JP2015155690A - ウィンドファーム、その配置構造、及び風力発電ユニット - Google Patents
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Abstract
Description
一般的に、ウィンドファーム(wind_farm、集合型風力発電所)の場合、図1に示したように、そのブレードが時計方向に回転する複数個の風力発電ユニットA1〜A3、B1〜B3、C1〜C3を含み、該風力発電ユニットは相互間の干渉を回避するために相互間に十分な縦(前後)方向の間隔と横(左右)方向の間隔を確保して配置される。従って、数個、数十個、数百個の風力発電ユニットを含むウィンドファームの造成において最優先の課題は、十分な土地を確保することである。
より具体的には、前方と後方に設置された風力発電ユニットのブレードの回転方向を互いに反対に設定し、前方の風力発電ユニットとの縦(前後)方向間隔によって変化する流入渦流のベクトル(Vector)成分に適合するようにピッチ制御とヨー制御を実行すれば、約2〜7倍以下のローター直径相当の縦(前後)方向間隔のみで前方に設置された前方の風力発電ユニットが発生した後流による効率減少と振動発生を最小化できる。
図11(a)、図11(b)以後の図面は、本発明によるウィンドファームの行・列配置をなす風力発電ユニットに関する配置構造を示す。添付図面において、A〜Eなどのアルファベットは、列を示し、1〜5などの数字は、行を示す。
ここで、「1個以上」は、回転方向の個数ではなく風力発電ユニットの個数を意味する。
図2(a)、図2(b)、図3、図4〜図7は、ブレードが同一の回転方向を有する風力発電ユニットを縦(前後)方向に配置する従来技術の場合の問題点を示す。
図4〜図7に示したように、2番目の列に設置された風力発電ユニットB1のブレードに到逹した、ブレードの回転方向と反対方向に回転する強い渦流は、風力発電ユニットの水平軸と垂直な流動成分を含んでいるので、ブレードの回転によって発生する相対速度を増加させる一方、風力発電ユニットの水平軸と平行な流動成分(風速)は、相対的に減少して、図5及び図6に示すように、θw2がθw1より増加してエアフォイル(Air Foil)型のブレードピッチ角(Pitch angle)を、図7に示したように、風力発電ユニットの後方に調整すれば効率的な流動入射角を維持できる。
最初に図8、図9、及び図10を参照して、同一の回転方向を有する風力発電ユニットを横(左右)方向に配置する従来技術による場合の問題点を説明する。
図19は、本発明の一実施例によるウィンドファームの横(左右)方向の風力発電ユニットの配置を示した配置図であって、第1の回転方向を有する風力発電ユニットであるA1の右側に、第2の回転方向を有する風力発電ユニットであるA2’が配置され、第2の回転方向を有する風力発電ユニットであるB1’の右側に、第1の回転方向を有する風力発電ユニットであるB2が配置されており、このように回転方向が相互に反対の風力発電ユニットが横(左右)方向に隣接して交互に配置される。
また、設定された横(左右)方向の間隔によって渦干渉を最小化して空力効率を極大化できるようにピッチ制御を実行すれば、ブレードの回転によって発生する渦流の大きさと回転強度を効率的に制御できるので、設定された横(左右)方向の間隔で空力効率を極大化できる。
即ち、図11(a)、図11(b)と図18、図19を基準にすると、各風力発電ユニットは、何れの風力発電ユニットを中心にとっても、前/後/左/右の風力発電ユニットとは反対方向に回転するように配置されているので、相互間の縦(先後)方向及び横(左右)方向の渦干渉を同時に減少するという特徴を有する。
図21において、第1の回転方向を有する風力発電ユニットA1の後方と右側には、第2の回転方向を有する風力発電ユニットB1’とA2’が各々配置され、第2の回転方向を有する風力発電ユニットB1’の後方と右側には、第1の回転方向を有する風力発電ユニットC1とB2が各々配置され、第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットが相互に隣接して交互に配置される。
Claims (17)
- 水平に回転する回転軸と、
前記回転軸の前方端部に位置されたハブと、
前記ハブに対して放射状に固設される2個以上のエアフォイル形態のブレードと、
前記ハブに設置された前記ブレードのピッチ角を調節するピッチ制御システムと、
