CN109667705A - 风力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，抑制配置于下游侧的风力发电装置的发电量降低。风力发电装置(1)具备：塔架部；分别具有转子、设置于转子的叶片(8)和通过转子的旋转力发电的发电机的第一风车部(4R)及第二风车部(4L)；与塔架部连接且支承第一风车部(4R)及第二风车部(4L)的支承部件。第一风车部(4R)及第二风车部(4L)被设定成偏航角度相对于塔架部承受的风的流动方向倾斜。

Description

风力发电装置
技术领域
本发明涉及风力发电装置。
背景技术
风力发电装置一般是相对于一个塔架部仅设置一个风车部的结构，但还已知有对于一个塔架部设置多个风车部的所谓多转子式风力发电装置。在多转子式风力发电装置中，风车部的总受风面积变大，从一个塔架部获得的发电电力量(输出)增大。
在下述专利文献1及2中公开有关于多转子式风力发电装置的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/108057号
专利文献2：德国专利发明第102012020052号说明书
发明内容
风力发电装置在某陆地上有时不仅只设置一台，还有将多台以格子状或交错状排列配置(风力场)的情况。该情况下，根据风向，在一台风力发电装置的下风侧配置另一风力发电装置。其结果如图4所示，由于通过了一台风力发电装置的风车部而风速减慢的风的流动(所谓尾流)被供给到配置于下风侧的另一风力发电装置，导致另一风力发电装置的发电量有可能降低(所谓尾流损失)。
另外，在风力场中，为了抑制尾流，需要将一风力发电装置和另一风力发电装置之间的距离设定得较大。
本发明是鉴于这种情况而做出的，其目的在于，提供能够抑制配置于下游侧的风力发电装置的发电量降低的风力发电装置。
为了解决上述课题，本发明的风力发电装置采用以下的方法。
即，本发明的一方式提供一种风力发电装置，具有：塔架部；多个风车部，所述风车部分别具有转子、设置于所述转子的叶片、通过所述转子的旋转力进行发电的发电机；支承部件，与所述塔架部连接，支承所述风车部，所述多个风车部具有第一风车部和第二风车部，相对于所述塔架部承受的风的流动方向，所述第一风车部和所述第二风车部被设定为偏航角度倾斜。
根据该结构，多个风车部分别具有转子、设置于转子的叶片、通过转子的旋转进行发电的发电机，各风车部被与塔架部连接的支承部件支承。由此，在塔架部经由支承部件设置有多个风车部。因此，各风车部配置于风的状况比较接近的环境(风况)下，受到同一方向的风而旋转发电。
通过了风车部的风的流动(以下，称为“尾流”)，因使风车部旋转而导致保有能量减少，风速减慢。在上述结构中，由于第一风车部和第二风车部以偏航角度相对于塔架部承受的风的流动方向倾斜的方式进行设定，因此，能够使第一风车部及第二风车部的尾流朝向相对于塔架部承受的风的流动方向倾斜的方向。
例如，如风力场那样将多台风力发电装置沿风的流动方向有规律地排列配置的情况下，配置于上风侧的风力发电装置的尾流被供给到配置于下风侧的风力发电装置，有可能发生配置于下风侧的风力发电装置的发电量降低的所谓尾流损失。在上述结构中，能够使尾流朝向倾斜的方向流动，因此，因第一风车部及第二风车部而产生的尾流在从配置于下风侧的风力发电装置的第一风车部及第二风车部的中心偏离的位置流动，难以供给到下风侧的第一风车部及第二风车部。由此，能够降低尾流对配置于下风侧的风力发电装置的影响。因此，能够抑制配置于下游侧的风力发电装置的尾流损失，抑制发电量降低。
另外，来自配置于上游侧的风力发电装置的尾流在从配置于下风侧的风力发电装置的第一风车部及第二风车部的中心偏离的位置流动，因此，能够缩短配置于上游侧的风力发电装置和配置于下游侧的风力发电装置之间的距离。因此，在风力场中，能够增加每单位面积的风力发电装置的个数。另外，在风力场中，由于邻接的风力发电装置的距离变短，因此能够缩短设置时的移动距离，降低设置成本。另外，由于维修时等的移动距离也缩短，所以能够提高维修性。
