JP2007198354A - 風力発電装置及びその建設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】経済性及び耐風性能に優れた風力発電装置を提供すること。
【解決手段】タワー１の上端には昇降装置３が水平回動可能に設置され、昇降装置３は風力発電ユニット４を昇降させる。これにより、強風時の風力発電ユニット４の安全性を向上でき、保全作業も容易となる。また、タワー１には風により水平回動する魚形断面形回動部材６が取り付けられているため、タワー１の倒壊モーメントを低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に関し、特に耐風性能及び経済性に優れた風力発電装置に関する。

大出力風力発電装置は、小出力風力発電装置を複数建設するのに比べて経済性に優れることが知られている。また、大出力風力発電装置は、小出力風力発電装置よりも上層の風を利用できるため、単位地上面積当たりの出力を増大できるという重要な利点をもつ。ただし、風力発電装置の大出力化はプロペラ半径の増大を必要とするため、１００メートル以上更に好適には１５０メートルといったタワーを建設する必要が生じる。このような大型タワー及び大型プロペラをもつ大出力風力発電装置は、耐強風対策が建設費用の主要部分を占める。超大型台風は数十年に一度の確率でしか発生しないとしても、それが数年以内に発生する可能性は存在する。したがって、風力発電装置のタワーの建設やプロペラの製造において、超大型台風による８０メートル以上の強風を考慮する必要がある。

特許文献１は、円柱形状のタワーの頂部に風車及び発電機が配置された水平軸型の風力発電装置において、円柱形状のタワーの後流領域に生じるカルマン渦がタワーを振動させるのを防止するため、タワーに円筒部材を回動可能に嵌着し、更にこの円筒部材の外周面から境界層剥離領域へプレートを突出させることを提案している。このプレートが円筒部材の外周面の下流側近傍にて生じる境界層剥離領域へ向けて突出するため、この境界層剥離領域で生じた渦が発達しながら伝播するのを遮断し、それによりタワーが振動するのが防止される。特許文献２は、強風時にタワーをその根本から傾斜させるか、倒すことにより、タワーに作用する風力を軽減することを提案している。
特開２００３−４９７６１号公報 特開２００２−１４７３３５号公報

しかしながら、特許文献１のプレートはタワーの外周面から径方向外側へ突出するため、カルマン渦の発達を抑止する効果を期待できるかもしれないが、風が当たる面積が増大するためプレートを通じてタワーに作用する全抗力が増大する。また、プレート自体が境界層の剥離させたり、乱流を形成したりする。その結果、上記全抗力による倒壊モーメント（風抗力モーメント）を減少させる効果を期待することは困難である。次に、特許文献２により提案された強風時にタワーをその根本から傾斜乃至倒すことは、タワーの回動支点に作用する風抗力が作用するためタワーの大型化が困難となる問題を有していた。その他、タワー周囲に広いスペースが必要となる問題、タワー傾斜機構が大型複雑となるという問題、及び、強風下でのタワーの傾斜動作に危険が伴うという問題も派生した。

費用さえ掛ければタワーなどの各部材の強度を増大させることは可能である。しかし、風力による電力生産量には一定の限界があるため、風力発電装置事業では建設費用及びメンテナンス費用を低減することが非常に重要となる。更に説明すると、メンテナンス費用や地代を考慮すると、建設費用の消却は建設から少なくとも１０年程度で回収することが必要となる。つまり、タワー建設費用と風力発電ユニット設置費用とを含む建設費用は、年間の電力生産販売量の１０倍未満とする必要があり、タワー建設費用は年間の電力生産販売量の５倍未満とする必要があり、更に好適には２倍未満とされるべきである。タワーの重量増加は、基礎工事費用、タワー輸送費用、タワー立ち上げ費用を含むタワー建設費用の増大に直結する。また、同様に、メンテナンス費用の低減も非常に重要であるが、従来は、強風時にプロペラに掛かる風抗力（風力に対するプロペラに生じる抗力成分）などによりプロペラが疲労破壊するのを防止するため、プロペラの定期的な交換や点検が重要であった。しかし、タワー上端に固定された風力発電ユニットの点検交換などの高所作業は非常に危険を伴い、その分、メンテナンス費用が増大した。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、経済性及び耐風性に優れた風力発電装置を提供することをその目的としている。

