加熱するブレード加熱装置と、風力発電設備の領域における屋外温度を検出する温度センサと、風力発電設備の領域における空気の湿度を検出する空気中湿度センサと、２℃の温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の勾配の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置を活性化する制御ユニットと、を備えた風力発電設備に関する。
【００１３】
本発明は、予防的に、すなわち、風力発電設備のロータブレード上の着氷または結氷が生じる前に、ロータブレードの加熱装置を活性化する技術思想に関連する。ロータブレードの加熱装置は、屋外温度と、空気中の相対湿度、または、空気中の湿度の変化とに依存して活性化される。
【００１４】
本発明のさらなる実施例は、従属項の主題を構成する。
【００１５】
本発明の利点および実施例は、以下に図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明に係る風力発電設備を示す。
【図２】図２は、本発明に係る風力発電設備の概略ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明に係る風力発電設備を示す。ナセル１０４上には、３つのロータブレード１０８を有するロータ１０６と、スピナ１１０が設けられている。ロータ１０６は動作時において風によって回転し、ナセル１０４内の発電機を駆動する。ロータブレードは、前縁部１０８ａと後縁部１０８ｂを有する。
【００１８】
図２は、本発明に係る風力発電設備の概略ブロック図を示す。本発明に係る風力発電設備１００は、発電機２００と、制御ユニット３００と、ロータブレード１０８の少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置４００と、複数のセンサから成るセンサ群５００とを備えている。センサ群５００は、風力発電設備の近傍または周囲における温度を検出する少なくとも１つの温度センサ５１０と、風力発電設備の近傍または周囲における空気の湿度を検出するために設けられた空気中湿度センサ５２０とを備えている。センサ群５００による測定結果は、制御ユニット３００に転送される。制御ユニット３００は、ロータブレード１０８を加熱するために、測定結果に基づいてブレード加熱装置４００を活性化する。
【００１９】
このように、ブレード加熱装置４００は屋外温度および空気の相対湿度に依存して制御ないし活性化される。加熱装置４００を予防的に活性化することによって、ロータブレードの空気力学的に重要な領域（ないし範囲）における結氷を未然に防ぐことが可能となる。このためにブレード加熱装置４００が活性化され、ロータブレードは少なくとも空気力学的に重要な領域において加熱される。この空気力学的に重要な領域は、特にロータブレードの前縁領域である。例えばロータブレードの後縁領域のように空気力学的に重要性が低い領域も、必要に応じてブレード加熱装置４００によって、氷がない状態に維持することができる。しかし、これは単に必要に応じて行われるもの（オプション）にすぎない。
【００２０】
本発明によると、制御ユニット３００が風力発電設備の動作を制御するために自動モードの状態である場合、ブレード加熱装置４００によるブレードの予防的な加熱が活性化される。例えば、制御ユニット３００には、空気中の湿度および屋外温度に対する閾値が記憶され、または、蓄積されている。本発明の実施例によると、ブレード加熱装置４００は、空気中の湿度が７０％よりも高く、かつ、屋外温度が５℃よりも低い場合、活性化される。必要に応じて、ブレード加熱装置は、屋外温度が２℃以下であり、かつ、空気中の湿度が９５％以上である場合、活性化されるようにしてもよい。
【００２１】
必要に応じて、気圧センサ５４０と、風力発電設備への立ち入りを監視するセンサ群５３０を設けることができる。
【００２２】
本発明によると、空気中の湿度および屋外温度に対する閾値は、風力発電設備の設置場所に応じて選択することができる。
【００２３】
かかる温度（ないし、その閾値）が高くなるに従って、ロータブレードの加熱装置はより早く活性化される。また、かかる空気中の湿度（ないし、その閾値）が高くなるに従って、加熱装置はより遅れて活性化される。
【００２４】
必要に応じて、屋外温度に対するセンサと空気中の相対湿度に対するセンサ（湿度センサ）とを隣接させてナセル内に設けることができる。既存の風力発電設備の場合、屋外温度センサがすでに設けられており、空気中の相対湿度に対するセンサを追加装備する必要があるにすぎない。
【００２５】
本発明によると、温度センサ５１０により検出された屋外温度が２℃以下であり、かつ、空気中の相対湿度が７０％以上である場合、ブレード加熱装置４００は制御ユニット３００によって活性化される。すなわち、温度の閾値を下回るとともに、空気中の湿度の閾値を上回った場合、ブレード加熱装置が活性されるようにしてもよい。制御ユニット３００によるブレード加熱装置４００は、風力発電設備が動作中であるか、または静止しているかに依らずに活性化されるようにしてもよい。好ましくは、ブレード加熱装置４００に必要とされるエネルギーは、まず第１に、風力発電設備によって生成された電力によって賄われる。
【００２６】
