CN102089519B - 海上风力发电装置及海上风力发电场 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够获得关于风车本身的状况、周边的气象状况等正确的信息的海上风力发电装置。本发明的海上风力发电装置通过安装有风车翼的转子头的旋转而驱动发电机构进行发电，其具备对风力发电装置本身及其周边状况进行监视的监视装置(10)。

Description

海上风力发电装置及海上风力发电场

技术领域

本发明涉及一种使用将自然能量的风变换为旋转力的风车进行发电的风力发电装置，尤其涉及一种在海上、沿岸设置的海上风力发电装置及海上风力发电场。 

背景技术

以往，利用作为自然能量的风力进行发电的风力发电装置为公众所知。这种风力发电装置在设置于立柱上的机舱内设有：安装有风车翼的转子头、与该转子头连结成一体而旋转的主轴、与在风车翼承受风力而旋转的主轴连结的增速机、由增速机的轴输出驱动的发电机。在如此构成的风力发电装置中，具备将风力变换为旋转力的风车翼的转子头及主轴旋转而产生轴输出，经由与主轴连结的增速机而增加转速的轴输出向发电机传递。因此，将风力变换为旋转力而获得的轴输出作为发电机的驱动源，从而能够利用作为发电机的动力的风力进行发电。 

需要说明的是，设置多个风力发电装置的设施称为风力发电场。 

对于这种风力发电装置，作为其今后的设置场所，可以预想出在海上、沿岸增加其设置的情况。需要说明的是，在海上设置的以往的风力发电装置(海上风力发电装置)，除了由风车进行的发电功能外，仅具有观测风向、风速的功能。 

另外，作为对在海上浮游、漂流或行进的对象物进行监视或搜查的系统，公开了如下系统，即，对从GPS(Global Positioning System全球定位系统)导航卫星接收到的测位电波进行处理，对搜查船的位置及航行历史记录进行确认的同时利用激光雷达等监视装置对遇难者进行搜索(例如，参照专利文献1)。 

【专利文献1】日本特开2007-1517号公报 

发明内容

但是，由于上述的以往的海上风力发电装置只具备风向及风速的观测功能，所以在风车主体的监视方面存在困难。尤其是，海上风力发电装置、海上风力发电场大多设置在国土的边端等，由于设置场所的原因而难以经常监视风车主体的状况(破损等)。 

另外，对于由气象雷达进行的观测，由于在海上没有适合固定设置气象雷达的场所，所以在海上风力发电装置周边的降雨观测方面存在困难。为此，目前通过在地上设置的雷达的观测数据进行弥补，但是仍然期望能够根据现场的最真实、正确的气象数据来设立海上风力发电装置的运行计划，以实施运行控制。 

另外，海上风力发电装置的设置场所多为人迹稀少的地域，在这种地域不易发现遇难船等。 

基于这种背景，期望能够获得在海上风力发电装置、海上风力发电场中的关于风车本身的状况、周边的气象状况等的正确的信息，而反映到风力发电装置的运行计划等中。 

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够获得关于风车本身的状况、周边的气象状况等正确信息的海上风力发电装置及海上风力发电场。 

本发明为了解决上述的问题而采用如下的机构。 

本发明的海上风力发电装置利用安装有风车翼的转子头的旋转来驱动发电机构进行发电，其特征在于，具备对风力发电装置本身及其周边状况进行监视的监视机构。 

根据这种海上风力发电装置，由于具备对风力发电装置本身及其周边状况进行监视的监视机构，所以能够获得关于风车本身的状况、周边的气象状况等的正确信息。需要说明的是，通过监视机构获得的信息向在海上风力发电装置附近的适当场所设置的控制室等发送并加以利用。 

在本发明的海上风力发电装置中，所述监视机构优选为雷达、激光雷达及摄像头中的至少一种。需要说明的是，优选在通常的监视时将监视范围广的监视机构作为常用监视装置，而根据情况适当选择使用监视范围小的监视机构。 

