JP2006316738A - Power generation system and power generation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To output stable electric power at low cost, by driving a power generator by a rotating shaft of an engine connected by a shaft with a rotating shaft of a windmill. <P>SOLUTION: This power generation system is equipped with the windmill 1, the engine 5 connected by the shaft with the rotating shaft of the windmill 1 and the power generator 6 driven by the rotating shaft of the engine 5. The power generation system is further provided with a clutch 4 interposed between the rotating shaft of the windmill 1 and the rotating shaft of the engine 5. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、発電装置及び発電方法に関する。   The present invention relates to a power generation apparatus and a power generation method.

風力発電の出力安定技術として、例えば下記特許公開公報に開示されたものがある。特許文献１に開示された技術は、発電機の回転軸にフライホイールを装着することにより発電機の回転変動を緩和して電力出力の安定化を図るものである。一方、特許文献２に開示された技術は、風力発電にディーゼル発電を組み合わせたものであり、風力発電設備の電力出力系統とディーゼル発電設備の電力出力系統とを連系させることにより風力発電設備の電力出力の変動をディーゼル発電設備の電力出力によって補完するものである。なお、特許文献２に開示された技術では、風力発電設備の電力出力の変動を補完するためにディーゼル発電設備に加えて蓄電池をも利用している。
特開２００２−１５５８５０号公報 特開２００２−３１７７５０号公報 As an output stabilization technique for wind power generation, for example, there is one disclosed in the following Patent Publication. The technique disclosed in Patent Document 1 is intended to stabilize power output by mitigating rotational fluctuations of a generator by mounting a flywheel on a rotating shaft of the generator. On the other hand, the technique disclosed in Patent Document 2 is a combination of wind power generation and diesel power generation. By connecting a power output system of wind power generation equipment and a power output system of diesel power generation equipment, The fluctuation of the power output is complemented by the power output of the diesel power generation facility. In addition, in the technique disclosed in Patent Document 2, a storage battery is also used in addition to the diesel power generation facility in order to compensate for fluctuations in the power output of the wind power generation facility.
JP 2002-155850 A JP 2002-317750 A

しかしながら、特許文献１に開示された技術は、発電機の回転変動を単に緩和するものなので、電力出力の安定化に限界がある。すなわち、発電機の比較的小さな回転変動に起因する電力出力の比較的小さな変動に対しては有効であるが、比較的大きな電力出力の変動に対しては十分に安定化することができない。
一方、特許文献２に開示された技術は、風力発電設備の電力出力系統とディーゼル発電設備の電力出力系統とを連系させるものなので、設備構成が複雑になるという問題点がある。すなわち、風力発電設備とディーゼル発電設備との両方に発電機を必要とするため、また相互の出力電圧を同等なものにする変圧器やその他各種の電力関連機器を必要とするため、設備コスト及びメンテナンスコストが増大し、したがって発電コストが増大する。 However, since the technique disclosed in Patent Document 1 merely reduces the rotational fluctuation of the generator, there is a limit in stabilizing the power output. That is, it is effective for relatively small fluctuations in power output caused by relatively small fluctuations in the rotational speed of the generator, but cannot be sufficiently stabilized against relatively large fluctuations in power output.
On the other hand, since the technique disclosed in Patent Document 2 links the power output system of the wind power generation facility and the power output system of the diesel power generation facility, there is a problem that the equipment configuration becomes complicated. In other words, because both wind power generation equipment and diesel power generation equipment require generators, and because transformers and other various power-related equipment that make the mutual output voltages equivalent are required, the equipment costs and Maintenance costs increase and thus power generation costs increase.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）低コストで安定した電力を出力する。
（２）安定した電力を簡便な設備を用いて出力する。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has the following objects.
(1) Output stable power at low cost.
(2) Output stable power using simple equipment.

