JP2018184933A - 風力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】ダクト内部に羽根車を有する風力発電装置を備えた風力発電システムであって、ダクト内部における乱気流の発生を低減させて、ダクト内部で風を十分に増速させ、発電量および発電効率を向上させることが可能な、風力発電システムを提供することを目的とする。【解決手段】中心軸に沿って切断した縦断面が略流線形をなすように形成されたダクト、ダクト内に配置された羽根車、及び羽根車の回転によって発電する発電機を少なくとも有する風力発電装置と、風力発電装置の近傍の風向及び風力を計測可能なように設置された風向風力計と、風力発電装置を支持面に沿って回動可能に支持する回動台座と、風向風力計により計測された風向及び風力に基づいて、回動台座の回動角度を制御する制御装置と、を備える風力発電システム。【選択図】 図２

Description

本発明は、風力発電システムに関する。

近年、地球環境への配慮から、クリーンエネルギーを利用した発電装置への関心が高まってきている。このような発電装置の一つとして、風力発電装置が挙げられる。風力発電装置は、風力により羽根車を回転させ、羽根車の回転によって得られる回転エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。

風力発電装置の発電量は、風速の３乗に比例するといわれており、発電量や発電効率を向上させるために、種々の検討がなされている。例えば、特許文献１には、羽根車の周囲に設けたダクトの断面を、ダクトの前端部から後端部にかけて流線形とすることで、ダクトの前面側から内部に流れ込んだ風を増速させ、発電量を向上させることが記載されている。

また、例えば、特許文献２には、断面が流線形のダクト内における羽根車の位置を工夫することが記載されており、特許文献３には、ダクトの前端部における開口径（吸気口径）、後端部における開口径（排気口径）、及びダクトの内径の間の比を工夫することが記載されている。また、例えば、特許文献４には、特許文献１に記載されたような風力発電装置を複数備えた風力発電装置の集合体が記載されている。特許文献４によれば、該集合体を支持する支柱は、軸受けを介して地球表面に対して回転可能に設けられており、ダクトの外周面が受ける風力によって支柱が回転することにより、風力発電装置が風の吹いてくる方向に向かうように構成されている。

特開２００３−２８０４３号公報 特開２００７−３０９２８７号公報 特開２００７−３２７３７１号公報 特開２００３−９７４１６号公報

しかし、特許文献１〜３に記載されている風力発電装置は、風が吸気口の真正面から入ってこない限り、ダクトの内壁に衝突した風によってダクトの内部に乱気流が生じてしまい、期待されるほどの風の増速効果を得ることができないという問題があった。特に、ダクトの真横から風が吹いてくる場合などは、ダクトの内部に入ってくる風も弱いものとなるため、発電量や発電効率が大きく低下するという問題があった。

また、特許文献４に記載されている風力発電装置の集合体は、風の吹いてくる方向に風力発電装置の吸気口を向けることが可能なように設計されているが、あくまで、ダクトの外周面が受ける風力を利用して吸気口の向きを変えるものであるため、高い精度で吸気口の向きを制御することができず、風の吹いてくる方向と風力発電装置の吸気口の向きとの間に多少のズレが生じてしまっていた。その結果、特許文献１〜３と同様に、ダクトの内壁に衝突した風によってダクトの内部に乱気流が生じてしまい、期待されるほどの風の増速効果を得ることができるものではなかった。クリーンエネルギーが注目されている昨今、発電量や発電効率をさらに向上させた風力発電装置の登場が望まれている。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の課題は、ダクト内部に羽根車を有する風力発電装置を備えた風力発電システムであって、ダクト内部における乱気流の発生を低減させて、ダクト内部で風を十分に増速させ、発電量および発電効率を向上させることが可能な、風力発電システムを提供することである。

上記課題は、以下に記載した風力発電システムにより、達成することができる。

［１］中心軸に沿って切断した縦断面が略流線形をなすように形成されたダクト、ダクト内に配置された羽根車、及び羽根車の回転によって発電する発電機を少なくとも有する風力発電装置と、風力発電装置の近傍の風向及び／又は風力を計測可能なように設置された風向風力計と、風力発電装置を支持面に沿って回動可能に支持する回動台座と、風向風力計により計測された風向及び／又は風力に基づいて、回動台座の回動角度を制御する制御装置と、を備える風力発電システム。

［２］制御装置が、さらに、風向風力計により計測された風力に基づいて、回動台座の回動速度を制御するものである、上記［１］に記載の風力発電システム。

［３］ダクトの内壁の少なくとも一部が、ダクトの中心軸に向かって膨出し、ダクトの吸気口と排気口との間に、ダクトの内径が最小となる最小内径部を形成している、上記［１］又は［２］に記載の風力発電システム。

［４］羽根車が、ダクトの最小内径部から排気口までの間に配置され、最小内径部から羽根車までの距離が、最小内径部から排気口までの距離の１９．８〜２９．０％の範囲内にある、上記［３］に記載の風力発電システム。

［５］羽根車及び発電機を支持するための支柱が、ダクトの内壁からダクトの重心または重心近傍に向かって立設している、上記［１］〜［４］のいずれかに記載の風力発電システム。

