JP2003214320A - 風力発電装置 - Google Patents

風力発電装置

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JP2003214320A
JP2003214320A JP2002009698A JP2002009698A JP2003214320A JP 2003214320 A JP2003214320 A JP 2003214320A JP 2002009698 A JP2002009698 A JP 2002009698A JP 2002009698 A JP2002009698 A JP 2002009698A JP 2003214320 A JP2003214320 A JP 2003214320A
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Japan
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wind
wind turbine
storage unit
generator
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JP2002009698A
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English (en)
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Tomoya Fujinami
知也 藤濤
Shinichiro Sumiyoshi
眞一郎 住吉
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 風力発電装置の起動特性を改善し、風速の弱
いときでも発電を可能とする。 【解決手段】 蓄電部8は、風力発電装置4によって発
電された電力を蓄電しておき、風車ブレード1が停止し
ている場合には蓄電した電力を風力発電装置4側に供給
し、発電機を電動機として起動する構成とした。これに
よって発電開始風速以下の風速であっても、発電できる
風力発電装置を実現できるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蓄電部を接続した
風力発電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の技術においては、風力発電装置は
発電開始(カットイン)風速が大で、発電開始風速以下
では全く発電することができなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の技
術においては、発電機によって決定される発電開始風速
によって発電可能な風速の条件が決定され、発電量の低
下を招いていた。
【0004】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、風力発電装置の発電開始風速がどのような場合でも
蓄電部の電力によって発電機を電動機として動作させ
る。それによって、従来の技術においては発電が不可能
であった風速でも発電が可能となり、自然エネルギーを
有効に活用することができる風力発電装置の電力制御方
法を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の風力発電装置は、風力発電装置に蓄電部を接
続し、風力発電装置が回転していないときは蓄電部に蓄
えられた電力を風力発電装置側に供給し、発電機を電動
機として動作させる。
【0006】これにより、発電開始風速以下の風力で風
力発電装置が起動できない場合でも起動させることがで
き、発電開始風速以下の風速でも発電を可能とするもの
である。
【0007】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、出力端
子を備え、前記出力端子に蓄電部を接続した風力発電装
置とすることにより、風力発電装置の発電量の変化を吸
収し、負荷側に安定した電力を供給することが可能とな
る。
【0008】請求項2に記載の発明は、特に、請求項1
に記載の発明に加えて、発電した電力によって蓄電部を
充電する風力発電装置とすることにより、外部の電源を
必要とすることなく蓄電部を充電することが可能とな
る。
【0009】請求項3に記載の発明は、特に、請求項2
に記載の発明に加えて、充電端子を備え、風力発電装置
以外の電源からも蓄電部を充電することを可能とした風
力発電装置とすることにより、蓄電部が放電している場
合には外部に電源を用意することによって強制的に充電
することが可能となる。
【0010】請求項4に記載の発明は、特に、請求項2
または3に記載の蓄電部に蓄えられた電力によって風力
発電装置の起動を補助する風力発電装置とすることによ
り、発電開始風速以下の風速で風力発電装置が起動でき
ない場合に蓄電部に蓄えられた電力を風力発電装置側に
供給し、発電機を電動機として動作させることによって
風力発電装置が起動し、発電開始風速以下の風速でも発
電が可能となるものである。
【0011】請求項5に記載の発明は、特に、請求項4
に記載の風力発電装置と蓄電部の間に双方向コンバータ
を接続し、蓄電部に蓄えられた電力によって風力発電装
置の起動を補助する風力発電装置とすることにより、風
