JP2006009596A - 変電開閉設備を内蔵した風力発電装置およびその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】操作点検スペースを確保でき、施工性がよく、安価に実施することができる変電開閉設備を内蔵した風力発電装置およびその施工方法を提供する。
【解決手段】タワー１２が底部に収納室１８を有し、収納室１８の内部に変電開閉設備１４を有している。変電開閉設備１４は、変圧器２６と開閉装置２９と、変圧器２６の上方で開閉装置２９をスライド可能に支持する架台２７とを有している。まず、基礎１１の上に変圧器２６を設置し、架台２７をその支持面２７ｂが変圧器２６の上方に配置されるよう設置する。架台２７の支持面２７ｂの上に開閉装置２９を載せる。収納室１８に変圧器２６、架台２７および開閉装置２９を収納するよう、基礎１１の上にタワー１２を被せて設置する。開閉装置２９とタワー１２の内壁との間に操作点検スペース３３を確保するよう、架台２７の上で開閉装置２９をスライドさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、変電開閉設備を内蔵した風力発電装置およびその施工方法に関する。

一般的な風力発電装置は、タワーの上部に設けられた風車の回転により発電し、その出力を変圧器で昇圧した後、変圧器に隣接した開閉装置を経て電力を送電している。この一般的な風力発電装置は、変圧器および開閉装置から成る変電開閉設備を、タワー外部の近傍に設置している（例えば、特許文献１参照）。なお従来、開閉装置として気中絶縁方式のものが用いられている。

しかし近年、タワーの外部に変電開閉設備を設置する場合、その設置面積を確保するのが困難であることや、タワー周辺の景観への配慮という観点から、タワーの内部に変圧器や開閉装置を収納する必要性が指摘されている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２０００−１６１１９７号公報 長井浩著「洋上風力発電について」電気学会誌、２００４年１月、Ｖｏｌ．１２４、Ｎｏ．１、ｐ．２２−２６

従来使用されている気中絶縁方式の開閉装置をタワーの内部に収納しようとすると、タワーの内部が狭いため、開閉装置の操作点検スペースを充分に確保できないという課題があった。そこで、操作点検スペースを確保するため、気中絶縁方式の開閉装置をタワー内部の内壁ぎりぎりまで寄せて設置しようとすると、タワーを被せるとき開閉装置とタワーの内壁との距離が近すぎて工事がしにくく、施工性が悪いという課題があった。また、気中絶縁方式の開閉装置ではなく、最新式の縮小化技術を駆使した小型のガス絶縁方式または固体絶縁方式の開閉装置を使用すると、操作点検スペースは確保できるが、気中絶縁方式の開閉装置に比べて非常に高価であるため、コストが嵩むという課題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、操作点検スペースを確保でき、施工性がよく、安価に実施することができる変電開閉設備を内蔵した風力発電装置およびその施工方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る変電開閉設備を内蔵した風力発電装置は、タワーの上部に設けられた風車の回転により発電する風力発電装置であって、前記タワーは収納室を有し、前記収納室の内部に変電開閉設備を有し、前記変電開閉設備は、変圧器と、開閉装置と、前記開閉装置とタワー内壁との間に操作点検スペースを確保するよう前記変圧器の上方で前記開閉装置をスライド可能に支持する架台とを有することを、特徴とする。

本発明に係る変電開閉設備を内蔵した風力発電装置は、タワーの上部に設けられた風車の回転により発電し、その出力を収納室の内部の変圧器で昇圧する。昇圧した電気を開閉装置を経て送電している。
タワーの収納室の内部に変電開閉設備を有しているため、タワー外部に変電開閉設備の設置面積を確保する必要がなく、タワー周辺の景観も向上する。

架台の上で開閉装置をスライドさせて、開閉装置とタワー内壁との間に操作点検スペースを確保することができる。このため、小型のガス絶縁方式または固体絶縁方式の開閉装置のみならず、それらより大きい気中絶縁方式の開閉装置を使用することもできる。これにより、ガス絶縁方式または固体絶縁方式の開閉装置に比べて安価な気中絶縁方式の開閉装置を使用して、安価に実施することができる。

タワーを被せる前に、収納室の中央に位置するよう開閉装置を架台の支持面に載せることが好ましい。これにより、タワーを被せるとき、開閉装置とタワー内壁との間の距離を大きくとることができるため、タワーを被せやすくなり、施工性が向上する。
本発明に係る変電開閉設備を内蔵した風力発電装置は、以下に示す本発明に係る変電開閉設備を内蔵した風力発電装置の施工方法で容易に設置することができる。