以下に説明する各発明の風力発電装置は、プロペラと、前記プロペラにより駆動される発電機とからなる風力発電ユニットと、前記風力発電ユニットを支持する円柱形状のタワーとを備える風力発電装置に適用される。この種の風力発電装置は、水平軸型風力発電装置として知られている。

第１発明の風力発電装置は、ほぼ魚を上から見た形状に等しい流線形状を有して前記タワーに回動自在に保持される魚形断面形回動部材を有することを特徴としている。魚形断面形回動部材とは、空気流中にて流体抵抗が略最小となる形状を言う。この魚形断面形回動部材の水平断面形状は、厚さ方向中間線を中心として略対称形状をもつ。この魚形断面形回動部材は、飛行機翼を二つ合わせた形状に略等しい形状をもつ。ただし、飛行機翼とは異なり、揚力増大は不必要であるため、抗力が略最小となる形状が好適である。好適には、魚形断面形回動部材の厚さは、風上端から略円筒状のタワーの中心点までの増速減圧領域では増加し、タワーの中心点から風下端までの減速増圧領域では減少する。風上端から風下端までの長さのうち、風上端からタワーの中心点までの距離すなわち増速減圧領域の長さは、タワーの中心点から風下端までの距離すなわち減速増圧領域の長さよりも短くされる。これは、前者は境界層剥離が生じにくい増速減圧領域であるが、後者は境界層剥離領域が生じやすい減速増圧領域であるため、厚さの減少率を減らして境界層剥離を抑止するためである。魚形断面形回動部材の表面は平滑とされることが好適である。魚形断面は、同一断面積の円筒部材に比べて大幅な流体抵抗現象効果が得られるので、タワーに掛かる風抗力の総量を大幅にたとえば数分の一未満に低減することができる。台風時の倒壊防止のために必要なタワーの曲げモーメントはタワー各部に掛かる風抗力モーメントより大きければよいから、風抗力の低減は、タワーの軽量化によるタワー建設費用の低減と、それによる経済性の向上を実現する。このことは、いままで採算が取れない地点でも風力発電装置の設置が可能となることを意味し、また台風通路など大型化が困難なエリアでも大型大出力の風力発電装置が設置可能となることを意味するため、実用上大きな利点となる。

なお、円柱形状のタワーはたとえば鋼製円筒で作製されることができる。タワーを単一の円柱（又は円筒）ではなく、小断面積円筒形状のポールを複数本組み合わせたマルチポール型タワーとしてもよい。この場合には魚形断面形回動部材は各ポールにそれぞれ設置されることができる。この場合、各魚形断面形回動部材が自由回動可能なポール間の間隔が確保されるべきである。タワーに嵌着する魚形断面形回動部材を複数部分に分割しても良い。たとえば１００メートルのタワーを考える場合、それぞれ高さが約２０メートルである４個の魚形断面形回動部材をタワーの２０〜１００メートルの部分に配置することができる。タワーの地上近傍部分には、タワーに作用する風抗力モーメントが小さいため魚形断面形回動部材を設ける効果は相対的に小さい。複数の魚形断面形回動部材を設ける上記構造では、タワーへの魚形断面形回動部材の取り付けや取り外しが容易となる。たとえば、まずタワーの下部に最初の魚形断面形回動部材を取り付け、それをロープなどの引き上げ部材で引き上げ、次の魚形断面形回動部材をタワーの下部に取り付け、以下、このプロセスを繰り返すことによりタワーの最上部まで魚形断面形回動部材を設置することができる。上記プロセスを逆に行えば、各魚形断面形回動部材の取り外しや点検交換が可能となる。このことは、後述する風力発電ユニットの昇降においても重要となる。

