JP2006520871A - ウインドタービン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 このロータは、複数の半径方向のブレードと、これらのブレードの外先端部を連結するリング状翼形ディフューザーとを備えている。ウインドタービンは、前記ロータを備えており、更に、ナセルと、回転軸線と直交する方向軸線のまわりのタービンおよびロータの回転を許容するようになっている取付け手段とを備えており、かくしてタービンを風の条件に応じて最適な方向に配向させることができる。風速に応じて配向の変更を行うファーリング手段を開示する。また、ウインドタービン装置を開示する。このウインドタービン装置は、ウインドタービン駆動式ジェネレータと、電力出力を与えるための手段とを備えており、この電力出力は、加熱装置、構造送電網連結式のインバータまたは独立のインバータに接続されており、このインバータは電力を地方または送電網電力下部構造またはエネルギ保存装置に供給するようになっている。また、ウインドタービンから取られる電力のレベルを制御する方法と、タービン、塔および取付け構造体内の調和共振により引起こされる作動振動を減少させる手段を備えたウインドタービンとが開示される。
Description
前記更なる容器内の液体を加熱するようになっている1つまたはそれ以上の電気加熱要素と、
前記1つまたはそれ以上の電気加熱要素への、前記ジェネレータにより発生された電気の供給を制御するようになっている制御手段と、を更に備えている。
(a)ウインドタービンから電力取出量を少量だけ増減する工程と、
(b)電力取出量のレベルを一時的に設定する工程と、
(c)所定の時間後、ロータ速度の多数の測定値を取る工程と、
(d)電力取出量の前記増減に対する第1、第2および第3命令値、つまり、速度、加速度/減速度および加速度/減速度の変化率を算出する工程と、
(e)前記算出に応じてウインドタービンから取られた電力を調整する工程と、を備えている。
(a)正の第2命令ロータ速度応答(加速度)およびロータ速度の前記加速度の増大率((正の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の増大を生じる、或いは
(b)正の第2命令ロータ速度応答(加速度)およびロータ速度の前記加速度の減少率(負の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の増大を生じるか、或いはその変化を生じない、或いは
(c)負の第2命令ロータ速度応答(減速度)およびロータ速度の前記減速度の増大率(正の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の減少を生じる、或いは
(d)負の第2命令ロータ速度応答(減速度)およびロータ速度の前記減速度の減少率(負の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の増大を生じる、或いはその変化を生じない、
と言う論理を使用している。
(a)ウインドタービンから取られる電力取出量を少量だけ増大させる或いは減少させる工程と、
(b)電力取出量のレベルを一時的に設定する工程と、
(c)所定の時間後、ロータ速度の多数の測定値を取る工程と、
(d)電力取出量の増大または減少に対する第1、第2および第3命令値、つまり、速度、加速度/減速度および加速度/減速度の変化率をそれぞれ算出する工程と、
(e)この算出に応じてウインドタービンから取られる電力を調整する工程と、を備えている。
(b)正の第2命令ロータ速度応答(加速度)およびロータ速度の前記加速度の減少率(負の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の増大を生じるか、或いはその変化を生じない、或いは
(c)負の第2命令ロータ速度応答(減速度)およびロータ速度の前記減速度の増大率(正の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の減少を生じる、或いは
(d)負の第2命令ロータ速度応答(減速度)およびロータ速度の前記減速度の減少率(負の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の増大を生じる、或いはその変化を生じない。
Claims (57)
- 複数の半径方向のブレードと、これらのブレードの外先端部を連結するリング状翼形ディフューザーとを備えていることを特徴とするウインドタービン用のロータ。