上記目的を達成するために、本発明では、発電装置に係る第１の解決手段として、風車と、該風車の回転軸と軸結合したエンジンと、該エンジンの回転軸によって駆動される発電機とを具備する、という手段を採用する。
発電装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、風車の回転軸とエンジンの回転軸との間に介装されるクラッチをさらに備える、という手段を採用する。
発電装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、発電機の出力の一部を蓄電する蓄電装置と、発電機の回転軸に軸結合した電動機とをさらに備え、蓄電装置の出力を用いて電動機を回転駆動する、という手段を採用する。
一方、本発明では、発電装置に係る第１の解決手段として、風車の回転軸と軸結合したエンジンの回転軸によって発電機を駆動する、という手段を採用する。
発電装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、風車の回転軸とエンジンの回転軸とをクラッチを介して軸結合する、という手段を採用する。
発電装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、発電機の出力の一部を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置の出力を用いて発電機に軸結合した電動機を駆動する、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solving means related to the power generator, a windmill, an engine that is axially coupled to the rotating shaft of the windmill, and a generator that is driven by the rotating shaft of the engine, The means of comprising is adopted.
As a second solving means relating to the power generator, a means is adopted in which the first means further includes a clutch interposed between the rotating shaft of the windmill and the rotating shaft of the engine.
As a third solving means related to the power generation device, in the first or second means, further comprising: a power storage device that stores a part of the output of the generator; and an electric motor that is axially coupled to the rotating shaft of the generator, A means of rotating the electric motor using the output of the power storage device is employed.
On the other hand, in the present invention, as a first solving means related to the power generation device, a means is adopted in which the generator is driven by the rotation shaft of the engine that is axially coupled to the rotation shaft of the windmill.
As a second solving means relating to the power generation device, a means is adopted in which the rotating shaft of the windmill and the rotating shaft of the engine are axially coupled via a clutch in the first means.
As a third solving means related to the power generator, in the first or second means, a part of the output of the generator is stored in the power storage device, and the motor is axially coupled to the generator using the output of the power storage device. The means of driving is adopted.

本発明によれば、風車の回転軸と軸結合したエンジンの回転軸によって発電機を駆動するので、風車によって発生する回転動力をエンジンによって発生する回転動力で補完しながら発電機を駆動することが可能であり、したがって安定した電力を出力することができる。しかも、風車の回転軸とエンジンの回転軸との軸結合によって単一の発電機を駆動するので、装置構成が簡単であり、よって安定した電力を低コストで発電することが可能である。   According to the present invention, since the generator is driven by the rotation shaft of the engine that is axially coupled to the rotation shaft of the windmill, it is possible to drive the generator while complementing the rotation power generated by the windmill with the rotation power generated by the engine. Therefore, stable power can be output. In addition, since the single generator is driven by the shaft coupling between the rotating shaft of the windmill and the rotating shaft of the engine, the configuration of the apparatus is simple, so that stable power can be generated at low cost.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る発電装置の構成を示すブロック図である。この図において、符号１は風車、２はギア、３は増速機、４はクラッチ、５はエンジン、６は発電機、７はモータ（電動機）、８は蓄電装置、９はインバータである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the power generator according to this embodiment. In this figure, reference numeral 1 is a windmill, 2 is a gear, 3 is a speed increaser, 4 is a clutch, 5 is an engine, 6 is a generator, 7 is a motor (electric motor), 8 is a power storage device, and 9 is an inverter.

風車１は、風力発電に適した構造を有するものであり、風力によって回転軸を回転駆動させる。本実施形態では、図示するように比較的小規模な風力発電に適用される垂直軸風車を採用するが、水平軸風車を用いても良い。ギア２は、垂直姿勢にある風車１の回転軸に設けられた第1の歯車と該第1の歯車に噛合うと共に水平姿勢にある増速機３の回転軸に設けられた第２の歯車から構成されている。   The windmill 1 has a structure suitable for wind power generation, and rotationally drives a rotating shaft with wind power. In the present embodiment, a vertical axis windmill that is applied to relatively small-scale wind power generation is employed as shown in the figure, but a horizontal axis windmill may be used. The gear 2 is a first gear provided on the rotary shaft of the windmill 1 in a vertical posture and a second gear provided on the rotary shaft of the speed increaser 3 in a horizontal posture while meshing with the first gear. It is composed of