本発明に係る変電開閉設備を内蔵した風力発電装置は、前記収納室の内部に作業者が前記架台の上へ昇降するための昇降器具を有し、前記昇降器具を前記変圧器から隔てる接地された導電性の遮蔽部材と、前記遮蔽部材の一方の面を覆う絶縁性の保護部材とを有することが好ましい。この昇降器具、遮蔽部材および保護部材を有する構成では、作業者が昇降器具を昇降して架台の上の開閉装置でメンテナンス作業を行うことができる。また、昇降器具が絶縁性の保護部材により変圧器から隔てられているため、変圧器が充電された状態であっても、作業者が変圧器の放電により感電することなく安全に昇降器具を昇降することができる。さらに、保護部材に微細なひび割れが発生するなどして絶縁が破壊された場合でも、遮蔽部材が導電性であり接地されているため、変圧器の放電による感電を防止することができる。このように、変圧器による感電から二重に保護されているため、安全性が高く、作業者が安心して作業を行うことができる。

また、本発明に係る変電開閉設備を内蔵した風力発電装置は、前記開閉装置は前記架台の上で前記変圧器に対し水平方向にずれて配置され、そのずれた箇所で下側に伸びる送電用ケーブルに接続されていることが好ましい。この構成では、収納室の内部で、変圧器などの障害物を避けるため送電用ケーブルを曲げながら開閉装置に接続する必要がなく、開閉装置の下側から容易に送電用ケーブルを接続することができ、施工性が向上する。

本発明に係る変電開閉設備を内蔵した風力発電装置の施工方法は、本発明に係る変電開閉設備を内蔵した風力発電装置の施工方法であって、基礎の上に前記変圧器を設置する第１工程と、前記基礎の上に前記架台をその支持面が前記変圧器の上方に配置されるよう設置する第２工程と、前記架台の支持面の上に前記開閉装置を載せる第３工程と、前記収納室は前記タワーの底部に設けられ、前記収納室に前記変圧器、前記架台および前記開閉装置を収納するよう前記基礎の上に前記タワーを被せて設置する第４工程と、前記開閉装置とタワー内壁との間に操作点検スペースを確保するよう前記架台の上で前記開閉装置をスライドさせる第５工程とを有することを、特徴とする。

本発明に係る変電開閉設備を内蔵した風力発電装置の施工方法では、第１工程で基礎の上に変圧器を設置するときと、第３工程で開閉装置を架台の支持面の上に載せるときには、変圧器および開閉装置を基礎の中央位置に配置することが好ましい。また、第４工程でタワーを被せるとき、これらが収納室の中央に位置するように被せることが好ましい。これにより、開閉装置とタワー内壁との間の距離を大きくとることができるため、第４工程でタワーを被せやすくなり、施工性が向上する。

本発明によれば、操作点検スペースを確保でき、施工性がよく、安価に実施することができる変電開閉設備を内蔵した風力発電装置およびその施工方法を提供することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図４は、本発明の実施の形態の変電開閉設備を内蔵した風力発電装置およびその施工方法を示している。
図１に示すように、風力発電装置１０は、基礎１１とタワー１２と風車１３と変電開閉設備１４とを有している。

基礎１１は、上に載せるタワー１２などが強風や地震などで倒れないよう地盤中の支持層に固定されている。基礎１１は、表面がほぼ水平の基礎面１１ａを有している。なお、支持層が深い場合、基礎１１は、杭により支持層に固定される。

タワー１２は、ほぼ円筒形状で、先端１２ａに行くほど半径が徐々に小さくなっている。タワー１２は、先端１２ａを上にして基礎１１の上に鉛直に固定されている。タワー１２は、先端１２ａからタワー上部１５、タワー中間部１６およびタワーベース部１７の３つの部分に分解可能である。なお、タワー１２は、３つに限らず、その規模や施工条件などに応じて、２つや４つなどいくつの部分に分解可能であってもよい。タワー１２は、底部のタワーベース部１７の内部に収納室１８を有している。収納室１８は、周囲がタワー１２の内壁に囲まれ、床が基礎面１１ａから成っている。タワー１２は、基礎面１１ａの高さから収納室１８に出入可能に、タワーベース部１７の下部にドア１９を有している。また、図２に示すように、タワーベース部１７は、所定の高さの位置に、内壁から水平に突き出した複数の接続部２０を有している。