这种情况下，雷达能够监视数km～数10km的范围，采用船舶用雷达、气象用雷达即可。 

另外，激光雷达能够监视达到数km的范围，采用船舶用的激光雷达即可。 

另外，摄像头能够监视达到数100m的范围，采用可视摄像头、红外线摄像头等即可。 

在本发明的海上风力发电装置中，优选设置有使所述监视机构能够监视的区域为360度的可动机构。由此，能够以最少的监视机构对广阔范围进行有效监视。 

在本发明的海上风力发电装置中，优选所述监视机构的雷达、激光雷达及摄像头设置在因所述风车翼的旋转而产生噪音的噪音产生区域外。需要说明的是，作为噪音产生区域外的合适的具体例子，包括：比在机舱上表面设置的风车翼高的支承构件的上部、在风力发电装置的立柱的比风车翼低的位置、在转子头端部或机舱端部突出的水平轴上等。 

在本发明的海上风力发电装置中，优选在机舱设置所述监视机构的雷达、激光雷达及摄像头，并且设置去除因所述风车翼的旋转而产生的噪音的噪音去除机构。由此，无需进行风车侧的结构变更就能够进行正确的雷达观测。 

在本发明的海上风力发电装置中，优选具备针对周围进行警报、警告的警报、警告机构。由此，能够在发生异常时进行迅速的警报、警告。 

作为这种情况下的适合的警报、警告机构，包括扬声器、汽笛等声音机构、警告灯之类的视觉机构。另外，若在风车翼的适当部位预先设置利用风车翼旋转而响动的笛并根据需要进行空气流路的开闭操作，则可形成无需开闭操作以外的电力消耗的警报、警告机构。 

本发明的海上风力发电场的特征在于，由多个海上风力发电装置构成，所述多个海上风力发电装置组合了上述任一个本发明的海上风力发电装置和不带有所述监视机构的通常型海上风力发电装置，在所述海上风力发电装置能够监视的区域内配设所述通常型海上风力发电装置。 

根据这种海上风力发电场，由于在海上风力发电装置能够监视的区域内配设有通常型海上风力发电装置，所以能够减少监视机构的数量。 

在本发明的海上风力发电场中，优选在利用多个所述海上风力发电装置能够监视的位置配设所述通常型海上风力发电装置。由此，能够提高监视的可靠性、监视信息的精度。 

根据上述的本发明，对于海上风力发电装置、海上风力发电场，能够获得关于风车本身的状况、周边的气象状况等的正确信息，并能够使其反映到风力发电装置的运行计划等中。另外，对于海上风力发电场，能够进行相邻的海上风力发电装置间的相互监视。 

进一步而言，通过形成在海上固定设置的监视机构，能够提高利用海上雷达等进行监视精度，并且还能够用于遇难船等的搜索。 

附图说明

图1是表示作为本发明的第一实施方式的设置在海上风力发电装置上的监视装置的结构例的框图。 

图2是表示海上风力发电装置的概要的结构图。 

图3是表示雷达的设置例的图。 

图4是表示雷达的设置例的第一变形例的图。 

图5是表示雷达的设置例的第二变形例的图。 

图6A是表示激光雷达的设置例的图。 

图6B是表示摄像头的设置例的图。 

图7A是表示激光雷达的设置例的变形例的图。 

图7B是表示摄像头的设置例的变形例的图。 

图8A是表示作为本发明的第二实施方式的海上风力发电场的配置例(交替配置)的图。 

图8B是表示作为本发明的第二实施方式的海上风力发电场的配置例(锯齿配置)的图。 

图9是表示作为警报、警告机构采用笛的结构例的图。 

图10是表示作为警报、警告机构采用声音警报装置的结构例的图。 

图11是表示作为警报、警告机构而采用视觉警报装置的结构例的图。 

(符号说明) 

1海上风力发电装置 

2立柱 

3机舱 

4转子头 

5风车翼 

1O监视装置 

11雷达 

12激光雷达 

13摄像头 

50、50A海上风力发电场 

51带监视装置风车(监视风车) 

52通常的风车(通常风车) 

60笛 

61声音警报装置 

62视觉警报装置 

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的海上风力发电装置及海上风力发电场的一个实施方式。 

<第一实施方式> 

例如如图2所示，在海上、沿岸设置的海上风力发电装置(以下，称为“发电装置”)1具有：在海上基体6上竖立设置的立柱2、在立柱2的上端设置的机舱3、能够绕大致水平的轴线旋转地设于机舱3的转子头4。需要说明的是，也存在上述的立柱2竖立设置在浮体上而替代海上基体6的情况。 

