JP2002371948A - 風力発電装置 - Google Patents

風力発電装置

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JP2002371948A
JP2002371948A JP2001182893A JP2001182893A JP2002371948A JP 2002371948 A JP2002371948 A JP 2002371948A JP 2001182893 A JP2001182893 A JP 2001182893A JP 2001182893 A JP2001182893 A JP 2001182893A JP 2002371948 A JP2002371948 A JP 2002371948A
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windmill
wind turbine
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Shigenobu Saito
重信 斉藤
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 風力エネルギーを効率的に利用し、弱い自然
風の下でも稼働し、また受風面積の小さな風車でも大出
力の発電が可能な風力発電装置を提供すること。 【解決手段】 風力発電を行う風車2の正面前方の適所
に、楕円柱12を、該楕円柱12の長軸面Aが上記風車
2の回転軸の延長線Xと重なるように設置した風力発電
装置10とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電装置に関
し、特に風力エネルギーを効率的に利用した風力発電装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】地球温暖化対策の一環として、クリーン
エネルギーの利用が求められる中で、風力エネルギーを
利用した風力発電は、低コストで且つ環境的にも安全な
発電方法として注目されている。
【0003】従来から、風力エネルギーを利用した風力
発電においては、風車が使用されている。この風車に
は、その目的によっていろいろな形式のものがあり、そ
れぞれ特徴があるが、水平軸風車には、オランダ型風
車、多翼型風車、プロペラ型風車、セイルウィング型風
車などがある。ここで、発電には回転数が高いプロペラ
型風車が有利で、世界的にも広く利用されている。
【0004】しかし、風力エネルギーは、密度が小さい
ので、大出力の発電を行うには直径の大きな風車が用い
られ、欧米では、直径が100mにも達する大きなブレ
ードを用いた風力発電機も存在する。
【0005】図5に示した風力発電機は、現在、欧米諸
国において使用されている風力発電機の一例を示した図
であり、図中51は風力発電機全体を示し、52はブレ
ード、53は前記ブレード52が放射状に取付けられた
回転中心となるハブ、54は発電機及びそれに付随する
補機を収納したナセル、55はタワーである。
【0006】上記図5に示した風力発電機51は、定格
風速14m/sで、1300kW程度の定格出力が得ら
れるもので、ブレード52の直径Aは60mであり、ハ
ブ53の地上からの高さ位置Bは50〜60m程度であ
る。よってこの風力発電機51は、全高Cが約90mの
巨大な装置になる。
【0007】ここで、風車による出力は、受風する風の
速度の3乗と受風面積の積に比例することから、自然風
をそのまま利用する場合においては、受風面積を大きく
することにより出力が上げるしか方策はなく、上述した
ように巨大な風力発電機51を構築することが成されて
いた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、欧米諸
国のように、強くて乱れの少ない風が常に得られる広大
な丘陵地が存在する地域においては、上記した巨大な風
力発電機51を構築し、自然風をそのまま利用して風力
発電を行うことは可能であるが、わが国のように、年間
を通した平均風速が弱く、また地形的にも複雑で恒風に
恵まれない地域においては、上記した巨大な風力発電機
51を構築して風力発電を行うことは、コスト的に不利
となり、また適当な設置場所も得られ難いことから、風
力発電の普及が欧米に比べて遅れているのが現状であ
る。
【0009】即ち、わが国において、風力発電が他のク
リーンエネルギー利用や一般の火力、原子力発電等に比
べて普及が遅れている原因の一つは、風力エネルギーの
密度が小さいことを補うため、従来においては大きな風
車を用いて受風面積を増大させることが成されており、
このことがコスト高の原因となり、また、わが国のよう
に年間を通した平均風速が弱い地域においては、その稼
働率も著しく低いものとなるため、結果的に他のエネル
ギー利用に比べて発電コストが高くなることによる。
【0010】本発明は、上述した従来の風力発電機が有
する課題に鑑み成されたものであって、その目的は、風