力発電装置によって発電された電力や蓄電部に蓄えられ
た電力を制御することが可能となる。
【0012】請求項6に記載の発明は、特に、請求項2
または3に記載の風力発電装置と蓄電部の間に双方向コ
ンバータを接続し、風力発電装置によって発電された電
力を変換し、効率よく蓄電部に充電する風力発電装置と
することにより、蓄電部への充電を制御することが可能
となり、また風力発電装置の起動においても必要な回転
数に制御することが可能となる。
【0013】請求項7に記載の発明は、特に、請求項2
〜6のいずれか1項に記載の蓄電部と負荷の間にコンバ
ータを接続し、出力変動を平滑化する風力発電装置とす
ることにより、負荷側に供給される蓄電部に蓄えられた
電力を制御することが可能となる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0015】図1は本発明の実施例における風力発電装
置の制御まわりの構成を示すブロック図である。図1に
おいて、風車ブレード1は、風を受けて回転エネルギー
を発生させるものである。風力発電機にはブレード型や
サボニウス型などがあるがそのタイプはどれであっても
良い。風車駆動軸2は、風車ブレード1と接続されてお
り、風車ブレード1によって得られた回転エネルギーを
発電機兼電動機3に伝達するものである。発電機兼電動
機3は、風車駆動軸2によって伝達された回転エネルギ
ーを受けて駆動し、回転エネルギーを電気エネルギーに
変換して発電を行うものである。また、外部からエネル
ギーを供給することによって電動機として動作させるこ
とも可能としている。発電機兼電動機3の種類として
は、直流機であっても誘導機であっても良い。
【0016】風力発電装置4は、風車ブレード1、風車
駆動軸2、発電機兼電動機3で構成されるものである。
回転数検知部5は、発電機兼電動機3の回転数を検知す
るものである。これは、発電機兼電動機3が回転してい
ないときに発電機兼電動機3を電動機として駆動し、風
力発電装置のカットイン風速によらず起動できる。ま
た、発電機兼電動機3の回転が異常に上がり、危険な状
態に陥ることを防ぐようにすることも可能である。
【0017】第一のコンバータ6は、風力発電装置4に
よって発電した電力を変換して負荷側へ供給するもので
ある。これによって、負荷側へ供給される電力は風力発
電装置4によって発電された脈動を多く含む電力が安定
化されるため、負荷の誤動作等を防ぐことが可能とな
る。また、第一のコンバータ6を双方向のコンバータと
することによって、発電機兼電動機3が負荷となるよう
に電力を供給する事も可能である。その場合発電機兼電
動機3は電動機として動作するものである。これによ
り、発電機兼電動機3が直流機であっても交流機であっ
ても駆動することが可能なり、風力発電装置4の起動補
助を可能とする。
【0018】出力端子7は、風力発電装置4によって発
電された電力を負荷に出力するためのものである。蓄電
部8は、風力発電装置4によって発電された電力を蓄え
るものである。蓄電部8としては、電気二重層コンデン
サであっても良いし、二次電池であっても良い。風力発
電装置4は出力の変動が激しいものであるため、大電流
でも充電が可能な電気二重層コンデンサの方が適してい
る。制御部9は、電力の流れを制御するものである。具
体的には第一のコンバータ6を制御し、風力発電装置4
によって発電された電力を蓄電部8に充電させる。ある
いは蓄電部8の電力を利用し、発電機兼電動機3を電動
機として駆動し、カットイン風速以下の風速でも発電を
可能とするものである。
【0019】第2のコンバータ10は、風力発電装置4
または蓄電部8から供給される電力を変換し、負荷に必
要な電力を供給するものである。これにより、負荷が直
流を必要とする場合には必要な電圧に変換して供給する
ことが可能となるため、負荷として利用できる機器を選
ばないという特長を有することができる。あるいは、交
流電力を必要とする負荷の場合は蓄電部8の直流の電力
を交流に変換することによって交流機器が利用できる。
さらに、電圧を可変する機能と直流を交流に変換する機
能の両方を有するコンバータとすることによって、例え
ば日本国内に置いて特別な工事や電源を必要とすること
なく海外の200V、あるいは120Vといった電圧や
周波数の異なる機器を使用することができ利用者に便益
を与えるものである。
【0020】風量によって発電電力が大きく変動する風
力発電装置では、安定に電力を供給することが難しい。
そのため、風力発電装置と負荷を直接つないだ場合には
電力が大きく変動するため、使用できる負荷が限られて
いる。しかし、風力発電装置4に蓄電部8を接続するこ
とによって風力発電装置4によって発電された電力をい
ったん蓄電部8で蓄電し、負荷に電力を供給する事によ
って、安定した電力を供給する事が可能となる。また、
単独運転が可能であるため、電力系統と連係する必要が
ないため、発電設備として安価となる。また、電力系統
からの電力供給が困難な場所における自立運転を安定し
て行えるため、有効に風力発電装置4が利用できるもの
となる。また、余剰電力は蓄電部8に蓄えることが可能
であるため、風力発電装置4によって発電された電力を
有効に利用することが可能である。
【0021】また、風力発電装置4の発電した電力によ
って蓄電部8を充電することにより、外部から蓄電部8
へ電力を供給して充電する必要がないため、系統から電
