(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置から離れた場所において自然光を受光する受光体と、
その受光体にて受光した状態を感知して飛来物の存在を検知する検知手段と、
その検知手段の検知結果を前記の風力発電装置に出力する出力手段と、を備え、
前記の受光体は、複数列をなした受光素子を備え、
前記の検知手段は、前記の受光体における複数列の受光素子の受ける受光が、前記の風力発電装置から遠い側から近い側に連続して遮られたことを検知することによって飛来物の接近を検知することとした飛来物検知装置。
【請求項２】
検知手段が検知した飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手段を備え、
その予想到達時間に達する前に風力発電装置を回転停止ポジションに変更するように、前記の出力手段が制御信号を出力することとした請求項１に記載の飛来物検知装置。
【請求項３】
風力発電装置から離れた場所において自然光を受光する受光体と、
その受光体にて受光した状態を感知して飛来物の存在を検知する検知手段と、
その検知手段の検知結果を前記の風力発電装置に出力する出力手段と、を備えた飛来物検知装置を用いて飛来物を検知する方法であって、
前記の検知手段は、前記の受光体における複数列の受光素子の受ける受光が、前記の風力発電装置から遠い側から近い側に連続して遮られたことを検知することによって飛来物の接近を検知する飛来物検知手順と、
その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記の出力手段によって検知結果を前記の風力発電装置に出力する出力手順と、を備えたことを特徴とする飛来物検知方法。
【請求項４】
風力発電装置から離れた場所において自然光を受光する受光体と、
その受光体にて受光した状態を感知して飛来物の存在を検知する検知手段と、
その検知手段の検知結果を前記の風力発電装置に出力する出力手段と、を備えた飛来物検知装置を用いて飛来物を検知するコンピュータプログラムであって、
前記の検知手段は、前記の受光体における複数列の受光素子の受ける受光が、前記の風力発電装置から遠い側から近い側に連続して遮られたことを検知することによって飛来物の接近を検知する飛来物検知手順と、
その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記の出力手段によって検知結果を前記の風力発電装置に出力する出力手順と、を飛来物検知装置の制御用コンピュータに実行させることとしたことを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に対して近づいてくる飛来物（主に鳥類）がある場合に、その飛来物がブレードに衝突する事態を回避する技術、およびそれに関連する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、単機あたりの出力を向上させるため、風力発電装置は大型化している。一般的な大型の風力発電装置は、高さ３０〜８０メートル程度のタワーに設置され、そのような風力発電装置のブレードは２０〜５０メートルであるので、最高位は地上から１３０メートルにも達する。
このような高さは、当該風力発電装置が設置された場所の近隣に生息する鳥類（猛禽類など）の飛行高さ、渡り鳥の巡航飛行の高さに達する場合もある。そして、飛行する鳥類は高速で回転するブレードを視認しにくいためか、ブレードに衝突して絶命する事故（バードストライク）が発生することがある。
【０００３】
バードストライクや飛来物の衝突事故を防止するための技術として、特許文献１に開示される技術がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２５２６６号公報
【０００５】
この特許文献１に開示される風力発電装置は、風上前方の飛来物を検知可能な障害物探査装置と、回転停止ポジションを含めたブレードの角度変更を制御するブレード角度制御手段とを備える。飛来物が接近してきたと判断した場合に、前記ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジションに変更するのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される風力発電装置の障害物探査装置において撮像および画像解析に基づいて飛来物の存在を確認する装置を採用する場合、自然光による画像取り込みに頼っている。鳥類は飛行速度が速い（約２０メートル／秒）ので、夕暮れ時や曇天時などには、障害物を探査しきれないことがありうる。レーザ光を照射するといった照射装置を採用すると、設備コストおよび運用コストが膨大に膨らんでしまう。
【０００７】
また、前記の障害物探査装置は、風上前方における飛来物を捉えることとしているが、前方のみでは十分ではない場合がありうる。飛来物を捉える領域として広域をカバーするには多数のカメラモジュール（Ｃ−ＭＯＳセンサなど）が必要となってしまう。その場合には、制御に係るシステムの大型化、メンテナンスの複雑化などが伴うこととなってしまう。