図１に示すように、風車１３は、タワー１２の先端１２ａに設けられ、ナセル２１とロータ軸２２とプロペラ２３と増速機２４と発電機２５とを有している。ナセル２１は、タワー１２の先端１２ａを軸として水平面内で回転可能に、タワー１２の先端１２ａに取り付けられている。ロータ軸２２は、軸線が水平になるようナセル２１の一端に回転可能に取り付けられている。プロペラ２３は、等間隔に取り付けられた３枚のブレード２３ａを有し、各ブレード２３ａが正面から風を受けて回転するようロータ軸２２に取り付けられている。ナセル２１は、風の向きに対してプロペラ２３が正面を向くよう構成されている。

増速機２４は、ナセル２１の内部に設けられ、ロータ軸２２に接続されている。増速機２４は、ロータ軸２２が回転すると、その回転数を一定の回転数に上げるよう構成されている。発電機２５は、ナセル２１の内部に設けられ、増速機２４を介してロータ軸２２に接続されている。発電機２５は、増速機２４により回転数が上げられたロータ軸２２の回転エネルギーを、電気エネルギーに変換して発電するよう構成されている。

図１および図２に示すように、変電開閉設備１４は、収納室１８の内部に設けられ、変圧器２６と架台２７と連結部材２８と開閉装置２９と昇降器具３０と遮蔽部材３１と保護部材３２とを有している。変圧器２６は、収納室１８の中央で、基礎面１１ａに設置されている。架台２７は、基礎面１１ａに設置され、脚部２７ａと支持面２７ｂとレール２７ｃとを有している。支持面２７ｂは、脚部２７ａにより支持されて変圧器２６の上方に水平に配置されている。支持面２７ｂは、収納室１８の内壁との間に隙間を有し、タワーベース部１７の接続部２０と同じ高さで設けられている。図３に示すように、レール２７ｃは、２本から成り、開閉装置２９の幅より狭い間隔で平行に設けられている。レール２７ｃは、支持面２７ｂの端部から反対側の端部まで伸びて、支持面２７ｂに埋め込まれている。図２に示すように、連結部材２８は、支持面２７ｂと接続部２０とを連結している。

図１および図２に示すように、開閉装置２９は、気中絶縁方式のキュービクル式開閉装置から成り、架台２７の支持面２７ｂの上で変圧器２６に対し水平方向にずれて配置されている。図４（ｄ）に示すように、開閉装置２９は、そのずれた箇所で下側に垂直に伸びる送電用ケーブル１に接続されている。図３に示すように、開閉装置２９は、支持面２７ｂのレール２７ｃ上を移動可能に、４つの滑車２９ａを下部に有している。開閉装置２９は、タワー１２の内壁との間に操作点検スペース３３を確保するよう支持面２７ｂのレール２７ｃ上をスライド可能に構成されている。なお、開閉装置２９は、滑車２９ａに限らず、支持面２７ｂのレール２７ｃ上をスムーズにスライド可能であれば、コロその他、いかなる移動手段を有していてもよい。

図２に示すように、昇降器具３０は、梯子から成り、作業者が基礎面１１ａから架台２７の支持面２７ｂへ昇降可能に、基礎面１１ａと支持面２７ｂとを接続して設けられている。遮蔽部材３１は、金属板から成り、導電性を有している。遮蔽部材３１は、両面をそれぞれ昇降器具３０および変圧器２６に向けて、昇降器具３０と変圧器２６との間に垂直に立てて設けられている。遮蔽部材３１は、接地されており、基礎面１１ａから支持面２７ｂまで伸びて、昇降器具３０を変圧器２６から隔てるよう設けられている。保護部材３２は、絶縁性のベークライト板から成る。保護部材３２は、遮蔽部材３１の変圧器２６側の面の全体を覆って貼り付けられている。なお、保護部材３２は、昇降器具３０と変圧器２６との相対的な位置関係に応じて、作業者の安全を確保できる大きさであれば、遮蔽部材３１より小さく形成されていてもよい。

次に、作用について説明する。
風力発電装置１０は、タワー１２の先端１２ａに設けられた風車１３のプロペラ２３の回転により発電し、その出力を収納室１８の内部の変圧器２６で昇圧する。昇圧した電気を開閉装置２９を経て送電している。
風力発電装置１０は、以下に示す方法で容易に施工することができる。