第２発明の風力発電装置は、前記風力発電ユニットを搭載するとともに前記タワーに昇降自在に嵌着されたベースと、前記ベースを昇降させる昇降装置とを有することを特徴としている。このようにすれば、強風時に風力発電ユニットを下降させることができるため、タワーに掛かる曲げモーメントを軽減できるので、タワー建設費用を低減することができる。また、地上面近傍の風速は相対的に弱いため台風時に風力発電ユニットを降下させることにより強風によるプロペラ破損を防止することもできる。更に、タワー頂部に設置した風力発電ユニットを下降させて地上で修理することができ、作業を安全に行うことができる。好適には、２枚羽根形式のプロペラが採用され、二枚羽根形式のプロペラは下降時に水平に保持される。このようにすれば、ほとんど地上面まで風力発電ユニットを降下させることができるため、プロペラの点検や交換、発電機の修理などを簡単に行うことができ、台風時に風力発電ユニットを地上に設けたシェルターに入れることもできる。好適には、風速や台風情報により風力発電ユニットを自動的に降下させることもできる。

ベースは、円柱形状のタワーに昇降自在に嵌着された円筒部と、この円筒部部から略水平方向へ突出するデッキプレート部とをもつベースを備えることが好適である。デッキプレート部には風力発電ユニットが固定される。ベースをタワーに固定するには、タワーの上端から垂下する固定具と、ベースから上方へ突出する固定具とを、ベースを上昇させて結合することが好適である。この種類の一対の固定具を取り外し可能に結合のために、たとえば列車の結合機構など、種々公知の分離可能リンク機構を採用することができる。

風力発電ユニットの昇降は、たとえばベースをつり下げるワイヤーを延ばしたり縮めたりすることにより行うことができる。このワイヤーの伸縮は、タワーの頂部又は内部又は地上に設けた巻き取り装置により制御することができる。巻き取り装置を地上又はタワー内部に設置する場合、タワーの頂部にワイヤーの向きを反転するワイヤー吊り下げローラーが設けられるべきである。このような昇降システムは本質的にエレベータ昇降システムと同じである。

発電機と地上の電気設備とを接続する電力ケーブルは、タワーの上端面に設置されて風力発電ユニットとともに回動する構造体から風力発電ユニットの発電機まで垂下する電力ケーブルを採用することが好適である。ただし、風力発電ユニットを点検修理のために下降させる場合には、電力ケーブルの途中に設けた接続部を分離することが好適である。

タワーに魚形断面形回動部材を設ける場合、補強ワイヤー及び電力ケーブルは魚形断面形回動部材の内部に配置することが好適である。 好適には、風力発電ユニットはタワーより風上側に配置される。この場合、風力発電ユニットを搭載するベースには、タワーより風下側に位置してバランスウエイトを配置される。これにより、風力発電ユニットの重量とバランスウエイトの重量とがバランスするため、ベースの昇降が容易となる。バランスウエイトは、タワーの風下側に配置された垂直尾翼の重量を含むことができる。この垂直尾翼は、風に付勢されてプロペラの旋回面を風の方向と直角に維持するためのものである。もちろん、垂直尾翼の代わりに、風方向を示す電気信号に基づいて風力発電ユニットを搭載するベースを電動駆動してもよい。

第３発明の風力発電装置は、風力が所定のしきい値を超えるかどうかを検出する風力検出装置と、風力が前記しきい値を超えた場合に前記プロペラの回転面が風の方向と略平行となるように前記風力発電ユニットを回動させるユニット回動装置とを有することを特徴としている。このようにすれば、台風通過時などの強風下では、プロペラの風方向と直角断面積を大幅に低減することができるため、プロペラに作用する抗力や曲げモーメントを大幅に低減することができる。したがって、プロペラの耐風強度を低減してプロペラの耐久性を向上することができる。好適には、プロペラは２枚羽根形式とされる。このようにすれば、強風下においてプロペラの回転面が風の方向と略平行とする場合に、プロペラを水平に配置することにより、プロペラに作用する風抗力や曲げモーメントを一層低減することができる。なお、風力発電ユニットの水平回動は、風力発電ユニットを搭載して水平に延在するベースをタワーの周囲に回動させて行ってもよく、その代わりに、このベースをタワーに固定し、ベース上の風力発電ユニットを水平回動させてもよい。