ブレード加熱装置４００は、特に、着氷（ないし結氷）を防止するために、例えば前縁部１０８ａのような空気力学的に重要な部分が加熱されるように構成することができる。
【００２７】
本発明によると、ブレード加熱装置４００には、最大消費電力を割り当てることができる。例えば風がないため風力発電設備によって十分な電力が供給されない場合、ブレード加熱装置４００に必要な電力は電力供給網から得ることができる。しかし、これが適用されるのは、予め定義されたブレード加熱装置４００の許容電力の範囲内のみである。
【００２８】
本発明の一態様によると、制御ユニット３００は、実際のパワー曲線と記憶するパワー曲線とを比較することによって、風力発電設備１００のロータブレード１０８上への着氷を検出するように構成することができる。この代わりに、着氷を検出するために他の公知の方法を用いてもよい。ブレード加熱装置４００を予防的に活性化したにも関わらず、ロータブレード１０８への着氷が検出された場合、風力発電設備１００は緊急停止させるようにしてもよい。このとき、ロータブレード１０８がブレード加熱装置４００によって除氷されるように、制御ユニット３００は予防的なブレード加熱動作モードから自動で氷を除去するように切り替えられてもよい。ブレードの除氷が完了すると、制御ユニット３００は再び自動運転に切り替えられ、予防的なブレード加熱装置４００は屋外温度と空気中の湿度に応じて活性化することができる。
【００２９】
本発明の他の態様によると、制御ユニット３００は、メンテナンス用スイッチがオンにされると、もしくは、停止スイッチが作動されると、または、保守担当者が風力発電設備に足を踏み入れた場合、予防的なブレード加熱装置４００を有効化または無効化することができる。このため、風力発電設備のメンテナンススイッチもしくは停止スイッチ、または、風力発電設備のドアに、適当なセンサ群５３０を設けることができる。保守担当者が再び風力発電設備から立ち去り、風力発電設備の通常動作が再開された場合、制御ユニット３００は、屋外温度が閾値よりも低下し、空気中の相対湿度が閾値よりも高くなったときに、予防的なブレード加熱装置４００を活性化する。
【００３０】
本発明によると、必要に応じて、風力発電設備の近傍ないし周囲の気圧を測定するためにセンサ５４０を設けることができる。制御ユニット３００は、気圧センサ５４０によって測定された気圧に応じて、ブレード加熱装置４００の動作に影響を与えるように構成することができる。
【００３１】
他の実施例によると、制御ユニットは、温度が２℃の閾値よりも低下し、かつ、空気中の湿度の勾配が閾値を上回る場合、ブレード加熱装置を活性化する。空気中の湿度の勾配が大きくなるに従って、ブレード加熱装置をより早く活性化する必要がある。したがって、ブレード加熱装置の活性化の際、温度のみならず、空気中の湿度の勾配、すなわち、空気中の湿度の時間的推移も併せて考慮される。
【００３２】
本発明に係るブレード加熱装置は、空気加熱装置、加熱マット等として構成することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１００    風力発電設備
１０４    ナセル（ゴンドラ）
１０６    ロータ
１０８    ロータブレード
１０８ａ    前縁部
１０８ｂ    後縁部
１１０    スピナ
２００    発電機
３００    制御ユニット
４００    ブレード加熱装置
５００    センサ群
５１０    温度センサ
５２０    空気中湿度センサ
５３０    センサ群
５４０    気圧センサ
【図１】
2016517919.tif 000003
【図２】
2016517919.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月28日(2015.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
かかる課題は、請求項１および５に係る風力発電設備、ならびに、請求項４に係る風力発電設備の動作方法によって解決される。
本発明の第１の態様に係る風力発電設備（１００）は、少なくとも１つのロータブレード（１０８）と、少なくとも１つのロータブレード（１０８）の少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置（４００）と、風力発電設備（１００）の領域または周囲における屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサ（５１０）と、風力発電設備（１００）の領域または周囲における空気中の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサ（５２０）と、温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置（４００）を活性化する制御ユニット（３００）と、を備え、温度の閾値は５℃であり、空気中の湿度の閾値は７０％である。