在转子头4上安装有绕其旋转轴线呈放射状的多片风车翼5。其结果是，从转子头4的旋转轴线方向碰到风车翼5的风力变换为使转子头4绕旋转轴线旋转的动力。 

在这种发电装置1上，作为监视风力发电装置本身及其周边状况的监视机构，设有例如图1所示的监视装置10。需要说明的是，监视装置1O所需的电源通过接收由发电装置1的供给即可实现。 

该监视装置10具备由雷达11、激光雷达12及摄像头13构成的三种装置。在这种情况下，监视范围最广的雷达11作为进行周边的始终监视的始终监视装置，激光雷达12及摄像头13作为根据需要而选择使用的选择监视装置。 

利用监视装置10获得的监视信息向在与例如发电装置1的设置场所接近的陆地等上设置的控制室20发送。在通常监视时，仅雷达11动作将获得的监视信息向控制室20送信。然而，在从雷达11的监视信息中判断出异常的情况下、在由发电装置1发送异常信号的情况下等，通过由控制室20内根据需要输出切换信号，对由作为选择监视装置的激光雷达12或摄像头13进行的监视进行选择切换。其结果是，从激光雷达12或摄像头13中选择出的至少一方进行动作，将监视信息向控制室20送信。 

在控制室20中，根据从监视装置10送信的监视信息，实施发电装置1的运行控制、运行计划，同时根据需要向相关、协作机关等30进行异常报告并接受指示。需要说明的是，作为相关、协作机关等30的具体例子，包括设在发电装置1的周边海域的有关政府机关、周边船舶及周边的自治团体等。 

还需要说明的是，由监视装置10进行的监视24小时连续进行，其监视信息向控制室20送信并记录。 

在此，具体说明构成上述的监视装置10的三种装置。 

雷达11作为进行通常时的监视的经常监视装置而使用，在三种装置之中能够监视到的范围最广(数km～数10km)。作为该雷达11，例如能够使用船舶用雷达、气象用雷达。其中，船舶用雷达适合利用搜索船等类型的船舶进行搜索及监视，而气象用雷达适合用于对设有发电装置1的周边海域的局部的气象进行观测。需要说明的是，关于气象用雷达，虽然其比在陆地上设置的一般气象雷达的观测范围小，但是通过提高其分辨率的设定，能够正确进行周边海域的集中暴雨等局部的降水观测等。 

作为雷达11适合安装的位置，例如如图3所示，可以是从机舱3的上表面向上方延伸的支承构件7的上部。为了使由雷达11放射的电磁波不受旋转的风车翼5的影响，该安装位置设置得至少比风车翼5的最上端位置高。即，雷达11的设置位置为在旋转的风车翼5反射的电磁波的噪音产生区域的外侧(噪音产生区域外)。 

另外，雷达11具备将以发电装置1为中心的360度的范围作为能够监视区域而设置的可动机构。因此，雷达11能够横跨360度地在广阔范围内监视发电装置1的周围。 

另外，关于雷达11的设置位置，即使比旋转的风车翼5的最下端位置低的位置也在噪音产生区域外，但是在考虑监视广阔范围时，优选将雷达11尽量设置在高的位置。 

接着，关于雷达11的设置位置，以图4示出第一变形例进行说明。需要说明的是，对于与上述实施方式相同的部分赋予相同的符号，并省略对其进行详细说明。 

在该变形例中，雷达11设置在机舱3的上表面。由于该设置位置为因风车翼5的旋转而产生噪音的区域，所以在雷达11内设置根据风车翼5的周期性来去除噪音的噪音去除机构。 

对于这种雷达11的安装结构，因其不需要安装上述的支承构件7的发电装置1侧的结构变更，所以在成本方面具有优势。另外，对于因风车翼5的旋转产生的噪音利用噪音去除机构去除，所以能够进行正确的雷达观测。 

接着，以图5示出的第二变形例说明雷达11的设置位置。需要说明的是，对于与上述的实施方式相同的部分赋予相同的符号，并省略对其进行详细说明。 

在该变形例中，雷达11安装在由转子头4的前端面及机舱3的后端面突出的水平轴8上。该水平轴8为独立于风车翼5及转子头4的旋转的固定轴。即，在水平轴8及水平轴8固定的雷达11不与风车翼5一起旋转，能够维持同一位置而对周围进行监视。 

即使这样设置，在转子头4的前端部设置的雷达11也能够在不受在后方旋转的风车翼5的影响的状态下监视前方。另外，在机舱3的后端部设置的雷达11也能够在不受在前方旋转的风车翼5的影响的状态下监视后方。因此，利用一对雷达11能够在广阔范围内监视发电装置1的周围。 