力エネルギーを効率的に利用し、弱い自然風の下でも稼
働し、また受風面積の小さな風車でも大出力の発電が可
能な風力発電装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
目的を達成するため、風車による出力は、受風する風の
速度の3乗と受風面積の積に比例することに着目し、従
来のように受風面積を増大させるよりは、受風する風の
速度を増大させた方が効率的に風力エネルギーを風車に
よる出力に利用できるとの知見に基づき、本発明を完成
させた。
【0012】即ち、本発明は、風力発電を行う風車の正
面前方の適所に、自然風に縮流を起こさせ、その速度を
加速する曲面を有する立体構造物を設置し、上記風車が
受ける風の速度を増大させた風力発電装置とした。
【0013】また、本発明は、上記立体構造物を楕円柱
とすると共に、該楕円柱の長軸面が上記風車の回転軸の
延長線と重なるように、該楕円柱を上記風車の正面前方
の適所に設置した風力発電装置とした。
【0014】また、本発明は、上記立体構造物を楕円球
とすると共に、該楕円球の長軸が上記風車の回転軸の延
長線と一致するように、該楕円球を上記風車の正面前方
の適所に設置した風力発電装置とした。
【0015】上記した本発明に係る風力発電装置によれ
ば、風車の正面前方の適所に設置した楕円柱、或いは楕
円球などの立体構造物の存在により、自然風はその立体
構造物の前方曲面に沿って縮流されて加速されることと
なり、その加速された風が後方に位置する風車に当たる
ため、風車の受風面積自体は減少することがあるが、風
車の出力に3乗で効いてくる加速された風を受けること
ができ、自然風をそのまま受けるのに比して風車による
出力、即ち風車の回転エネルギーは増大し、発電量を増
加させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、上記した本発明に係る風力
発電装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明す
るが、本発明は、何ら下記の実施の形態に限定されるも
のではない。
【0017】図1は、本発明の第1の実施の形態に係る
風力発電装置10の全体を示した斜視図であって、図中
1は風力発電機、2は該風力発電機1の風車を構成する
ブレード、3は前記ブレード2が放射状に取付けられた
回転中心となるハブ、4は発電機及びそれに付随する補
機を収納したナセル、5はこれらを地上に支持するタワ
ーである。
【0018】上記ブレード2は、風力によって回転し、
このブレード2の回転は、上記ナセル4内に収納された
発電機に組み込まれた変速機を介して発電用ローターに
入力され、この発電用ローターの回転によって発電され
る。この風力発電機1の構成は、従来より知られている
風車式の風力発電機と同様である。
【0019】本発明に係る風力発電装置10は、図1に
示したように、風上となる上記した風力発電機1の風車
(ブレード2)の正面前方の適所に、立体構造物11が
設置されている。
【0020】この立体構造物11は、横断面が楕円環形
状の中空楕円柱12と、該中空楕円柱12を支える支柱
13とから構成され、上記中空楕円柱12の長軸面Aが
上記風車(ブレード2)の回転軸の延長線Xと重なるよ
うに、該中空楕円柱12が上記支柱13によって風車
(ブレード2)の正面前方に設置されている。
【0021】上記のような中空楕円柱12を風車(ブレ
ード2)の正面前方に設置すると、図2に示したよう
に、自然風は中空楕円柱12の左右前方曲面に沿って縮
流されて加速され(図2において、流線の間隔が狭くな
っている部分は、自然風が縮流されて加速されているこ
とを意味する。)、その加速された風が、後方に位置す
る風力発電機1の風車(ブレード2)の左右に当たるこ
ととなるため、風車(ブレード2)は、風車の出力に3
乗で効いてくる加速された風をその一部においてではあ
るが受けることができ、自然風をそのまま受けるのに比
して風車(ブレード2)の回転エネルギーは増大し、風
力発電機1による発電量を増加させることとなる。
【0022】ここで、上記中空楕円柱12は、風圧によ
る圧力抵抗が少なく、また自然風を緩やかに縮流させて
加速させることが圧力損失を少なくする上で好ましいこ
とから、短軸に対して長軸がかなり長い長楕円環形状の
横断面を有するもの、即ち中空の長楕円柱とすることが
好ましい。
【0023】また、上記中空楕円柱12の表面に、ゴル
フボールの如く複数のディンプル(くぼみ)14を形成
し、該中空楕円柱12の表面に沿って流れる空気流の乱
流遷移を促進させれば、図3に示したように、前方曲面
に沿って縮流されて加速された風が、後方曲面に至った
時点で剥離してそのまま後方に流れ易くなり、風力発電
機1の風車(ブレード2)に当たる風がより速いものと
なるために好ましい。
【0024】次に、本発明の第2の実施の形態に係る風
力発電装置20を、図4に従って説明する。この第2の
実施の形態に係る風力発電装置20は、上記した第1の