更に、ウィンドファームのように、風力発電装置が多数設置されていると、探査しなければならない領域が広がり、ますます多くのカメラモジュールが必要となってしまう。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な風力発電装置に対して、探査性能を向上しつつ、広域を効率的にカバーできる技術を提供することである。
ここで、請求項１から請求項２に記載の発明の目的は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物検知装置を提供することにある。
また、請求項３または請求項４に記載の発明の目的は、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物検知方法またはそのためのコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、図面および対応する符号とともに説明する。
（請求項１）
請求項１記載の発明は、  風力発電装置(10)から離れた場所において自然光を受光する受光体(40,50)と、  その受光体(40,50)にて受光した状態を感知して飛来物の存在を検知する検知手段(60)と、  その検知手段(60)の検知結果を前記の風力発電装置(10)に出力する出力手段と、を備える。
前記の受光体(40,50)は、複数列をなした受光素子を備え、  前記の検知手段(60)は、前記の受光体(40,50)における複数列の受光素子の受ける受光が、前記の風力発電装置から遠い側(40)から近い側(50)に連続して遮られたことを検知することによって飛来物の接近を検知することとした飛来物検知装置である。
【００１０】
（用語説明）
上記発明における受光体は、いわゆるラインセンサが一般的である。そのラインセンサを少なくとも二本用い、その二本ともを横切った飛来物を検知する。
「飛来物」とは、鳥類などの生き物の他、風に飛ばされてくる物体を含む。
「出力手段」とは、風力発電装置に対する制御信号を発信する場合のほか、光や音による警告を発するための装置も含む。
【００１１】
（作用）
受光体(40,50)は、自然光を受光する。受光が遮られた場合には、受光体(40,50)の前を飛来物が存在していると想定することができる。
本請求項に係る発明においては、風力発電装置(10)から遠い側の受光体(40)から近い側の受光体(50)に連続して受光が遮られた場合、飛来物が風力発電装置(10)に向かって飛来していると想定し、飛来物が接近したと検知する。その検知結果を出力手段が風力発電装置(10)に出力することで、飛来物によるブレードの破損や、バードストライクを未然に防ぐ確率を高める。
カメラなどを用いて映像を取得する手法と異なり、映像データの処理などに必要となる機器類が不要となり、設備を簡素化できる。
【００１２】
（請求項２）
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の飛来物検知装置を限定したものである。
すなわち、検知手段(60)が検知した飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手段を備え、  その予想到達時間に達する前に風力発電装置を回転停止ポジションに変更するように、前記の出力手段が制御信号を出力することを特徴とする。
【００１３】
（用語説明）
「到達時間算出手段」とは、障害物検知装置が飛来物を連続的に探査し、飛来物の速度と距離とから飛来物が到達する時間を予測するものである。
換言すれば、飛来物の接近を検知して風力発電装置の回転停止が必要であると判断した場合に、回転を停止するために必要な時間（たとえば３秒前後）を確保できるだけの遠方の飛来物を探査する必要がある。
「回転停止ポジション」とは、風力発電装置がたとえばブレード式であれば、回転しないような角度に変更されたポジション、回転に対してブレーキが掛かるポジションである。
【００１４】
（作用）
本請求項に係る飛来物検知装置は、連続的に飛来物を探査している。
飛来物を探知した場合には、飛来物の予想到達時間を到達時間算出手段が算出するとともに、その予想到達時間に達する前に回転停止ポジションに変更するように風力発電装置を制御するための制御信号を、出力手段が出力する。ブレード式の風力発電装置であれば、そのブレードが停止または十分な減速をしていれば、飛来する鳥が視認しやすいため、自ら回避する可能性が高まる。なお、ブレードはハブから放射状に３枚程度固定された細身の形状をなすものが多いので、飛来物が鳥以外の単なる物体である場合でも、ブレードに衝突する確率を低めることができる。
【００１５】
（請求項３）
請求項３に記載の発明は、  風力発電装置(10)から離れた場所において自然光を受光する受光体(40,50)と、  その受光体(40,50)にて受光した状態を感知して飛来物の存在を検知する検知手段(60)と、  その検知手段(60)の検知結果を前記の風力発電装置(10)に出力する出力手段と、を備えた飛来物検知装置を用いて飛来物を検知する方法に係る。
前記の検知手段(60)は、前記の受光体(40,50)における複数列の受光素子の受ける受光が、前記の風力発電装置(10)から遠い側(21)から近い側(22)に連続して遮られたことを検知することによって飛来物の接近を検知する飛来物検知手順と、  その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記の出力手段によって検知結果を前記の風力発電装置に出力する出力手順と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