但是，在后述的海上风力发电场中，能够仅在转子头4的前端面及机舱3的后端面中的任意一方安装雷达11。在这种情况下，通过使发电装置 1配置成锯齿形，能够确保作为风力发电场整体的视野广阔。 

接下来，激光雷达12被设置为用于选择监视的装置，其具有在三种装置中中间的监视范围(达到数km左右)。对于该激光雷达12，由于进行海上监视所以优选使用船舶用雷达。另外，由激光雷达12进行的通常时的监视对象为在海上风力发电场中相邻或者位于附近的其他风力发电装置1，可以通过视觉监视是否有破损等。进一步而言，在需要进行遇难船等的搜索的情况下，可以从控制室20进行手动操作对监视对象进行监视及搜索。 

上述的激光雷达12的设置位置优选与雷达11同样设置在噪音产生区域外。另外，由于激光雷达12的指向性强且能够监视的距离也没有雷达11长，所以例如如图6A所示，其安装在比风车翼5的最下端位置低的位置的立柱2上。由于这种设置位置离开风车翼5的旋转场所，所有具有对气流的影响小这一优点。 

但是，由于这种激光雷达12设置在使立柱2的外周部回旋移动的可动机构9的设置台9a上，所以能够根据需要自由变更监视方向。需要说明的是，关于激光雷达12的可动机构9，可以将其共用而在设置台9a上并列设置上述的雷达11及后述的摄像头13，由此能够降低成本。 

另外，如图7A所示，可以相对于比风车翼5的最下端位置低的位置的立柱2固定设置多个激光雷达12，在发电装置1的周围确保广阔的监视范围。 

接下来，摄像头13被设置为用于选择监视的装置，在三种装置中其监视范围(达到数100m左右)最小。对于该摄像头13，例如可以使用可视摄像头、红外线摄像头等。另外，与激光雷达12同样，由摄像头13进行的通常时的监视对象为在海上风力发电场中相邻或位于附近的其他风力发电装置1，能够通过视觉根据鲜明的图像监视及判断是否存在破损等。进一步而言，在需要对遇难船等进行的搜索的情况下，能够从控制室20手动操作进行监视对象的监视及搜索。 

对于摄像头13的设置位置，虽然没有特殊限制，但是优选为与例如激光雷达12同样的设置位置。即，如图6B所示，只要为如下位置即可，即，安装在可动机构9上，并能够根据需要而变更监视方向，所述可动机 构9设置于比风车翼5的最下端位置低的位置的立柱2上。 

另外，如图7B所示，可以相对于比风车翼5的最下端位置低的位置的立柱2固定设置多个摄像头13，在发电装置1的周围确保广阔的监视范围。 

根据这种发电装置1，由于具备对发电装置本身及其周边状况进行监视的监视装置10，所以能够获得关于风车本身的状况、周边的气象状况等正确的信息。然后，通过监视装置10获得的信息向在发电装置1的附近适当场所设置的控制室20发送并被适用。随后，通过根据需要向相关、协作机关等30报告异常状况，从而能够获得适当的指示而进行迅速的应对。 

但是，在上述实施方式中，虽然监视装置10完全具备雷达11、激光雷达12及摄像头13，但是可以根据目的、设置环境等诸多件进行适当的变更，只要具备上述三种中的至少一种装置即可。另外，在具备多个装置的情况下，优选：将在通常监视时监视范围广的装置设置作为常用监视装置，根据情况选择使用监视范围小的监视机构。 

另外，为了能够使构成监视装置10的各装置能够监视的区域的范围尽量广阔，优选以能够确保进行360度的区域监视的方式设置可动机构9那样的可动机构。 

<第二实施方式> 

接下来，作为本发明的第二实施方式，根据图8A及图8B说明通过设置多个上述的海上风力发电装置1而构成的海上风力发电场。 

图8A及图8B所示的海上风力发电场50、50A包括在图中以实心圆表示的带监视装置的风车(以下，称为“监视风车”)51和在图中以空心圆表示的通常的风车(以下，称为“通常风车”)52。在此，监视风车51为在上述第一实施方式说明的具备监视装置10的海上风力发电装置1，在通常风车52上未设置监视装置10。 