第４発明の風力発電装置は、前記プロペラの外周端に配置され、前記プロペラの求心方向に揚力を発生する補助翼を有することを特徴としている。風力発電装置の経済性向上において、強風時には風力エネルギーが大きいため、プロペラを正常に回転させて発電を行うことが非常に重要である。しかしながら、風速増大時にはプロペラ回転数が増大するため、プロペラには大きな遠心力が作用するという問題がある。この遠心力に耐えるためにプロペラの質量を増大することは、その遠心力が更に増大することになるため、限界がある。この発明では、プロペラの翼端に設けられてプロペラの求心方向に揚力を発生する補助翼を有するため、この補助翼の揚力分だけプロペラの遠心力を軽減することができる。ただし、補助翼の抗力が損失を増大させる。しかし、この補助翼は、プロペラの翼端の渦流損失を低減するため、補助翼の抗力による損失増大を補償することができる。なお、プロペラ先端の速度は風速より格段に大きいため、プロペラに比べて小型の補助翼により格段に大きな揚力を発生することができる。ただし、補助翼の質量はできるだけ軽減されるべきである。

第５発明の風力発電装置の建設方法は、前記タワーの一部をなす所定長さの円筒を垂直にリフトアップするリフトアップ工程と、前記円筒の直下に次の円筒を横方向からシフトする横シフト工程と、前記シフトした円筒の上端を前記リフトアップした円筒の下端に接合する接合工程と を繰り返して前記タワーを建設することを特徴としている。このようにすれば、従来に比べて格段に簡単に風力発電装置を建設することができ、タワー建設費用を低減して風力発電装置建設可能立地を増加することができる。なお、タワーの上端部をなす最上位の円筒の上端に風力発電ユニットを昇降させる装置又は風力発電ユニットを設けておくと、風力発電ユニット等の設置工程を容易化することができる。

上記説明した各発明を利用する風力発電装置の好適な実施形態を以下に説明する。ただし、本発明はこの実施形態に限定解釈されるべきでなく、他の技術を組み合わせて実現できることは当然である。

（構造説明）
この実施形態の風力発電装置を図１に示すその模式側面図を参照して説明する。この実施形態の風力発電装置は、地上面ＧＬから垂直に立設された 円柱形状のタワー１と、タワー１に回動可能かつ昇降可能に嵌められたベース２と、ベース２を昇降させる昇降装置３と、ベース２に固定された風力発電ユニット４と、ベース２の後部に固定された垂直尾翼５と、タワー１に回動可能かつ昇降可能に嵌められた多数の魚形断面形回動部材６とを有している。

タワー１の高さは約１００メートル、その半径は約３メートルに設計されている。タワー１は円筒構造をもつが、タワー１の構造及び建設方法については後述する。ベース２は、タワー１に嵌着された円筒部２１と、円筒部２１から水平方向に延在する平板形状のデッキプレート部２２とからなる。デッキプレート部２２の前端には風力発電ユニット４が固定され、デッキプレート部２２の後端には垂直尾翼５が固定されている。昇降装置３は、タワー１の上端に水平回動可能に支持される水平回動テーブル３１と、水平回動テーブル３１に固定されたワイヤ巻き上げ装置３２、３３と、水平回動テーブル３１及びワイヤ巻き上げ装置３２、３３を囲むカバー３４と、タワー１の上端に埋設されたテーブル駆動装置３５とを有している。３６は水平回動テーブル３１の回転軸である。