另外，本发明一方式的风力发电装置中，也可以是，所述第一风车部和所述第二风车部排列配置于大致相同的高度位置，所述第一风车部被设定为偏航角度倾斜，以使所述第一风车部的内端部位于比所述第一风车部的外端部更靠所述风的流动方向的下游侧，所述第一风车部的内端部是所述第一风车部的所述第二风车部侧的端部，所述第一风车部的外端部是所述第一风车部的与内端部相反的一侧的端部，所述第二风车部被设定为偏航角度倾斜，以使所述第二风车部的内端部位于比所述第二风车部的外端部更靠所述风的流动方向的下游侧，所述第二风车部的内端部是所述第二风车部的所述第一风车部侧的端部，所述第二风车部的外端部是所述第二风车部的与内端部相反的一侧的端部
在上述的结构中，第一风车部及第二风车部以内端部位于比外端部更靠风的流动方向的下游侧的方式将偏航角度设定为倾斜。即，第一风车部及第二风车部配置成八字。
在相对于风的流动方向带上偏航角的偏差的情况(即，相对于风的流动方向使偏航角倾斜的情况)下，尾流因风车部而偏转，向位于下游侧的端部侧方向倾斜流动。在上述结构中，由于第一风车部及第二风车部的内端部位于下游侧，因此第一风车部及第二风车部的尾流以相互接近的方式倾斜流动。
尾流通常在刚通过风车部后维持涡旋状态，但随着远离风车部，涡旋状态逐渐消失，成为如湍流紊乱的状态。如上述结构，在一个塔架部具备多个风车部的结构中，多个风车部之间的距离变得较短。由此，以相互接近的方式倾斜流动的第一风车部及第二风车部的尾流在维持着涡旋状态的情况下碰撞，各尾流的涡旋混合。由此，可期待减少下风方向的尾流区域。因此，能够更有效地降低尾流对于配置在下风侧的风力发电装置的影响。因此，能够更有效地抑制配置于下游侧的风力发电装置的尾流损失，更有效地抑制发电量降低。
根据本发明，能够抑制配置于下游侧的风力发电装置的发电量降低。
附图说明
图1是本发明的实施方式的风力发电装置的主视图。
图2是示意地表示图1的风力发电装置的风车部和配置于该风车部的下游侧的风车部的平面图。
图3是示意地表示图2的III部的尾流流动的图，表示两个尾流混合的状态。
图4是示意地表示以往的尾流流动的平面图。
符号说明
1风力发电装置
2塔架部
3支承部件
4风车部
4R第一风车部
4L第二风车部
5基础部
6机舱
7转子头
8叶片
11连接部
具体实施方式
以下，参照附图对本发明一实施方式的风力发电装置1进行说明。
本实施方式的风力发电装置1是将叶片8配置在塔架部2或机舱6的上风侧的所谓上风式风力发电装置。
如图1所示，本发明一实施方式的风力发电装置1具备一个塔架部2、与塔架部2连接的多个支承部件3、设置于各支承部件3的风车部4等。风力发电装置1为了将产生的电力输送到电力系统而进行系统连接，设置在陆地上或海上。另外，本实施方式的风力发电装置1，设置在以格子状或交错状将多台排列配置的风力场。
塔架部2具有一方向长的结构，以轴向相对于设置面为垂直方向的方式将塔架部2的基础部5设置于设置面上。塔架部2例如可以是一根圆柱状部件，也可以组合多个长条状部件构成。
支承部件3是例如一方向长的部件，作为一端侧的基部与塔架部2连接，在作为另一端侧的前端侧支承风车部4。在一个支承部件3设置一台风车部4的情况下，与风车部4相同数量的支承部件3与塔架部2连接。支承部件3可以是圆柱状等长条状部件，也可以是具有多个部件组合的桁架结构的部件。另外，支承部件3也可以由主要承受压缩力的长条状部件、承受拉力的线状部件等构成。
设置于各支承部件3的风车部4具有机舱6、收容于机舱6的转子及发电机、设置于转子的前端的转子头7、设置于转子头7的多片(例如3片)叶片8等。
机舱6设置于支承部件3的上部或下部，内部具备转子、加速器、发电机等。在机舱6的一端侧设置有转子头7。转子可绕大致水平的轴线旋转。转子的一端侧与转子头7连接，转子的另一端侧例如可以直接与发电机连接，或者经由加速器或液压泵、液压电动机与发电机连接。发电机通过转子绕轴旋转而生成的旋转力来驱动发电。