増速機３は、入力軸と出力軸とを所定ギア比を有する複数の歯車で連結したものであり、入力軸の出力回転数（つまり上記ギア２の出力軸の回転数）を一定比率で増加させるものである。クラッチ４は、増速機３の出力軸とエンジン５の回転軸とを連結／乖離させるもの、つまり増速機３の出力軸の動力のエンジン５の回転軸への伝達を規制するものである。このようなクラッチ４の機能は制御装置１０によって制御される。エンジン５は、周知のように燃料の燃焼によって回転軸を回転駆動するものであり、例えばジーゼルエンジンあるいはガスエンジンである。このようなエンジン５は、制御装置１０による制御の下に運転される。   The speed increaser 3 is formed by connecting an input shaft and an output shaft with a plurality of gears having a predetermined gear ratio, and the output rotational speed of the input shaft (that is, the rotational speed of the output shaft of the gear 2) at a constant ratio. To increase. The clutch 4 connects / displaces the output shaft of the speed increaser 3 and the rotation shaft of the engine 5, that is, restricts transmission of the power of the output shaft of the speed increaser 3 to the rotation shaft of the engine 5. . The function of the clutch 4 is controlled by the control device 10. As is well known, the engine 5 rotationally drives a rotating shaft by burning fuel, and is, for example, a diesel engine or a gas engine. Such an engine 5 is operated under the control of the control device 10.

発電機６は、その駆動軸が上記エンジン５の回転軸に軸結合しており、エンジン５の回転軸の駆動力によって回転駆動されることにより当該駆動力に応じた電力を発生して外部に出力する。モータ７は、その回転軸が発電機６の駆動軸に連結されており、当該駆動軸を回転駆動する。蓄電装置８は、発電機６の電力出力（交流電力）の一部を直流電力に変換して蓄える（充電する）と共に当該直流電力をインバータ９に供給する（放電する）。インバータ９は、制御装置１０による制御の下に、蓄電装置８から供給された直流電力を交流電力に変換してモータ７を駆動する。制御装置１０は、上述したクラッチ４、エンジン５及びインバータ９を各々制御することにより本発電装置の全体動作を制御する。   The generator 6 has a drive shaft coupled to the rotating shaft of the engine 5 and is driven to rotate by the driving force of the rotating shaft of the engine 5 to generate electric power according to the driving force and to the outside. Output. The rotation shaft of the motor 7 is connected to the drive shaft of the generator 6 and rotationally drives the drive shaft. The power storage device 8 converts a part of the power output (AC power) of the generator 6 into DC power and stores (charges) the DC power and supplies (discharges) the DC power to the inverter 9. The inverter 9 converts the DC power supplied from the power storage device 8 into AC power and drives the motor 7 under the control of the control device 10. The control device 10 controls the overall operation of the power generation device by controlling the clutch 4, the engine 5, and the inverter 9 described above.

次に、このように構成された本発電装置の全体動作について、図２をも参照して詳しく説明する。なお、制御装置１０は、風力出力の計測値を自らに記憶されたしきい値と比較することにより、以下のような状態別制御を行う。   Next, the overall operation of the power generator configured as described above will be described in detail with reference to FIG. In addition, the control apparatus 10 performs the following control according to a state by comparing the measured value of a wind power output with the threshold value memorize | stored in self.

（１）風力出力がしきい値以上の場合
制御装置１０は、発電機６の電力出力が所定の目標値に安定するように、つまり発電機６の駆動軸の回転速度が所定の回転目標値を維持するようにエンジン５及びインバータ９を各々制御するが、所定風力出力以上の風が吹いている場合、風車１を主な動力発生源とし、エンジン５及びモータ７を補完的な動力発生源としてクラッチ４、エンジン５及びインバータ９を制御する。 (1) When the wind power output is equal to or greater than the threshold value The control device 10 ensures that the power output of the generator 6 is stabilized at a predetermined target value, that is, the rotational speed of the drive shaft of the generator 6 is a predetermined rotation target value. The engine 5 and the inverter 9 are respectively controlled so as to maintain the above. However, when a wind of a predetermined wind power or more is blowing, the windmill 1 is a main power generation source, and the engine 5 and the motor 7 are complementary power generation sources. The clutch 4, the engine 5 and the inverter 9 are controlled.