水平回動テーブル３１は、その下のテーブル駆動装置３５により緩慢に水平回動される。減速モータを内蔵するこの種のテーブル駆動装置はターンテーブル駆動機構として周知であるため詳細な説明は省略される。ワイヤ巻き上げ装置３２、３３は、減速モータＭと、このモータＭにより駆動されるワイヤ巻き取りローラ３２１とを有している。ワイヤ巻き取りローラ３２１からワイヤ３２２が垂下しており、ワイヤ３２２の先端は、デッキプレート部２２の上端のワイヤ固定部２２１に固定されている。カバー３４は、ワイヤ巻き上げ装置３２、３３を囲むカプセル部３４１と、カプセル部３４１の下端からタワー１の上端部を囲んで垂下する円筒状のスカート部３４２とを有している。

風力発電ユニット４は、デッキプレート部２２の前端部に搭載、固定された発電機４１と、発電機４１の回転軸の前端に固定されたプロペラ４２とからなる。発電機４１をナセルに収容しても良い。プロペラ４２は２枚羽根形式とされている。垂直尾翼５は、デッキプレート部２２の後端部に水平回動可能に固定されてデッキプレート部２２から後方へ延在している。垂直尾翼５は飛行機の垂直尾翼５と同様、垂直に配置されている。垂直尾翼５を水平回動させるには、たとえば垂直に延在する尾翼支持軸（図示せず）をデッキプレート部２２の後端に固定し、垂直尾翼５をこの尾翼支持軸に水平回動自在に保持すればよい。

魚形断面形回動部材６は、ベース２の下方に位置して合計５枚配置されている。各魚形断面形回動部材６は、ほぼ魚を上から見た形状に等しい流線形状を有してタワー１に回動自在に保持されている。魚形断面形回動部材６は、高さ約２０メートル、水平長さ約１０メートル、最大厚さ約３．２メートルである。各魚形断面形回動部材６の上端開口は上板６１により、下端開口は下板６２により閉鎖され、これにより、各魚形断面形回動部材６の内部は密閉されている。

魚形断面形回動部材６の更なる詳細を図２を参照して説明する。図２は、魚形断面形回動部材６の模式平面図である。魚形断面形回動部材６は、半魚形断面形回動部材６ａ、６ｂを接合して形成されている。半魚形断面形回動部材６ａと半魚形断面形回動部材６ｂとは線対称形状を有する。半魚形断面形回動部材６ａ、６ｂはそれぞれ半円筒形の溝部６２０をもち、半魚形断面形回動部材６ａ、６ｂを接合することにより、一対の溝部６２０は完全な円筒孔となる。この円筒孔にはタワー１が嵌められる。魚形断面形回動部材６をこのように半魚形断面形回動部材６ａ、６ｂを接合して構成するのは、タワー１への魚形断面形回動部材６の脱着を容易とするためである。

魚形断面形回動部材６の要部を示す模式水平断面形状を図３に示す。魚形断面形回動部材６は、６個のローラー６３を有している。各ローラー６３の上端と下端とは、上板６１及び下板６２に回転自在に支持されている。二つのローラー６３は、タワー１の前方に隣接配置され、４つのローラー６３はタワー１の後方に隣接配置されている。各ローラー６３はタワー１の外周面に接触して、魚形断面形回動部材６の水平回動を容易としている。

上下に積み重ねられた５枚の魚形断面形回動部材６は、互いに独立に水平回動可能なように、上側の魚形断面形回動部材６の下板と、下側の魚形断面形回動部材６の上板とはローラーを介して接触してもよい。魚形断面形回動部材６は、流線形状すなわち飛行機の翼の上面を二つ合わせた形状を有している。すなわち、魚形断面形回動部材６の上流部は空気流を減圧増速するノズル機能を有し、魚形断面形回動部材６の中流部及び下流部は空気流を増圧減速するディフユーザ機能を有している。魚形断面形回動部材６の最大厚さ部位よりも下流の中流部及び下流部の厚さの減少は境界層剥離防止のために徐々に実施される。これにより、魚形断面形回動部材６の流体抵抗は略最小となる。