図４（ａ）に示すように、まず、基礎面１１ａが水平になるよう基礎１１を設置する。基礎面１１ａの上に変圧器２６を設置する。このとき、変圧器２６を基礎面１１ａの中央位置に配置する。基礎面１１ａの上に、支持面２７ｂが変圧器２６の上方に配置されるよう架台２７を設置する。支持面２７ｂのレール２７ｃに滑車２９ａを合わせて支持面２７ｂの上に開閉装置２９を載せ、仮固定する。このとき、開閉装置２９を支持面２７ｂの中央位置に配置する。

図４（ｂ）に示すように、収納室１８に変圧器２６、架台２７および開閉装置２９を収納するよう基礎面１１ａの上にタワーベース部１７を被せて設置する。このとき、変圧器２６、架台２７および開閉装置２９が収納室１８の中央に位置するように被せる。なお、変圧器２６は、収納室１８の中央からずれて配置されていてもよい。これにより、開閉装置２９とタワー１２の内壁との間の距離を大きくとることができるため、タワー１２を被せやすくなり、施工性が向上する。タワーベース部１７の上にタワー中間部１６およびタワー上部１５を順に載せて設置する。あらかじめ増速機２４および発電機２５が収納され、ロータ軸２２が取り付けられたナセル２１を、タワー１２の先端１２ａに取り付ける。ロータ軸２２にプロペラ２３を取り付ける。

図４（ｃ）に示すように、開閉装置２９の仮固定をはずし、架台２７の上で開閉装置２９を支持面２７ｂの端部までレール２７ｃに沿ってスライドさせ、タワー１２の内壁に近接した位置で固定する。これにより、開閉装置２９とタワー１２の内壁との間の、開閉装置２９をスライドして拡大した支持面２７ｂの上の平面を、点検・作業用の操作点検スペース３３として確保することができる。このため、保守性に優れている。また、小型のガス絶縁方式または固体絶縁方式の開閉装置のみならず、それらより大きい気中絶縁方式の開閉装置２９を使用することができる。これにより、ガス絶縁方式または固体絶縁方式の開閉装置に比べて安価な気中絶縁方式の開閉装置２９を使用して、安価に実施することができ、経済的である。

次に、連結部材２８で、支持面２７ｂとタワーベース部１７の接続部２０とを連結し、固定する。これにより、支持面２７ｂの端部に設置された開閉装置２９に発生する重力による回転モーメントを、タワー１２で支えることができる。このため、開閉装置２９が不安定になって支持面２７ｂから落ちるのを防ぎ、開閉装置２９を安定して支持することができる。

開閉装置２９を支持面２７ｂの上でスライドできない場合の問題点について、図５を参照して、詳細に検討する。図５は、開閉装置２９をスライドできない変電開閉設備の側面図である。図５に示すように、開閉装置２９を支持面２７ｂの上でスライドできない場合、操作点検スペース３３を確保するには、予め開閉装置２９を支持面２７ｂの端部に設置して、タワー１２を被せたときに開閉装置２９がタワー１２の内部の内壁に近接した位置に配置されるようにしなければならない。この場合、開閉装置２９が重力による回転モーメントにより支持面２７ｂから落ちるのを防ぐために、支持面２７ｂの端部と基礎面１１ａとの間に、開閉装置２９を支持する補強材５１を新たに固定する必要が生じる。また、この場合、タワー１２を被せるとき、開閉装置２９がタワー１２の内壁に近接した位置にあるため、施工が難しく、開閉装置２９にタワー１２が衝突して損傷を受けないよう最新の注意を払う必要が生じる。
これに対し、風力発電装置１０は、図４（ｃ）に示すように、支持面２７ｂの上で開閉装置２９をスライドさせることができるので、このような問題を生じずに操作点検スペース３３を確保することができる。このため、補強材５１を設ける必要がなく、タワー１２を被せる際の施工が容易である。

図４（ｄ）に示すように、開閉装置２９が支持面２７ｂの上で、変圧器２６に対し水平方向にずれて配置されているため、そのずれた箇所で、下側に伸びる送電用ケーブル１を開閉装置２９の下部に接続する。これにより、収納室１８の内部で、変圧器２６などの障害物を避けるため送電用ケーブル１を曲げながら開閉装置２９に接続する必要がなく、開閉装置２９の下側から容易に送電用ケーブル１を接続することができ、施工性が向上する。