叶片8在转子头7以放射状安装有多片。多片叶片8通过承受风，以转子为中心旋转。叶片8经由俯仰控制用的旋转轮轴承与转子头7连接，能够绕沿叶片长度方向延伸的叶片轴转动。由此，调整叶片8的俯仰角。
机舱6相对于支承部件3在大致水平面上旋转，使转子头7的方向与风向一致，使叶片8的旋转面正对着风向。将机舱6在大致水平面上的旋转称为偏航(yaw)旋转。机舱6经由与机舱6和支承部件3连接的偏航旋转轮轴承进行旋转(第一偏航旋转)。
在支承部件3设置有和塔架部2连接的连接部11。连接部11设置于塔架部2的周围，例如具有环状。支承部件3经由支承部件3的连接部11与塔架部2连接。塔架部2只通过连接部11承受从支承部件3传递的负荷，在其它部分不承受从支承部件3传递过来的负荷。另外，连接部11具备轴承结构等，在大致水平面内能够在塔架部2的周围转动。
由此，连接部11在大致水平面内能够在塔架部2的周围转动，因此，被与连接部11连接的支承部件3支承的各风车部4也在水平面内沿塔架部2的周围转动，风车部4能够进行偏航(yaw)旋转(第二偏航旋转)。
本实施方式的风力发电装置1具有第一风车部4R及第二风车部4L两个风车部4。第一风车部4R及第二风车部4L在大致相同的高度位置隔着塔架部2排列配置。第一风车部4R和第二风车部4L分开规定距离L配置。
如图2所示，通过使机舱6旋转，第一风车部4R在发电时可使偏航角度倾斜，以使第一风车部4R的第二风车部4L侧的端部即内端部位于比第一风车部4R的与内端部相反侧的端部即外端部更靠风的流动方向(参照图2的箭头)的下游侧。即，通过第一偏航旋转，第一风车部4R可独自地倾斜设定偏航角度。
另外，通过机舱6的旋转或连接部11的转动，第二风车部4L在发电时可使偏航角度倾斜，以使第二风车部4L的第一风车部4R侧的端部即内端部位于比第二风车部4L的与内端部相反侧的端部即外端部更靠风的流动方向的下游侧。即，通过第一偏航旋转，第二风车部4L可独自地倾斜设定偏航角度。
即，第一风车部4R及第二风车部4L可配置成八字。此外，图2中用虚线图示的风车部表示相对于风的流动方向未倾斜的状态的风车部。
另外，第一风车部4R及第二风车部4L向相同方向旋转。
本实施方式起到以下的作用效果。
在本实施方式中，多个风车部4(第一风车部4R及第二风车部4L)分别具有转子、设置于转子的叶片8、通过转子的旋转力进行发电的发电机，各风车部4被与塔架部2连接的支承部件3支承。由此，在塔架部2经由支承部件3设置有多个风车部4。因此，各风车部4被配置在风的状况较接近的环境(风况)下，承受相同方向的风进行旋转发电。
通过了第一风车部4R及第二风车部4L的风的流动W(以下称为“尾流”)，由于已使第一风车部4R及第二风车部4L旋转，因此，保有能量减少，风速减慢。在本实施方式中，第一风车部4R和第二风车部4L能够被设定成偏航角度相对于塔架部2承受的风的流动方向倾斜，因此，能够使第一风车部4R及第二风车部4L的尾流W相对于风的流动方向变成倾斜的方向(参照图2)。
本实施方式的风力发电装置1设置在多台风力发电装置1在风的流动方向上有规律地排列配置的风力场中。因此，若不使风车部倾斜，如图4所示，由于通过了配置在上风侧的风力发电装置的风车部而风速降低的尾流W被供给到配置在下风侧的风力发电装置的第一风车部及第二风车部，有可能发生配置于下风侧的风力发电装置的发电量降低的所谓尾流损失。在本实施方式中，如图2所示，由于能够使尾流W朝向倾斜的方向流动，因此，第一风车部4R及第二风车部4L产生的尾流W在从配置于下风侧的风力发电装置的第一风车部10R及第二风车部10L的中心偏离的位置流动，难以供给到下风侧的风力发电装置的第一风车部10R及第二风车部10L。由此，能够降低尾流W对于配置在下风侧的风力发电装置的影响。因此，能够抑制配置于下游侧的风力发电装置的尾流损失，抑制发电量降低。