- 翼形ディフューザーはブレードの外先端部から下流に延びていることを特徴とする請求項1に記載のロータ。
- ブレードの外先端部はディフューザーの前縁部のところ或いはその近くでディフューザーに連結されていることを特徴とするいずれか1つの先行請求項に記載のロータ。
- 翼形ディフューザーは、実質的に切頭円錐形のディフューザーを形成するようにブレードの外先端部から外方にテーパ状になっており、切頭円錐形のディフューザーの回転軸線はブレードの回転軸線に実質的に整合されていることを特徴とするいずれか1つの先行請求項に記載のロータ。
- 翼形ディフューザーの少なくとも一部はブレードの外先端部から上流に延びていることを特徴とする請求項1に記載のロータ。
- 翼形ディフューザーは、上流端部から下流端部まで延びるにつれて半径方向外方にテーパ状になっていることを特徴とするいずれか1つの先行請求項に記載のロータ。
- 翼形ディフューザーは、ブレードからの部分的に軸方向および部分的に半径方向の空気流を抑制するように成形されていることを特徴とするいずれか1つの先行請求項に記載のロータ。
- 翼形ディフューザーは、ブレードの外先端部からの部分的に軸方向および部分的に半径方向の空気流を抑制し、且つ正常な作動中、前記空気流を実質的に周方向の空気流に転じるようになっていることを特徴とするいずれか1つの先行請求項に記載のロータ。
- ブレードはロータの回転軸線と直交する横方向のロータ平面に対して角度をなして傾斜されていることを特徴とするいずれか1つの先行請求項に記載のロータ。
- 傾斜角度はブレードの長さに沿って変化し得ることを特徴とする請求項9に記載のロータ。
- 各ブレードの傾斜角度はブレードの中間部分のところでブレードの外先端部のところより大きいことを特徴とする請求項9または請求項10に記載のロータ。
- ブレードはそれらの外先端部のところで横方向のロータ平面と実質的に平行であることを特徴とするいずれか1つの先行請求項に記載のロータ。
- 請求項1ないし12のいずれか1つに記載のロータを備えているウインドタービンであって、ナセルと、回転軸線と直交する方向軸線のまわりのタービンおよびロータの回転を許容し、かくしてタービンを風の条件に応じて最適な方向に配向するようになっている取付け手段とを更に備えていることを特徴とするウインドタービン。
- 空気流の速度が所定の空気流速度より大きいときに、回転軸線が空気流の方向と平行でないようにロータを回転軸線のまわりに回転させるようになっているファーリング手段を更に備えていることを特徴とする請求項13に記載のウインドタービン。
- ファーリング手段は、空気流の速度の第1の低い範囲にわたってファーリングを行なわなく、空気流の速度の第2の高い範囲にわたって変化度合いのファーリングを行なうようになっている非線形のファーリング手段よりなることを特徴とする請求項14に記載のウインドタービン。
- ファーリング手段はディフューザーの下流に延びている少なくとも2つのテールフィンを備えていることを特徴とする請求項14または15に記載のウインドタービン。
- 2つのテールフィンは互いに直径方向に反対側に設けられていることを特徴とする請求項16に記載のウインドタービン。
- テールフィンのうちの一方は接線方向のヒンジ線のまわりに回転可能にヒンジで取付けされた可動のテールフィンであることを特徴とする請求項16または17に記載のウインドタービン。
- 可動のテールフィンは取付けブームに設けられており、ヒンジ線は取付けブームも回転するように取付けブームとナセルとの連結箇所で、可動のテールフィンのみが回転するように取付けブームと可動のテールフィンとの連結部で、或いは取付けブームの長さに沿った任意の箇所で設けられていることを特徴とする請求項18に記載のウインドタービン。
- テールフィンは、水平軸線のまわりに折れ曲がるフィンを生じる高い風を受けて水平軸線のまわりに回転することを特徴とする請求項18または19に記載のウインドタービン。
- 可動のテールフィンは、それがロータの回転軸線に対して静止攻撃角度で傾斜されるように、その前縁部がその後縁部よりもロータの回転軸線に近い静止位置へ付勢手段により付勢されていることを特徴とする請求項18ないし20いずれか1つに記載のウインドタービン。
- 付勢手段は非線形であることを特徴とする請求項21に記載のウインドタービン。