すなわち、この場合、制御装置１０は、クラッチ４を閉じて風車１の回転軸を発電機６の駆動軸に軸結合させる。そして、制御装置１０は、図２に示すように、風車１の動力に基づいて発生する電力（風力電力）の電力出力の目標値に対する不足分を、エンジン５の動力に基づいて発生する電力（エンジン電力）で補完するように、エンジン５の運転を制御する。風力電力は、風力出力の変動に起因して比較的大きく変動すると共に安定制御が比較的困難であるが、エンジン電力は制御が容易である。したがって、エンジン５の運転を制御することにより、風力電力の比較的大きな変動を十分に補完することが可能である。   That is, in this case, the control device 10 closes the clutch 4 and axially couples the rotation shaft of the windmill 1 to the drive shaft of the generator 6. Then, as shown in FIG. 2, the control device 10 generates a shortage of the power output (wind power) generated based on the power of the windmill 1 with respect to the target value of the power output based on the power of the engine 5 ( The operation of the engine 5 is controlled so as to be supplemented by (engine power). Wind power fluctuates relatively greatly due to fluctuations in wind power output, and stable control is relatively difficult, but engine power is easy to control. Therefore, by controlling the operation of the engine 5, it is possible to sufficiently compensate for relatively large fluctuations in wind power.

また、風力電力には、上記比較的大きな変動の他に比較的小さい変動成分が含まれている。比較的大きな変動は比較的長周期な変動（低周波変動）であるが、比較的小さい変動は比較的短周期（高周波変動）である。制御装置１０は、インバータ９を介してモータ７の動力を制御することにより上記高周波変動を抑制する。インバータ９を用いたモータ７の回転制御はエンジン５の回転制御よりも応答速度の点で優れているので、エンジン５の制御で除去することができない上記高周波変動は、モータ７の回転を制御することによって除去される。   In addition, the wind power includes relatively small fluctuation components in addition to the above-described relatively large fluctuations. A relatively large variation is a relatively long cycle variation (low frequency variation), while a relatively small variation is a relatively short cycle (high frequency variation). The control device 10 controls the power of the motor 7 through the inverter 9 to suppress the high frequency fluctuation. Since the rotation control of the motor 7 using the inverter 9 is superior to the rotation control of the engine 5 in terms of response speed, the above high-frequency fluctuation that cannot be removed by the control of the engine 5 controls the rotation of the motor 7. Is removed.

（２）風力出力がしきい値を下回る場合
この場合、制御装置１０は、クラッチ４を開いて風車１の回転軸を発電機６の駆動軸から乖離させ、エンジン５を主な動力発生源とし、モータ７を補完的な動力発生源としてエンジン５及びインバータ９を制御する。このように風力出力がしきい値を下回る場合には、風車１が発生する回転動力は小さく、エンジン５に対して負荷となるので、まず最初にクラッチ４を開いて風車１の回転軸を発電機６の駆動軸から乖離させる。 (2) When the wind power output falls below the threshold value In this case, the control device 10 opens the clutch 4 to separate the rotation shaft of the windmill 1 from the drive shaft of the generator 6, and uses the engine 5 as a main power generation source. The engine 5 and the inverter 9 are controlled using the motor 7 as a complementary power generation source. When the wind power output falls below the threshold value as described above, the rotational power generated by the windmill 1 is small and becomes a load on the engine 5. Therefore, first, the clutch 4 is opened to generate power from the rotating shaft of the windmill 1. Separated from the drive shaft of the machine 6.

そして、この場合には、図２に示した風力電力は「０」となるので、制御装置１０は、エンジン電力のみで電力出力の目標値をカバーするようにエンジン５の運転を制御する。そして、エンジン電力に変動が生じた場合には、この変動をモータ７の回転を制御することにより補完する。   In this case, since the wind power shown in FIG. 2 is “0”, the control device 10 controls the operation of the engine 5 so as to cover the target value of the power output with only the engine power. And when fluctuation | variation arises in engine electric power, this fluctuation | variation is supplemented by controlling rotation of the motor 7. FIG.