另外，在本实施方式中，第一风车部4R及第二风车部4L可设定成偏航角度倾斜，以使内端部位于比外端部更靠风的流动方向的下游侧。即，第一风车部4R及第二风车部4L可配置为八字。
在相对于风的流动方向具有偏航角的偏差的情况下(即，使偏航角相对于风的流动方向倾斜的情况)，尾流因风车部而偏转，向位于下游侧的端部侧方向倾斜流动。在本实施方式中，由于第一风车部4R及第二风车部4L的内端部位于下游侧，因此第一风车部4R及第二风车部4L的尾流W如图2所示，以相互接近的方式倾斜流动。
通常，尾流W在刚通过了风车部4后维持涡旋状态，但随着远离风车部4，涡旋状态逐渐消失而成为如湍流紊乱的状态。如本实施方式，在一个塔架部2具备多个风车部(第一风车部4R及第二风车部4L)的结构中，邻接的风车部4之间的距离L(参照图1)较短。由此，以相互接近的方式倾斜流动的第一风车部4R及第二风车部4L的尾流W在维持涡旋状态的情况下碰撞，各尾流W的涡旋混合(参照图3)。当涡旋混合时，由于涡旋加速溃散，在下风方向的动能加快恢复。因此，能够进一步有效地降低尾流W对于配置在下风侧的风力发电装置的第一风车部10R及第二风车部10L的影响。因此，能够进一步有效抑制配置于下游侧的风力发电装置的尾流损失，进一步有效抑制发电量降低。
另外，在本实施方式中，第一风车部4R及第二风车部4L向相同方向旋转。因此，通过第一风车部4R的尾流W和第二风车部4L的尾流W通过混合加速涡旋的溃散，因此，与未混合的情况相比，主流方向动能恢复加快，因此，能够进一步有效地降低尾流W对于配置在下风侧的风力发电装置的第一风车部10R及第二风车部10L的影响。
另外，在本实施方式中，由于能够降低尾流W对于配置在下风侧的风力发电装置的第一风车部10R及第二风车部10L的影响，因此，能够缩短配置在上游侧的风力发电装置1和配置在下游侧的风力发电装置之间的距离。因此，在风力场中，能够增加每单位面积的风力发电装置的个数。另外，由于在风力场中缩短邻接的风力发电装置之间的距离，因此能够缩短设置时的移动距离，能够降低设置成本。另外，由于维修时等的移动距离也缩短，因此能够提高维修性。
此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其构思的范围内可适当变形。
例如，在上述实施方式中，通过使机舱6旋转，使第一风车部4R及第二风车部4L相对于风的流动方向倾斜，但本发明不限于此。也可以是，机舱6不旋转，第一风车部4R及第二风车部4L以内端部位于比外端部更靠风的流动方向的下游侧的方式固定偏航角度成为倾斜，。
另外，在本实施方式中，对在风力场中设有风力发电装置的例子进行了说明，但本发明不限于应用在如风力场等大规模施设的情况。只要是2台风力发电装置排列设置的情况，都可以起到本发明的效果。

Claims (1)

1.一种风力发电装置，具有：
塔架部；
多个风车部，所述风车部分别具有转子、设置于所述转子的叶片、通过所述转子的旋转力进行发电的发电机；
支承部件，与所述塔架部连接，支承所述风车部，
所述风力发电装置的特征在于，
所述多个风车部具有第一风车部和排列配置于与该第一风车部大致相同高度位置的第二风车部，
相对于所述塔架部承受的风的流动方向，所述第一风车部和所述第二风车部被设定为偏航角度倾斜，
所述第一风车部被设定为偏航角度倾斜，以使所述第一风车部的内端部位于比所述第一风车部的外端部更靠所述风的流动方向的下游侧，所述第一风车部的内端部是所述第一风车部的所述第二风车部侧的端部，所述第一风车部的外端部是所述第一风车部的与内端部相反的一侧的端部，
所述第二风车部被设定为偏航角度倾斜，以使所述第二风车部的内端部位于比所述第二风车部的外端部更靠所述风的流动方向的下游侧，所述第二风车部的内端部是所述第二风车部的所述第一风车部侧的端部，所述第二风车部的外端部是所述第二风车部的与内端部相反的一侧的端部。
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