- 付勢手段は、空気流の速度が所定の速度に達するまで可動のテールフィンを静止位置に保持するようになっており、更に、空気流の速度が所定の速度を超えて増大すると、可動のフィンが回転し、且つ攻撃角度が減少し、その結果、不釣合いの空力学的負荷がウインドタービンに生じ、ウインドタービンがファーリング位置までその取付け軸線のまわりに回転するようになっていることを特徴とする請求項21または22に記載のウインドタービン。
- ウインドタービン駆動式ジェネレータと、電力出力を与える手段とを備えていることを特徴とするウインドタービン装置。
- 電子制御装置を更に備えていることを特徴とする請求項24に記載のウインドタービン装置。
- 1つまたはそれ以上のエネルギ散逸器を備えているダンプ要素を備えていることを特徴とする請求項24または25に記載のウインドタービン装置。
- エネルギ散逸器は抵抗要素の形態であることを特徴とする請求項26に記載のウインドタービン装置。
- ダンプ要素は、中の液体を加熱するようになっている電気加熱要素を有している液体貯蔵容器の形態であることを特徴とする請求項26または27に記載のウインドタービン装置。
- 制御装置はウインドタービンからの電力が所定の電力を超えると、電力を前記1つまたはそれ以上の電気加熱要素に供給するようになっていることを特徴とする請求項28に記載のウインドタービン装置。
- 液体貯蔵容器は冷水タンクであり、液体は水であることを特徴とする請求項28または29に記載のウインドタービン装置。
- 加熱要素はラジエータであることを特徴とする請求項28または29に記載のウインドタービン装置。
- ダンプ要素は、オフ切換えにより引起される電気負荷の損失または低減、前記電気負荷の低減または分離に因り、風から利用可能な電力が電力取出量を越えると、電子制御装置により作動されることを特徴とする請求項26に記載のウインドタービン装置。
- ダンプ要素は、ロータの速度がウインドタービンロータのトルクとウインドタービンジェネレータのトルクとの不釣合いにより引起される規定された「ダンプオン」ロータ速度より高く上昇すると、作動され、前記ウインドタービンロータのトルクは風速に依存しており、前記ウインドタービンジェネレータのトルクは電気負荷に依存していることを特徴とする請求項32に記載のウインドタービン装置。
- 前記ダンプ要素は、ウインドタービンジェネレータのトルクをウインドタービンロータのトルクより高く増大して、ウインドタービンロータの速度を、これが失速に近づくか或いは達するまで低下させるようになっており、更に、ウインドタービンロータの速度が規定された「ダンプオフ」ロータ速度より低く降下すると、ジェネレータのトルクが放出されるようになっており、前記「ダンプオン」および「ダンプオフ」ロータ速度は電力取出量に比例して規定されることを特徴とする請求項33に記載のウインドタービン装置。
- ウインドタービンから取られる電力のレベルを制御するようになっている制御手段を備えていることを特徴とする請求項24ないし34のいずれか1項に記載のウインドタービン装置。
- 制御装置はウインドタービンからの電力取出量を全電力取出量に対して少量だけ増減するようになっていることを特徴とする請求項35に記載のウインドタービン装置。
- 請求項1ないし23のいずれか1項に記載のウインドタービンを備えている、ことを特徴とする請求項24ないし36のいずれか1項に記載のウインドタービン装置。
- 電力出力は加熱装置に接続され、この加熱装置は、
更なる液体貯蔵容器と、
前記更なる容器内の液体を加熱するようになっている1つまたはそれ以上の電気加熱要素と、
前記1つまたはそれ以上の電気加熱要素への、前記ジェネレータにより発生された電気の供給を制御するようになっている制御手段とを更に備えていることを特徴とする請求項24ないし37のいずれか1項に記載のにウインドタービン装置。 - 更なる液体貯蔵容器は温水タンクであり、液体は水であることを特徴とする請求項37に記載のウインドタービン装置。
- 加熱装置は複数の電気加熱要素を備えており、制御手段は電力を電気加熱要素の一部に供給するようになっており、前記一部はジェネレータにより発生される瞬間の電力に依存していることを特徴とする請求項38または請求項39に記載のウインドタービン装置。
- 更なる液体容器内の加熱要素は、下側が開放していて、水を下から加熱要素に向けて流すようになっている管によって包囲されていることを特徴とする請求項40に記載のウインドタービン装置。
- 管は、加熱要素近くの水が加熱され、自然対流により上方に流れるように、加熱要素の全長を包囲してこの全長にわたって延びており、前記管は、更なる液体貯蔵容器内における異なる別々の熱帯域の形成を可能にするようになっていることを特徴とする請求項41に記載のウインドタービン装置。