（動作説明）
次に、図１〜図３に示す風力発電装置の動作を以下に説明する。ただし、以下の説明では、ベース２はタワー１に上端部に固定されている。風によりプロペラ４２が回転し、発電機４１が発電する。発電電力は、ベース２と一体に回転する水平回動テーブル３１に電力ケーブル（図示せず）を通じて送られ、水平回動テーブル３１からタワー１内の電力ケーブルを通じて地上に送られる。垂直尾翼５は前後方向に延在する姿勢にて固定されており、その結果、プロペラ４２の旋回面は風の方向と直角に維持される。魚形断面形回動部材６の前端は風から受ける力により常に風上側に位置する。なお、最下位の魚形断面形回動部材６は、図示しない支持筒の上に載置されており、これにより、各魚形断面形回動部材６の落下が防止されている。

許容最大風速を超える風速範囲では、水平回動テーブル３１を回動させることにより水平回動テーブル３１と一体にリンクされたベース２を図４に示す位置まで水平回動させる。図４は風力発電ユニット４及び垂直尾翼５の強風時の状態を示す模式説明図である。プロペラ４２の旋回面は風が流れる方向と平行とされている。また、垂直尾翼５の延在方向もも風が流れる方向と平行とされている。これにより、風力発電ユニット４及び垂直尾翼５に対する風抗力によりタワー１に作用する回転モーメント（倒壊モーメント）は大幅に低減される。

超大型台風の通過時など、風の方向が頻繁に変化し、かつ、風速も非常に大きい場合、風力発電ユニット４は地上近傍まで交差される。この方法を以下に説明する。まず、ベース２と水平回動テーブル３１とを結合するリンク結合を解除し、ワイヤ巻き上げ装置３２、３３を駆動してベース２及び風力発電ユニット４を降下させる。この降下により、各魚形断面形回動部材６も降下する。最下位の魚形断面形回動部材６が地上に設けた後述の台座の上面まで降下すると、その二つの半魚形断面形回動部材６ａ、６ｂの接合を解除して最下位の魚形断面形回動部材６をタワー１から取り外す。次に、ワイヤ巻き上げ装置３２、３３を再び駆動して、ベース２及び風力発電ユニット４を更に降下させ、次の魚形断面形回動部材６をタワー１から取り外す。以下、順次この動作を繰り返して、ベース２を台座の上面まで降下させる。この時、二枚羽根のプロペラ４２は水平に保持されている。上昇は上記と逆に行えばよい。

（プロペラ４２の先端に設けた補助翼の説明）
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、プロペラ４２の先端には補助翼７が取り付けられている。図５（ａ）は、旋回中のプロペラ４２の先端部を示す部分模式部分正面図、図５（ｂ）は、旋回中のプロペラ４２の先端部分を周方向にみた模式部分側面図である。

図５（ａ）に示すように、補助翼７は、風上側からみた場合に、飛行機翼の垂直断面形状を有している。これにより、高速旋回する補助翼７は、ほぼプロペラ４２の中心に向けて大きな揚力を発生する。この揚力はプロペラ４２に作用する遠心力を軽減する。なお、補助翼７はできるだけ軽量に製作されるべきである。また、図５（ｂ）に示すように、補助翼７は、プロペラ４２の両面を分離するため、飛行機翼において翼端損失として知られている。翼端渦流を抑止する。

（タワー１の建設）
次に、図６〜図１２を参照してこの実施形態におけるタワー１の建設方法を説明する。図６、図８〜図１１は、建設中のタワー１の側面図である。図７はタワー支持装置８の要部を示す模式部分平面図、図１２（ａ）はタワー１を建設する途中におけるタワー支持用の台座９の正面図、図１２（ｂ）はタワー１を建設する途中におけるタワー支持用の台座９の平面図である。