力を供給する事が困難な僻地であっても風力発電装置4
から充電が可能であるため、独立電源としての性能を高
めることができる。
【0022】しかし、上記の場合でも風力発電装置4が
長期間にわたって発電をできない場合には蓄電部8の電
力は放電して零となってしまう可能性がある。その場合
にも対応できるようにするためには、機器が高価とな
り、制御も複雑となるが、充電端子を設け、風力発電装
置以外の電源から充電することも可能としておくことに
よって外部から強制的に電力を供給して充電することも
可能である。
【0023】このようにして蓄電部8に蓄えられた電力
は、風力発電装置の起動を補助するために使用される。
【0024】風力発電装置4の基本的な特性として発電
開始風速がある。これは電動機の起動トルクに相当する
もので、この風速以上でなければ風車ブレード1が回転
しない。したがって、発電開始風速は低い程良い。しか
し、実際にはある程度の発電開始風速があり、発電開始
風速以下では全く発電することができない。通常、風車
ブレード1はいったん回転を始めると風量が落ちて発電
開始風速以下になったとしても回転を続けるため、起動
時だけでも発電開始風速以上の風速があればよい。ある
いは、風車ブレード1を別の手段で起動しておけば、発
電開始風速以下でも発電が可能となる。
【0025】また、発電開始風速以下の風速で風力発電
装置が起動できない場合でも蓄電部8に蓄えられた電力
を風力発電装置側に供給し、発電機を電動機として動作
させることによって風車ブレード1を起動し、発電開始
風速以下の風速でも発電が可能となるものである。
【0026】蓄電部8としては電気二重層コンデンサや
二次電池などが考えられる。二次電池の場合には充電の
ための制御が必要となる。また、蓄電部8によっては電
圧が低い場合があるため、電動機を駆動することができ
ない場合が考えられる。このような場合を考慮して、風
力発電装置と蓄電部の間に双方向コンバータを接続し、
蓄電部に蓄えられた電力あるいは風力発電装置4によっ
て発電された電力を変換して電動機を駆動する事を可能
とする。また、蓄電部8への充電制御を可能とするもの
である。
【0027】尚、二次電池の充電制御としては定電流制
御が広く用いられているが、それ以外の充電制御方法で
あったとしてもかまわない。
【0028】また、蓄電部と負荷の間にコンバータを接
続し、出力変動を平滑化する。これは、出力の安定しな
い風力発電装置4の発電電力を負荷に安定して供給する
ためのものである。これにより、負荷が必要とする直流
あるいは交流電力を供給することができる。また、電圧
や周波数を可変とすることができるため負荷に応じた電
力とすることができ、利用できる負荷のバリエーション
を広げることが可能となる。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、風力発電
装置によって発電された電力を蓄電部に充電し、その電
力によって、発電開始風速以下の風速で風車ブレードが
回転していない場合には発電機を電動機として起動を補
助することが可能となり、発電開始風速以下の風速時で
も発電を可能とするものである。また、風力発電装置に
よって発電された電力を利用するため、系統からの電力
供給を必要とすることなく起動の補助ができる。さら
に、コンバータを接続することにより、電動機を自由に
起動したり、蓄電部の充電を制御することが可能とな
る。
【0030】これらの機能を実現することにより、系統
からの電力供給が受けられない僻地で風力発電装置を効
率よく単独運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における風力発電装置の制御ま
わりの構成を示すブロック図
【符号の説明】
1 風車ブレード 2 風車駆動軸 3 発電機兼電動機 4 風力発電装置 5 回転数検知部 6 第一のコンバータ 7 出力端子 8 蓄電部 9 制御部 10 第2のコンバータ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力端子を備え、前記出力端子に蓄電部
    を接続した風力発電装置。
  2. 【請求項2】 発電した電力によって蓄電部を充電する
    請求項1に記載の風力発電装置。
  3. 【請求項3】 充電端子を備え、風力発電装置以外の電
    源からも蓄電部を充電することを可能とした請求項2に
    記載の風力発電装置。
  4. 【請求項4】 蓄電部に蓄えられた電力によって風力発
    電装置の起動を補助する請求項2または3に記載の風力
    発電装置。
  5. 【請求項5】 風力発電装置と蓄電部の間に双方向コン
    バータを接続した請求項4に記載の風力発電装置。
  6. 【請求項6】 風力発電装置と蓄電部の間に双方向コン
    バータを接続し、風力発電装置によって発電された電力
    を変換し、効率よく蓄電部に充電する請求項2または3
    に記載の風力発電装置。
  7. 【請求項7】 蓄電部と負荷の間にコンバータを接続
    し、出力変動を平滑化する請求項2〜6のいずれか1項
    に記載の風力発電装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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