前記回転軸の方向を風向に対応するようにナセルを含んだ回転軸を、タワー(支柱)を基準として水平回転させるヨー制御システムと、を含む複数個の風力発電ユニットから構成されたウィンドファームであって、
前記複数個の風力発電ユニットは、相互間の渦干渉を避けるために一定距離だけ離隔して配置され、前記ブレードが同一の第1方向に回転する1個以上の風力発電ユニットと、
前記第1の方向に回転するブレードを有する風力発電ユニットに対して前後又は左右に隣接した位置に配置され、前記ブレードが前記第1の回転方向とは反対の第2方向に回転する少なくても1個以上の風力発電ユニットと、を含み、
前記第1の方向に回転するブレードを有する風力発電ユニットと前記第2の方向に回転するブレードを有する風力発電ユニットとは、相互に隣接した位置に交互に配置され、相互に反対方向にブレードが回転することにより、各々のブレードにより発生する渦流による空力効率減少と空力振動発生を防止すること、
を特徴とするウィンドファーム。 - 前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットは、相互に隣接した位置に交互に配置され、
後方に配置される風力発電ユニットは、前方に配置される風力発電ユニットからの縦(前後)方向の配置角度(θT)が主風方向に平行な垂直線を基準にして左右各0゜以上、45゜以下の範囲に配置されることを特徴とする請求項1に記載のウィンドファーム。 - 前記風力発電ユニットの縦(前後)方向の間隔は、前方に配置された風力発電ユニットのローター直径(D)の2倍以上7倍以下であることを特徴とする請求項2に記載のウィンドファーム。
- 前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットは、相互に隣接した位置に交互に配置され、
左側又は右側に配置される風力発電ユニットは、基準点に配置される風力発電ユニットからの横(左右)方向の配置角度(θS)が主風方向に直角な水平線を基準にして左右各0゜以上、45゜以下の範囲に配置されることを特徴とする請求項1に記載のウィンドファーム。 - 前記風力発電ユニットの横(左右)方向の間隔は、左側又は右側に配置された風力発電ユニットの中で一番小さいローター直径(D)の2倍以上4倍以下であることを特徴とする請求項4に記載のウィンドファーム。
- 前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットが各1個以上配置され、縦(前後)方向及び/又は横(左右)方向に隣接した位置に交互に配置され、
前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットの中で1個以上の風力発電ユニットは、ローター直径(D)が他のユニットと異なることを特徴とする請求項1に記載のウィンドファーム。 - 前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットが各1個以上配置され、縦(前後)方向及び/又は横(左右)方向に隣接した位置に交互に配置され、
前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットの中で1個以上の風力発電ユニットは、回転軸の高さ(H)が他のユニットと異なることを特徴とする請求項1に記載のウィンドファーム。 - 前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットが各1個以上配置され、縦(前後)方向及び/又は横(左右)方向に隣接した位置に交互に配置され、
前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットの中で1個以上の風力発電ユニットは、回転軸の水平方向が縦(前後)方向又は横(左右)方向に隣接した位置に配置された他の風力発電ユニットの回転軸の水平方向と相異なるようにヨー制御することを特徴とする請求項1に記載のウィンドファーム。 - 水平に回転する回転軸と、
前記回転軸の前方端部に位置されたハブと、
前記ハブに対して放射状に固設される2個以上のエアフォイル形態のブレードと、
前記ハブに設置された前記ブレードのピッチ角度を調節するピッチ制御システムと、
前記回転軸の方向を風向に対応するようにナセルを含んだ回転軸を、タワー(支柱)を基準として水平回転させるヨー制御システムと、を含む複数個の風力発電ユニットを配置するウィンドファームの配置構造であって、