タワー支持装置８は、タワーリフトアップのための油圧シリンダ１０と、タワークランプのための油圧式のクランプ装置１１とを有している。図１２（ａ）に示すように、鉄筋コンクリート製の台座９は、角形ブロック形状であるが、台座９の上面９０の中央部から一側面に達する溝部９１が形成されている。図６に示すように、この台座９の溝部９１には油圧シリンダ１０が収容されている。１０ａは油圧シリンダ１０のロッド上端に固定されたタワー用部分円筒１００を上方へ押すプレートである。図６、図７に示すように、台座９の上方には、クランプ装置１１が配置されている。クランプ装置１１は、左右一対の把持プレート１１ａ、１１ｂをもち、把持プレート１１ａ、１１ｂは、図示しない油圧シリンダのロッド１２ａ、１２ｂの先端に固定されている。把持プレート１１ａ、１１ｂは左右方向に進退してタワー用部分円筒１００を把持したり離したりする。把持プレート１１ａ、１１ｂの把持面は、タワー用部分円筒１００を把持するために略部分円筒形状となっている。

図６は、上側のタワー用部分円筒１００がクランプ装置１１により把持され、下側のタワー用部分円筒１０１が油圧シリンダ１０のプレート１０ａに搭載された状態を示す。上側のタワー用部分円筒１００の下端面と下側のタワー用部分円筒１０１の上端面とは密着している。この状態にて、上側のタワー用部分円筒１００の下端面と下側のタワー用部分円筒１０１の上端面とは溶接されてあるいは締結されて一体化される。次に、把持プレート１１ａ、１１ｂを上側のタワー用部分円筒１００から少し後退させる。これにより、上側のタワー用部分円筒１００と下側のタワー用部分円筒１０１とはプレート１０ａ上に完全に搭載される。次に、プレート１０ａを上昇させる。この時、把持プレート１１ａ、１１ｂは上側のタワー用部分円筒１００や下側のタワー用部分円筒１０１が上昇する際のガイド部材をなす。

図７は、下側のタワー用部分円筒１０１が把持プレート１１ａ、１１ｂにより把持される位置まで上昇した状態を示す。次に、把持プレート１１ａ、１１ｂを下側のタワー用部分円筒１０１に向けて前進させる。これにより、下側のタワー用部分円筒１０１は把持プレート１１ａ、１１ｂにより把持される。次に、図９に示すように、プレート１０ａを元の位置まで降下させる。次に、図１０に示すように、次のタワー用部分円筒１０２を台座９の上面９０上をスライドさせてプレート１０ａの上まで移動させる。次に、プレート１０ａを少し上昇させて、タワー用部分円筒１０２の上端面をタワー用部分円筒１０１の下端面に同軸に密着させ、その後でタワー用部分円筒１０２の下端面にタワー用部分円筒１０１の上端面を溶接する。その後、図７以降の作業工程を実施することにより、タワー１が完成される。

タワー１が完成された後、把持プレート１１ａ、１１ｂがタワー１をクランプした状態にて、油圧シリンダ１０を台座９の溝部９１から取り外し、代わりに基礎用部分円筒（図示せず）を横方向へ移動させて、溝部９１内のタワー１と同軸に配置する。その後、把持プレート１１ａ、１１ｂを少しゆるめる。これにより、タワー１の下端面は基礎用部分円筒の上端面に密着し、それらは溶接される。次に、基礎用部分円筒は台座９の溝部９１に投入された生コンクリートにより台座９と一体化され、その結果、タワー１は台座９に固定される。

（変形態様）
上記実施形態では、風力発電ユニット４やベース２や昇降装置３や魚形断面形回動部材６は完成したタワー１に後で取り付けたが、あらかじめタワー用部分円筒に設置しておいてもよい。また、タワー１の建設前、又は建設後に配置されて各タワー用部分円筒を貫通する高張力ワイヤをタワー１の完成後に締め上げてタワー１の剛性を強化してもよい。

（変形態様）
上記実施例では、プロペラ４２は発電機４１の回転軸に直結したが、増速ギヤ機構を通じて結合してもよいことは当然である。その他、垂直尾翼５を省略して風方向をセンサにより検出し、このセンサの出力信号により水平回動テーブル３１を回動させてもよい。