（請求項４）
請求項４記載の発明は  風力発電装置から離れた場所において自然光を受光する受光体(40,50)と、  その受光体(40,50)にて受光した状態を感知して飛来物の存在を検知する検知手段(60)と、  その検知手段(60)の検知結果を前記の風力発電装置(10)に出力する出力手段と、を備えた飛来物検知装置を用いて飛来物を検知するコンピュータプログラムに係る。
すなわち、前記の検知手段は、前記の受光体における複数列の受光素子の受ける受光が、前記の風力発電装置から遠い側から近い側に連続して遮られたことを検知することによって飛来物の接近を検知する飛来物検知手順と、  その飛来物検知手順にて飛来物を検知した場合には、前記の出力手段によって検知結果を前記の風力発電装置に出力する出力手順と、を飛来物検知装置の制御用コンピュータに実行させることとしたことを特徴とするコンピュータプログラムである。
【００１７】
請求項４に係るコンピュータプログラムを、チップ化して飛来物検知装置の制御装置とすることもできる。
また、記録媒体へ記憶させて提供することもできる。ここで、「記録媒体」とは、それ自身では空間を占有し得ないプログラムを担持することができる媒体であり、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ（光磁気ディスク）、ＤＶＤ−Ｒなどである。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１および請求項２に記載の発明によれば、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物検知装置を提供することができた。
また、請求項３または請求項４に記載の発明によれば、飛来物によるブレードの破損やバードストライクを減らすことが可能な飛来物検知方法またはそのためのコンピュータプログラムを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本願発明の実施の形態について、図面を参照させながら説明する。
ここで使用する図面は、図１から図６である。図１および図２は  第一の実施形態を示す概念図である。図３は、第二の実施形態を示す二面図であり、図４は、第三の実施形態を示す平面図である。図５は、制御プロセスを示すフローチャートであり、図６は、風速と発電量とを示すグラフである。
【００２０】
（図１）
図１に示す第一の実施形態では、ブレード式の風力発電装置１０から６０メートル以上離れた位置に、ラインセンサの映像エリアが設定可能であるように、ラインセンサを設置する。映像エリアの間隔は、Δｘとする。当該風力発電装置１０から遠い側に設けられた映像エリアの断面を第一撮像エリア断面２１とし、近い位置のものを第二撮像エリア断面２２とする。第一撮像エリア断面２１に対応する受光体は第一受光体４０、第二撮像エリア断面２２に対応する受光体は第二受光体５０である。受光体４０，５０は、それぞれレンズ４１，５１およびラインセンサ４２，５２を備える。
【００２１】
第一撮像エリア断面２１に入る光（例えば，自然光）は、レンズ４１を介してラインセンサ４２が受光する。第一撮像エリア断面２１に入る光のどれもが遮られなければ、ラインセンサ４２は、すべての撮像エリア断面からの光を受光できる。第二撮像エリア断面２２に入る光は、レンズ５１を介してラインセンサ５２が受光する。第二撮像エリア断面２２に入る光のどれもが遮られなければ、ラインセンサ５２は、すべての撮像エリア断面からの光を受光できる。図１においては、各ラインセンサが感知可能な範囲をαとして図示している。
【００２２】
ある鳥が第一撮像エリア断面２１および第二撮像エリア断面２２の光を横切ったとする。第一受光体４０のラインセンサ４２も第二受光体５０のラインセンサ５２も、その鳥によって遮られた光は、どの部位でどの時刻に生じたのかというデータを、検知手段６０に送信する。検知手段６０は、ラインセンサ４２，５２から送られてきたデータに基づいて、飛来物の速度および方向を算出する。算出できるデータは、図１に示すように、第一撮像エリア断面２１の光が遮られてから第二撮像エリア断面２２の光が遮られるまでの時間であるΔｔ、第一撮像エリア断面２１の光が遮られた高さと第二撮像エリア断面２２の光が遮られた高さとで算出されるΔｚである。
それら算出されたデータと予め把握できているΔｘとから、飛来物の飛行速度や飛行する方向が算出できる。そして、風力発電装置１０に対して衝突の可能性があるという算出結果が出た場合には、その検知結果を風力発電装置に出力する（出力手段については図示を省略している）。
【００２３】
（図２）
図２には、前記の複数列の撮像エリア断面およびそれらの複数列の撮像エリア断面におけるそれぞれの受光体を一組の受光装置とした場合に、風力発電装置１０の両側に二組の受光装置を備えた状態を示している。第一受光体４０、第二受光体５０ともに、支持体７０によってある程度の高さに備えられている。これは、第一撮像エリア断面２１，２３および第二撮像エリア断面２２，２４に入る光を受光しやすいようにしたものである。これによれば、風力発電装置１０の両側からの飛来物を検知することができる。
なお、第一撮像エリア断面２１，２３および第二撮像エリア断面２２，２４に入る光の量を逆算して受光装置を調整すれば、支持体７０の高さを低くすることもできる。