- 電力出力は送電網連結式のインバータまたは独立のインバータに接続されていることを特徴とする請求項24ないし42のいずれか1項に記載のウインドタービン装置。
- インバータは電力を地方または電送網電力下部構造に供給するようになっていることを特徴とする請求項43に記載のウインドタービン装置。
- 電力出力はエネルギ保存装置に接続されていることを特徴とする請求項24ないし44のいずれか1項に記載のウインドタービン装置。
- ウインドタービンから取られる電力のレベルを制御する方法であって、制御手段により取られる下記の工程、
(a)ウインドタービンから電力取出量を少量だけ増減する工程と、
(b)電力取出量のレベルを一時的に設定する工程と、
(c)所定の時間後、ロータ速度の多数の測定値を取る工程と、
(d)電力取出量の前記増減に対する第1、第2および第3命令値、つまり、速度、加速度/減速度および加速度/減速度の変化率を算出する工程と、
(e)前記算出に応じてウインドタービンから取られた電力を調整する工程と、を備えていることを特徴とする電力のレベルを制御する方法。 - 制御手段は、調整を定めるために下記の論理、
(a)正の第2命令ロータ速度応答(加速度)およびロータ速度の前記加速度の増大率((正の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の増大を生じる、或いは
(b)正の第2命令ロータ速度応答(加速度)およびロータ速度の前記加速度の減少率(負の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の増大を生じるか、或いはその変化を生じない、或いは
(c)負の第2命令ロータ速度応答(減速度)およびロータ速度の前記減速度の増大率(正の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の減少を生じる、或いは
(d)負の第2命令ロータ速度応答(減速度)およびロータ速度の前記減速度の減少率(負の第3命令応答)がある場合、制御手段は、電力取出量の増大を生じる、或いはその変化を生じない、
と言う論理を使用していることを特徴とする請求項46に記載の方法。 - 制御手段は前記工程のうちのいずれかを繰り返して電力取出量を調整し続けて、ロータ平面における局部的な風速に依存するウインドタービンに利用可能な電力まで電力取出量が常に最大化されるようにすることを特徴とする請求項46または47に記載の方法。
- タービン、塔および取付け構造体内の調和共振により引起される作動振動を減少させるための手段を備えていることを特徴とする請求項13ないし23のいずれか1項に記載のウインドタービン。
- ジェネレータおよびタービンにおける振動を塔から少なくとも部分的に隔離するようになっているナセル減衰装置を備えていることを特徴とする請求項49に記載のウインドタービン。
- 表面に取付けるための取付けブラケットを備えており、これらのブラケットは粘弾性材料および構造材料のサンドイッチ構成を有していることを特徴とする請求項49または50に記載のウインドタービン。
- 取付け手段は管状であることを特徴とする請求項49ないし51のいずれか1項に記載のウインドタービン。
- 塔は、その半径方向内面と接触していない減少直径の諸部分を備えているゴムのような可撓性材料の1つまたはそれ以上のコアを収容しており、前記減径した諸部分が、塔の内面と接触している普通サイズの部分と交互になっており、かくして塔における振動を、これらが取付けブラケットに達する前に可撓性コアに散逸されたエネルギを介して吸収するのに役立つようになっていることを特徴とする請求項51に記載のウインドタービン。
- ゴムコアは、或る範囲の振動周波数の吸収により装置の共振周波数をタービン駆動周波数外に制御するようになっていることを特徴とする請求項53に記載のウインドタービン。
- 減径された部分各々の横断面形状および長さが変化され、かくして或る範囲の振動周波数を取付け構造体から除去するように装置を調整することを特徴とする請求項55に記載のウインドタービン。
- サンドイッチ取付けブラケットは取付け手段のコアの設計を引き立たせ、且つナセルから生じる振動を抑制することを特徴とする請求項49ないし55のいずれか1項に記載のウインドタービン。
- ナセルは振動周波数を除去するように設計されたブッシュを介してジェネレータを支持していることを特徴とする請求項56に記載のウインドタービン。
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