このような本実施形態によれば、風車１によって発生する回転動力をエンジン５によって発生する回転動力で力学的に補完しながら発電機６を駆動することが可能、すなわち、風力電力をエンジン電力で機械的に補完することが可能なので、安定した電力を供給することができる。
しかも、風車１の回転軸とエンジン５の回転軸との機械的な軸結合によって風車１とエンジン５とを連係させるので、従来のような風力発電設備の電力出力系統とディーゼル発電設備の電力出力系統とを連系させる構成に比較して装置構成を単純化することが可能であり、よって発電コストを低減することが可能である。 According to this embodiment, it is possible to drive the generator 6 while dynamically complementing the rotational power generated by the windmill 1 with the rotational power generated by the engine 5, that is, wind power is engine power. Since it is possible to complement mechanically, stable power can be supplied.
Moreover, since the windmill 1 and the engine 5 are linked by mechanical shaft coupling between the rotating shaft of the windmill 1 and the rotating shaft of the engine 5, the power output system of the conventional wind power generation equipment and the power output of the diesel power generation equipment are used. It is possible to simplify the device configuration as compared with the configuration in which the system is linked, and thus it is possible to reduce the power generation cost.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、風力電力あるいはエンジン電力の比較的小さい変動を除去するためにモータ７、蓄電装置８及びインバータ９を設けた。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。モータ７、蓄電装置８及びインバータ９については、必要に応じて設ければ良い。
（２）上記実施形態では、風力出力の計測値をしきい値と比較することによりクラッチ４の開閉に応じた状態別制御を行うようにしたが、本発明は、これに限定されるものではない。風速以外の条件に基づいて状態別制御を行うようにしても良い。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In the embodiment described above, the motor 7, the power storage device 8, and the inverter 9 are provided in order to remove relatively small fluctuations in wind power or engine power. However, the present invention is not limited to this. What is necessary is just to provide the motor 7, the electrical storage apparatus 8, and the inverter 9 as needed.
(2) In the above embodiment, the state-specific control corresponding to the opening / closing of the clutch 4 is performed by comparing the measured value of the wind power output with the threshold value, but the present invention is not limited to this. Absent. You may make it perform control according to states based on conditions other than a wind speed.

本発明の一実施形態に係わる発電装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electric power generating apparatus concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における発電制御の特徴を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic of the electric power generation control in one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…風車、２…ギア、３…増速機、４…クラッチ、５…エンジン、６…発電機、７…モータ（電動機）、８…蓄電装置、９…インバータ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Windmill, 2 ... Gear, 3 ... Speed up gear, 4 ... Clutch, 5 ... Engine, 6 ... Generator, 7 ... Motor (electric motor), 8 ... Power storage device, 9 ... Inverter

Claims (6)

風車と、
該風車の回転軸と軸結合したエンジンと、
該エンジンの回転軸によって駆動される発電機と
を具備することを特徴とする発電装置。 With a windmill,
An engine axially coupled to the rotating shaft of the windmill;
And a generator driven by the rotating shaft of the engine. 風車の回転軸とエンジンの回転軸との間に介装されるクラッチをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の発電装置。   The power generator according to claim 1, further comprising a clutch interposed between a rotating shaft of the windmill and a rotating shaft of the engine. 発電機の出力の一部を蓄電する蓄電装置と、
発電機の回転軸に軸結合した電動機とをさらに備え、
蓄電装置の出力を用いて電動機を回転駆動することを特徴とする請求項１または２記載の発電装置。 A power storage device that stores part of the output of the generator;
An electric motor shaft-coupled to the rotating shaft of the generator,
The power generator according to claim 1 or 2, wherein the electric motor is rotationally driven using an output of the power storage device. 風車の回転軸と軸結合したエンジンの回転軸によって発電機を駆動する
を具備することを特徴とする発電方法。 A generator is driven by a rotating shaft of an engine that is axially coupled to a rotating shaft of a windmill. 風車の回転軸とエンジンの回転軸とをクラッチを介して軸結合する
ことを特徴とする請求項４記載の発電方法。 The power generation method according to claim 4, wherein the rotary shaft of the windmill and the rotary shaft of the engine are coupled via a clutch. 発電機の出力の一部を蓄電装置に蓄電し、該蓄電装置の出力を用いて発電機に軸結合した電動機を駆動することを特徴とする請求項４または５記載の発電方法。

6. The power generation method according to claim 4, wherein a part of the output of the generator is stored in a power storage device, and an electric motor shaft-coupled to the generator is driven using the output of the power storage device.

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101040435B1 (en) * 2008-09-19 2011-06-09 김영수 Wind Power Generation Apparatus using Movement Means
WO2012075944A1 (en) * 2010-12-07 2012-06-14 Zhang Xue System with complementary driving by natural power and electrical power to do work
JP2015220963A (en) * 2014-05-21 2015-12-07 本田技研工業株式会社 Power generator

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