図２に示すように、昇降器具３０を基礎面１１ａと支持面２７ｂとを接続するよう取り付ける。これにより、作業者が昇降器具３０を昇降して架台２７の上の開閉装置２９でメンテナンス作業を行うことができる。

さらに、図２に示すように、遮蔽部材３１および保護部材３２を昇降器具３０と変圧器２６との間に垂直に立てて設置する。昇降器具３０は絶縁性の保護部材３２により変圧器２６から隔てられるため、変圧器２６が充電された状態であっても、作業者が変圧器２６の放電により感電することなく安全に昇降器具３０を昇降したり、その周辺に一時的に滞在したりすることができる。さらに、保護部材３２に微細なひび割れが発生するなどして絶縁が破壊された場合でも、遮蔽部材３１が導電性で接地されているため、変圧器２６の放電による感電を防止することができる。このように、変圧器２６による感電から二重に保護されているため、安全性が高く、作業者が安心して作業を行うことができる。

こうして、風力発電装置１０を施工、設置することができる。なお、変圧器２６、開閉装置２９、タワー１２、ナセル２１およびプロペラ２３は、大型クレーンを用いて設置される。
風力発電装置１０は、タワー１２の収納室１８の内部に変電開閉設備１４を有しているため、タワー１２の外部に変電開閉設備１４の設置面積を確保する必要がなく、タワー１２の周辺の景観も向上する。また、タワー１２の外部に変電開閉設備１４を設置する場合に比べ、設置面積を小さくすることができるため、洋上設置にも適している。

本発明の実施の形態の変電開閉設備を内蔵した風力発電装置を示す一部を切り欠いた側面図である。 図１に示す風力発電装置の収納室を示す背面図である。 図１に示す風力発電装置のレールおよび滑車を示す拡大側面図である。 図１に示す風力発電装置の施工方法の手順を示す側面図である。 開閉装置をスライドできない変電開閉設備の側面図である。

符号の説明

１ 送電用ケーブル
１０ 風力発電装置
１１ 基礎
１１ａ 基礎面
１２ タワー
１３ 風車
１４ 変電開閉設備
１５ タワー上部
１６ タワー中間部
１７ タワーベース部
１８ 収納室
１９ ドア
２０ 接続部
２１ ナセル
２２ ロータ軸
２３ プロペラ
２３ａ ブレード
２４ 増速機
２５ 発電機
２６ 変圧器
２７ 架台
２７ａ 脚部
２７ｂ 支持面
２７ｃ レール
２８ 連結部材
２９ 開閉装置
３０ 昇降器具
３１ 遮蔽部材
３２ 保護部材
３３ 操作点検スペース

Claims (4)

1. タワーの上部に設けられた風車の回転により発電する風力発電装置であって、
   前記タワーは収納室を有し、前記収納室の内部に変電開閉設備を有し、
   前記変電開閉設備は、変圧器と、開閉装置と、前記開閉装置とタワー内壁との間に操作点検スペースを確保するよう前記変圧器の上方で前記開閉装置をスライド可能に支持する架台とを有することを、
   特徴とする変電開閉設備を内蔵した風力発電装置。
2. 前記収納室の内部に作業者が前記架台の上へ昇降するための昇降器具を有し、
   前記昇降器具を前記変圧器から隔てる接地された導電性の遮蔽部材と、
   前記遮蔽部材の一方の面を覆う絶縁性の保護部材とを有することを、
   特徴とする請求項１記載の変電開閉設備を内蔵した風力発電装置。
3. 前記開閉装置は前記架台の上で前記変圧器に対し水平方向にずれて配置され、そのずれた箇所で下側に伸びる送電用ケーブルに接続されていることを、
   特徴とする請求項１または２記載の変電開閉設備を内蔵した風力発電装置。
4. 請求項１、２または３記載の変電開閉設備を内蔵した風力発電装置の施工方法であって、
   基礎の上に前記変圧器を設置する第１工程と、前記基礎の上に前記架台をその支持面が前記変圧器の上方に配置されるよう設置する第２工程と、前記架台の支持面の上に前記開閉装置を載せる第３工程と、前記収納室は前記タワーの底部に設けられ、前記収納室に前記変圧器、前記架台および前記開閉装置を収納するよう前記基礎の上に前記タワーを被せて設置する第４工程と、前記開閉装置とタワー内壁との間に操作点検スペースを確保するよう前記架台の上で前記開閉装置をスライドさせる第５工程とを有することを、
   特徴とする変電開閉設備を内蔵した風力発電装置の施工方法。

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