对于这种由监视风车51及通常风车52构成的海上风力发电场50，在监视风车51的能够监视的区域内配设通常风车52。 

在图8A所示的风力发电场50的配置例中，分别将监视风车51及通常风车52向左右方向排列成一列，并且将监视风车51的列和通常风车52 的列向前后方向交替配置。即，由于通常风车52配置在形成于监视风车51的周围的监视区域内，所以能够确保必要的监视能力，而且降低海上风力发电场50所需的监视装置10的数量，从而降低成本。 

另外，在图8B所示的风力发电场50A的配置例中，监视风车51以及通常风车52配置成锯齿状。因此，在通常风车52的周围配置至少两个监视风车51，从而能够提高监视的可靠性、监视信息的精度。 

但是，在上述的实施方式中，在发电装置1上优选具备针对周围进行警报、警告的警报、警告机构。在以下根据附图说明警报、警告机构的具体例。需要说明的是，对于海上风力发电场，只要在风力发电场整体具备警报、警告机构即可。 

图9所示的警报、警告机构构成为例如在风车翼5的前端部等风车翼5的适当部位预先设置利用风车翼5的旋转而响动的笛60，并根据需要安装对成为笛60的空气流路的孔进行开闭操作的开闭阀(未图示)等。该笛60利用通过风车翼5的旋转而产生的空气流发出响动，从而能够根据预先设定的异常检测等条件自动打开空气流路的孔或者通过远程操作打开空气流路的孔，以迅速发出通知异常的警报、警告。根据这种结构，形成无需开闭阀的开闭操作以外的电力消耗的警报、警告机构。需要说明的是，在通常时只要关闭空气流路，笛60就不发挥其功能。 

另外，图10所示的警报、警告机构为扬声器、汽笛等类型的发出声音的声音警报装置61。该声音警报装置61对设置场所没有特殊限制，能够向周围发出警报、警告。尤其是，若采用扬声器那样的声音警报装置61，能够实现基于言语的具体的警报、警告。 

另外，图11所示的警报、警告机构例如为警告灯那样的视觉警报装置62。该视觉警报装置62对设置场所没有特殊限制，能够向周围发出警报、警告。尤其是，若采用视觉警报装置62，能够将警报、警告传送至声音不能到达的范围。 

这样，根据上述的本发明的海上风力发电装置及海上风力发电场，能够利用监视装置10获得关于风车本身的状况、周边的气象状况等正确的信息，能够使该信息反映到发电装置1的运行计划等中。 

另外，对于海上风力发电场，能够进行相邻的发电装置1、1间的相 互监视。 

进一步而言，由于成为在海上固定设置的监视装置10，所以使用海上的雷达等的监视精度提高，也可以用于遇难船等的搜索。 

需要说明的是，本发明不限于上述实施方式，例如对风车翼的形状、型式等，可以在不脱离其主旨的范围内进行适当的变更。 

Claims (6)

1.一种海上风力发电场，其设置在海上、沿岸，且具备利用安装有风车翼的转子头的旋转来驱动发电机构进行发电的海上风力发电装置，其特征在于，

由多个海上风力发电装置构成，所述多个海上风力发电装置组合了具备对风力发电装置本身及其周边状况进行监视的监视机构的海上风力发电装置和不带有所述监视机构的通常型海上风力发电装置，

在具备所述监视机构的所述海上风力发电装置能够监视的区域内配设所述通常型海上风力发电装置，

所述监视机构由通常的监视时动作的雷达和根据状况而适当选择的激光雷达及摄像头中的任一种的组合而构成。

2.如权利要求1所述的海上风力发电场，其特征在于，

在利用具备所述监视机构的多个所述海上风力发电装置能够监视的位置配设所述通常型海上风力发电装置。

3.如权利要求1或2所述的海上风力发电场，其特征在于，

具备所述监视机构的所述海上风力发电装置设置有使所述监视机构能够监视的区域为360度的可动机构。

4.如权利要求1所述的海上风力发电场，其特征在于，

所述监视机构设置在因所述风车翼的旋转而产生噪音的噪音产生区域外。

5.如权利要求1所述的海上风力发电场，其特征在于，

所述监视机构设置在机舱上，并且设置去除因所述风车翼的旋转而产生的噪音的噪音去除机构。

6.如权利要求1所述的海上风力发电场，其特征在于，

具备所述监视机构的所述海上风力发电装置具备在检测到异常时对设置有所述海上风力发电装置的周围进行警报、警告的警报、警告机构。

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