本発明の第２の態様に係る風力発電設備の動作方法は、少なくとも１つのロータブレード（１０８）と、少なくとも１つのロータブレード（１０８）の少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置（４００）と、風力発電設備（１００）の領域の屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサ（５１０）と、風力発電設備（１００）の領域の空気中の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサ（５２０）と、を備えた風力発電設備を動作させる方法であって、少なくとも１つの温度センサ（５１０）によって風力発電設備（１００）の領域における屋外温度を測定するステップと、少なくとも１つの空気中湿度センサ（５２０）によって風力発電設備（１００）の領域における空気中の湿度を測定するステップと、温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置（４００）を活性化するステップと、を含み、温度の閾値は５℃であり、空気中の湿度の閾値は７０％である。
本発明の第３の態様に係る風力発電設備（１００）は、少なくとも１つのロータブレード（１０８）と、少なくとも１つのロータブレード（１０８）の少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置（４００）と、風力発電設備（１００）の領域または周囲における屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサ（５１０）と、風力発電設備（１００）の領域または周囲における空気の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサ（５２０）と、２℃の温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の勾配の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置（４００）を活性化する制御ユニット（３００）と、を備えている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
本発明に係るブレード加熱装置は、空気加熱装置、加熱マット等として構成することができる。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は、図示した形態に限定することを意図するものではなく、専ら理解を助けるためのものである。
また、本発明において、さらに以下の形態が可能である。
［形態１］
少なくとも１つのロータブレードと、
少なくとも１つのロータブレードの少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置と、
風力発電設備の領域または周囲における屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサと、
風力発電設備の領域または周囲における空気中の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサと、
温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置を活性化する制御ユニットと、を備え、
温度の閾値は５℃であり、空気中の湿度の閾値は７０％である、
ことを特徴とする風力発電設備。
［形態２］
温度の閾値は２℃であり、空気中の湿度の閾値は略９５％である、
形態１に記載の風力発電設備。
［形態３］
ブレード加熱装置は、少なくとも１つのロータブレードの前縁部を加熱するように構成されている、
形態１または２に記載の風力発電設備。
［形態４］
少なくとも１つのロータブレードと、少なくとも１つのロータブレードの少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置と、風力発電設備の領域の屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサと、風力発電設備の領域の空気中の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサと、を備えた風力発電設備を動作させる方法であって、
少なくとも１つの温度センサによって風力発電設備の領域における屋外温度を測定するステップと、
少なくとも１つの空気中湿度センサによって風力発電設備の領域における空気中の湿度を測定するステップと、
温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置を活性化するステップと、を含み、
温度の閾値は５℃であり、空気中の湿度の閾値は７０％である、
ことを特徴とする風力発電設備の動作方法。
［形態５］
少なくとも１つのロータブレードと、
少なくとも１つのロータブレードの少なくとも一部を加熱するブレード加熱装置と、
風力発電設備の領域または周囲における屋外温度を検出する少なくとも１つの温度センサと、
風力発電設備の領域または周囲における空気の湿度を検出する少なくとも１つの空気中湿度センサと、
２℃の温度の閾値を下回るとともに空気中の湿度の勾配の閾値を上回る場合、ブレード加熱装置を活性化する制御ユニットと、を備える、
ことを特徴とする風力発電設備。
【国際調査報告】
2016517919.tif 000005
2016517919.tif 000006
2016517919.tif 000007
2016517919.tif 000008
2016517919.tif 000009
2016517919.tif 000010