【００２４】
（図３）
図３に示す実施形態は、二列の撮像エリアでの受光が可能な受光装置を四組用意して風力発電装置１０の四方を取り囲むように設置したものである。  一機の風力発電装置(10)に対して、二列の撮像エリアでの受光が可能な受光装置を少なくとも三組（本実施例の場合には四組）備え、その三組が当該風力発電装置１０を囲うように位置させれば、風力発電装置１０に対するいずれの方向から飛来物が飛んできても、検知可能となる。
【００２５】
（図４）
図４に示す実施形態は、受光装置を５組用意して風力発電装置１０の四方を取り囲むように設置したものである。
このような実施形態は、風力発電装置を設置した場所に対して吹く風が、一年を通じて撮像エリア断面２７，２８の方向から吹いてくる確率の高いような場合に合理的である。すなわち、撮像エリア断面２７，２８の方向については、他の方向に比べて受光装置による飛来物の検知が行いやすくなっている。
【００２６】
図示は省略するが、飛来物検知装置は、検知した飛来物の予想到達時間を算出する到達時間算出手段を備えている。そして、その予想到達時間に達する前にブレードの角度を回転停止ポジションに変更するように制御することが可能であるように、制御信号を出力できる。換言すれば、飛来物の接近を検知してブレードの回転停止までに必要な時間（たとえば３秒前後）を確保できるように、風力発電装置と受発光装置の距離が設定されている。鳥の飛行速度は、２０メートル／秒程度であるため、６０メートル程度が確保されることが望ましいということになる。
なお，本発明にかかる受光装置の配置方法は，図２から図４に示される実施形態に限定されるものではなく，飛来物の進入方向に対応してどのように配置されてもよい。
【００２７】
（図５）
図５に示すのは、制御の一例を示すフローチャートである。
風力発電装置が、風を受けてブレードが回転することによって発電する。ここで、飛来物検知装置が飛来物を検知しなければ、運転を継続する。
ここで、飛来物を検知したとすると、飛来物に関するデータを所定時間記憶したり、直前のデータと比較演算したりする。そして、飛来物が接近してきた場合には、飛行速度Ｖやその距離Ｘから飛来物の到達予測時間を算出し、ブレード角度制御手段がブレードを回転停止ポジション（フェザリング）に変更するように制御する。そして、飛来物の到達予測時間前にブレードの回転を停止させる。
飛来物の飛行速度Ｖやその距離Ｘ，飛行の方向から，飛来物の風力発電装置への衝突確率を算出し，その衝突確率が閾値を超えるか否かを判断して，ブレード角度制御手段を制御することにしてもよい。
なお、以上のような制御プログラムは、ブレードの制御装置に組み込まれる。
【００２８】
停止しているブレードであれば、飛来する鳥が視認しやすいため、自ら回避する可能性が高まる。また、ブレードはハブから放射状に３枚程度固定された細身の形状をなすものが多いので、飛来物が鳥以外の単なる物体である場合でも、ブレードに衝突する確率を低めることができる。飛来物衝突回避システムは，接近したか否かを判断するので、飛来物を一旦検知したが接近しないと判断されれば、衝突の可能性が少なく、発電を無駄に停止させずに済む。
【００２９】
（図６）
図６は、風速と発電量との関係を示したものである。定格風速にて運転できるようにブレードを調整し、所定以上の風速（カットアウト風速）になったら、フェザリングによって発電を停止する。本実施形態では、飛来物が接近してきた場合にもフェザリングへの変更を実行するのである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本願発明は、風力発電装置および飛来物検知装置の製造業、風力発電装置または飛来物検知装置の保守メンテナンス業、飛来物検知システムのためのソフトウェア開発業などにおいて、利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第一の実施形態を示す概念図である。
【図２】第一の実施形態を示す三面図であり、（Ａ）が正面図、（Ｂ）が平面図、（Ｃ）が一部を横から見た図である。
【図３】第二の実施形態を示す二面図であり、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が一部を横から見た図である。
【図４】第三の実施形態を示す平面図である。
【図５】制御プロセスを示すフローチャートである。
【図６】風速と発電量とを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
α  ラインセンサが感知可能な範囲
１０  風力発電装置
２１，２３，２５，２７，２９  第一撮像エリア断面
２２，２４，２６，２８，３０  第二撮像エリア断面
４０  第一受光体
４１  レンズ            ４２  ラインセンサ
５０  第二受光体
５１  レンズ            ５２  ラインセンサ
６０  検知手段          ７０  支持体
【図１】
0005059666.tif 000002
【図２】
0005059666.tif 000003
【図３】
0005059666.tif 000004
【図４】
0005059666.tif 000005
【図５】
0005059666.tif 000006
【図６】
0005059666.tif 000007