実施の形態に係る風力発電装置10とは、上記した風力
発電機1の風車(ブレード2)の正面前方に設置された
立体構造物21の形状が異なる。
【0025】この立体構造物21は、ラクビーボールの
ような中空楕円球22と、該中空楕円球22を支える支
柱23とから構成され、上記中空楕円球22の長軸Bが
上記風車(ブレード2)の回転軸の延長線Xと一致する
ように、該中空楕円球22が上記支柱23によって風車
(ブレード2)の正面前方に設置されている。
【0026】上記のような中空楕円球22を風車(ブレ
ード2)の正面前方に設置すると、図2に示したよう
な、自然風に縮流を起こさせ、その速度を加速する作用
が中空楕円球22の前方曲面の全周において行われ、そ
の加速された風が、後方に位置する風力発電機1の風車
(ブレード2)に当たることとなるため、上記した第1
の実施の形態に係る風力発電装置10と同様に、自然風
をそのまま受けるのに比して風車(ブレード2)の回転
エネルギーは増大し、風力発電機1による発電量を増加
させることとなる。
【0027】なお、上記中空楕円球22の場合も、上記
した中空楕円柱12の場合と同様に、短軸に対して長軸
がかなり長い中空の長楕円球とすることが好ましく、ま
た、その表面に、複数のディンプル(くぼみ)を形成す
ることが好ましい。
【0028】以上、本発明の実施の形態に付き説明した
が、本発明は何ら既述の実施の形態に限定されるもので
はなく、本発明の技術的思想、即ち、風力発電を行う風
車の正面前方の適所に、自然風に縮流を起こさせ、その
速度を加速する曲面を有する立体構造物を設置すること
により、風車が受ける風の速度を増大させると言う技術
的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能で
ある。特に、上記実施の形態において示した立体構造物
11及び21の形状は、例示したに過ぎないものであ
る。
【0029】
【発明の効果】以上、説明した本発明にかかる風力発電
装置によれば、風力エネルギーを効率的に利用し、弱い
自然風の下でも稼働し、また受風面積の小さな風車でも
大出力の発電が可能となり、わが国のように、年間を通
した平均風速が弱く、また地形的にも複雑で恒風に恵ま
れない地域においても、風力発電を普及させることがで
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る風力発電装置
の全体を示した斜視図である。
【図2】本発明に係る立体構造物を設置した場合の自然
風の流れを概念的に示した図である。
【図3】本発明に係る表面に複数のディンプルを形成し
た立体構造物を設置した場合の自然風の流れを概念的に
示した図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る風力発電装置
の全体を示した斜視図である。
【図5】従来から使用されている風力発電機の一例を示
した斜視図である。
【符号の説明】
1 風力発電機 2 ブレード 3 ハブ 4 ナセル 5 タワー 10 本発明の第1の実施の形態に係る風力発電装置 11 立体構造物 12 中空楕円柱 13 支柱 14 中空楕円柱の表面に形成された複数のディンプル 20 本発明の第2の実施の形態に係る風力発電装置 21 立体構造物 22 中空楕円球 23 支柱 A 中空楕円柱の長軸面 B 中空楕円球の長軸 X 風車の回転軸の延長線

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 風力発電を行う風車の正面前方の適所
    に、自然風に縮流を起こさせ、その速度を加速する曲面
    を有する立体構造物を設置し、上記風車が受ける風の速
    度を増大させたことを特徴とする、風力発電装置。
  2. 【請求項2】 上記立体構造物を楕円柱とすると共に、
    該楕円柱の長軸面が上記風車の回転軸の延長線と重なる
    ように、該楕円柱を上記風車の正面前方の適所に設置し
    たことを特徴とする、請求項1記載の風力発電装置。
  3. 【請求項3】 上記立体構造物を楕円球とすると共に、
    該楕円球の長軸が上記風車の回転軸の延長線と一致する
    ように、該楕円球を上記風車の正面前方の適所に設置し
    たことを特徴とする、請求項1記載の風力発電装置。
  4. 【請求項4】 上記立体構造物の表面に、複数のディン
    プルを形成したことを特徴とする、請求項1乃至3のい
    ずれか記載の風力発電装置。
JP2001182893A 2001-06-18 2001-06-18 風力発電装置 Pending JP2002371948A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2005008063A1 (ja) * 2003-07-23 2005-01-27 Green Power Kabushiki Kaisha 流体力発電装置
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