ブレードが相互に同一方向に回転する2個以上の第1の回転方向を有する風力発電ユニットが、相互間の渦干渉を避けるために一定距離だけ離隔して設置され、
前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットのブレード回転方向とは反対方向にブレードが回転する1個以上の第2の回転方向を有する風力発電ユニットが、前記第1の回転方向を有する隣接する2個の風力発電ユニットの間に、前と後又は右側と左側に各1個配置され、
前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットは、相互に隣接した位置に交互に配置され、相互に反対方向にブレードが回転することにより各々のブレード回転により発生する渦流の影響を相互に減少すること、
を特徴とするウィンドファームの配置構造。 - 前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットは、相互に隣接した位置に交互に配置され、
後方に配置される風力発電ユニットは、前方に配置される風力発電ユニットからの縦(前後)方向の配置角度(θT)が主風方向に平行な垂直線を基準にして左右各0゜以上、45゜以下の範囲に配置されることを特徴とする請求項9に記載のウィンドファームの配置構造。 - 前記風力発電ユニットの縦(前後)方向の間隔は、前方に配置された風力発電ユニットのローター直径(D)の2倍以上7倍以下であることを特徴とする請求項10に記載のウィンドファームの配置構造。
- 前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットは、相互に隣接した位置に交互に配置され、
左側又は右側に配置される風力発電ユニットは、基準点に配置される風力発電ユニットからの横(左右)方向の配置角度(θS)が主風方向に直角な水平線を基準にして左右各0゜以上、45゜以下の範囲に配置されることを特徴とする請求項9に記載のウィンドファームの配置構造。 - 前記風力発電ユニットの横(左右)方向の間隔は、左側又は右側に配置された風力発電ユニットの中で一番小さいローター直径(D)の2倍以上4倍以下であることを特徴とする請求項12に記載のウィンドファームの配置構造。
- 前記第1の回転方向を有する隣接する2個の風力発電ユニットの間に、前と後、又は右側と左側に、第2の回転方向を有する風力発電ユニットが各1個配置され、縦(前後)方向及び/又は横(左右)方向に隣接した位置に交互に配置され、
前記第2の回転方向を有する風力発電ユニットの中で1個以上の風力発電ユニットは、ローター直径(D)が第1の回転方向を有する風力発電ユニットと相異なることを特徴とする請求項9に記載のウィンドファームの配置構造。 - 前記第1の回転方向を有する隣接する2個の風力発電ユニットの間に、前と後又は右側と左側に、第2の回転方向を有する風力発電ユニットが各1個以上配置され、縦(前後)方向及び/又は横(左右)方向に隣接した位置に交互に配置され、
前記第2の回転方向を有する風力発電ユニットの中で1個以上の風力発電ユニットは、回転軸の高さ(H)が第1の回転方向を有する風力発電ユニットと相異なることを特徴とする請求項9に記載のウィンドファームの配置構造。 - 前記第1の回転方向を有する風力発電ユニットと第2の回転方向を有する風力発電ユニットの中で1個以上の風力発電ユニットは、回転軸の水平方向が縦(前後)方向及び/又は横(左右)方向に隣接した位置に配置された他の風力発電ユニットの回転軸の水平方向と相異なるようにヨー制御することを特徴とする請求項9に記載のウィンドファームの配置構造。
- 水平に回転する回転軸と、
前記回転軸の前方端部に位置されたハブと、
前記ハブに対して放射状に固設される2個以上のエアフォイル形態のブレードと、
前記ハブに設置された前記ブレードのピッチ角を調節するピッチ制御システムと、
前記回転軸の方向を風向に対応するようにナセルを含んだ回転軸を、タワー(支柱)を基準として水平回転させるヨー制御システムと、を各々含む複数個の風力発電ユニットであって、
主風方向から見た時、時計方向にブレードが回転する他の風力発電ユニットと相互に隣接した位置に交互に配置され、
主風方向から見た時、ブレードが反時計方向に回転することにより各々のブレードによって発生する渦流による空力効率を減少し空力振動を防止することを特徴とする風力発電ユニット。
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