実施形態の風力発電装置の模式側面図である。 魚形断面形回動部材の模式平面図である。 魚形断面形回動部材の要部を示す模式水平断面図である。 風力発電ユニット及び垂直尾翼の強風時の状態を示す模式説明図である。 図５（ａ）は旋回中のプロペラの先端部を示す部分模式部分正面図、図５（ｂ）は旋回中のプロペラ４２の先端部分を周方向にみた模式部分側面図である。 建設中のタワーの側面図である。 タワー支持装置の要部を示す模式部分平面図である。 建設中のタワーの側面図である。 建設中のタワーの側面図である。 建設中のタワーの側面図である。 建設中のタワーの側面図である。 図１２（ａ）はタワーを建設する途中におけるタワー支持用の台座の正面図、図１２（ｂ）はタワーを建設する途中におけるタワー支持用の台座の平面図である。

符号の説明

１ タワー、２ ベース、３ 昇降装置、４ 風力発電ユニット、５ 垂直尾翼、６ 魚形断面形回動部材、６ａ 半魚形断面形回動部材、６ｂ 半魚形断面形回動部材、７ 補助翼、８ タワー支持装置、９ 台座、１０ 油圧シリンダ、１０ａ プレート、１１ クランプ装置、２１ 円筒部、２２ デッキプレート部、３１ 水平回動テーブル、３２ ワイヤ巻き上げ装置、３４ カバー、３５ テーブル駆動装置、４１ 発電機、４２ プロペラ、６１ 上板、６２ 下板、６２０ 溝部、６３ ローラー、９０ 台座の上面、９１ 溝部、１００〜１０２ タワー用部分円筒、２２１ ワイヤ固定部、３２１ ローラ、３２２ ワイヤ、３４１ カプセル部、３４２ スカート部

Claims (5)

1. プロペラと、前記プロペラにより駆動される発電機とからなる風力発電ユニットと、前記風力発電ユニットを支持する円柱形状のタワーとを備える風力発電装置において、
   ほぼ魚を上から見た形状に等しい流線形状を有して前記タワーに回動自在に保持される魚形断面形回動部材を有することを特徴とする風力発電装置。
2. プロペラと、前記プロペラにより駆動される発電機とからなる風力発電ユニットと、前記風力発電ユニットを支持する円柱形状のタワーとを備える風力発電装置において、
   前記風力発電ユニットを搭載するとともに前記タワーに昇降自在に嵌着されたベースと、
   前記ベースを昇降させる昇降装置と、
   を有することを特徴とする風力発電装置。
3. プロペラと、前記プロペラにより駆動される発電機とからなる風力発電ユニットと、前記風力発電ユニットを支持する円柱形状のタワーとを備える風力発電装置において、
   風力が所定のしきい値を超えるかどうかを検出する風力検出装置と、
   風力が前記しきい値を超えた場合に前記プロペラの回転面が風の方向と略平行となるように前記風力発電ユニットを回動させるユニット回動装置と、
   を有することを特徴とする風力発電装置。
4. プロペラと、前記プロペラにより駆動される発電機とからなる風力発電ユニットと、前記風力発電ユニットを支持する円柱形状のタワーとを備える風力発電装置において、
   前記プロペラの外周端に配置され、前記プロペラの求心方向に揚力を発生する補助翼を有することを特徴とする風力発電装置。
5. プロペラと、前記プロペラにより駆動される発電機とからなる風力発電ユニットと、前記風力発電ユニットを支持する円柱形状のタワーとを備える風力発電装置の建設方法において、
   前記タワーの一部をなす所定長さの円筒を垂直にリフトアップするリフトアップ工程と、
   前記円筒の直下に次の円筒を横方向からシフトする横シフト工程と、
   前記シフトした円筒の上端を前記リフトアップした円筒の下端に接合する接合工程と、
   を繰り返して前記タワーを建設することを特徴とする風力発電装置の建設方法。

Images