［６］羽根車が、４枚の羽根を有する、上記［１］〜［５］のいずれかに記載の風力発電システム。

本発明にかかる風力発電システムによれば、風向風力計により計測された風向及び／又は風力に基づいて、風力発電装置を回動可能に支持する回動台座の回動角度を制御することにより、風力発電装置のダクト内部における乱気流の発生を低減させて、ダクト内部で風を十分に増速させ、発電量および発電効率を向上させることが可能になる。

本発明にかかる風力発電装置の構成の一例を示す正面図である。 図１に示すＸ−Ｘ線に沿ってダクト１１を切断した場合における、風力発電装置の構成の一例を示す部分断面図である。 本発明にかかる風力発電装置の構成の一例を示す部分断面図である。 本発明にかかる回動台座の構成の一例を示す模式図である 図４に示すＹ−Ｙ線に沿って切断した場合における、回動台座の構成の一例を示す断面図である。 本発明にかかる回動台座の制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明するが、本発明は図面及び実施の形態に限定されるものではない。また、本発明は、以下に記載する好ましい数値や構成に限定されるものではない。

本明細書において、「略流線形」とは、ダクトの壁体の縦断面における内周側縁部の形状を、ダクトの吸気口側から内部に流れ込んだ風をダクトの内部で乱れを生じさせずに増速する、という目的の範囲内で変形した形状のことをいう。また、「略流線形」には、ダクトの壁体の縦断面における外周側縁部の形状を、外周面における渦の発生を防止するという目的の範囲内で変形した形状も含まれる。このような変形の例として、ダクトの壁体の縦断面における外周側縁部の形状が、ダクトの前端部から後端部に達するまでの一部において流線形をなしている場合が挙げられる。また、「略流線形」には、ダクトの壁体の縦断面における外周側縁部の形状を直線状にした形状も含まれる。

［風力発電装置］
以下、風力発電装置について、説明をする。図１は、本発明の実施の形態にかかる、風力発電装置の構成の一例を示す正面図である。また、図２は、図１に示すＸ−Ｘ線に沿ってダクト１１を切断した場合における、風力発電装置の構成の一例を示す部分断面図である。図１及び図２に示す風力発電装置１０は、円筒状のダクト１１、筒状容器３０、集電ケーブル３５、支柱４０、支持板４１、及び４本の脚部４２を少なくとも備えている。

ダクト１１は、吸気口を形成する前端部１２、ダクト１１の内径が最小となる最小内径部１３、排気口を形成する後端部１４、及び発電機３４と接続された集電ケーブル３５を通すためのケーブル孔１５を少なくとも備えている。ダクト１１の内径は、前端部１１から最小内径部１３にかけて徐々に小さくなり、最小内径部１３から後端部１４にかけて徐々に大きくなるように構成されている。すなわち、ダクト１１の内壁の一部が、ダクトの中心軸１９に向かって膨出し、吸気口と排気口との間に、ダクトの内径が最小となる最小内径部が形成されている。このように、ダクト１１が、中心軸１９に沿ったＸ−Ｘ線によって切断した縦断面が略流線形をなすように構成されていることにより、ダクト１１の吸気口からダクト内部に流れ込んだ風を増速することができ、発電量および発電効率を向上させることが可能になる。

ダクト１１の吸気口径Ｄｉと、ダクト１１の最小内径部の内径Ｄｍの長さの比（Ｄｉ／Ｄｍ）としては、例えば、１．４〜２．６の範囲にあることが好ましく、１．８〜２．３の範囲にあることがより好ましく、１．９〜２．１の範囲にあることがさらに好ましい。Ｄｉ／Ｄｍの値が１．４未満であると、ダクト１１の内部に流入した風が、前端部１２から最小内径部１３までの間の領域において十分に増速されない恐れがある。一方で、Ｄｉ／Ｄｍの値が２．６を超えると、前端部１２及びその近傍における風に対する抵抗が大きくなるため、吸気口に向かって吹いてくる風の一部がダクト１１の外側に流れるようになり、ダクト１１の内部に流れる風の量が少なくなる結果、発電効率が低下する恐れがある。

ダクト１１の排気口径Ｄｅと、ダクト１１の最小内径部の内径Ｄｍの長さの比（Ｄｅ／Ｄｍ）としては、例えば、１．１〜１．６の範囲にあることが好ましく、１．２〜１．５の範囲にあることがより好ましく、１．３〜１．４の範囲にあることがさらに好ましい。Ｄｅ／Ｄｍの値が１．１未満であると、最小内径部１３の後方側において気圧が上昇し、吸気口からダクト１１の内部へと流入する風の量が減少する傾向にある。一方で、Ｄｅ／Ｄｍの値が１．６を超えると、最小内径部１３から後端部１４へと流れる風がダクト１１の内周側表面から剥離することにより、風の流れに乱れが生じ易くなる傾向にある。その結果として、羽根車３１の近傍における風の速度が低下し、発電量や発電効率の低下や、出力電力が不安定になる等の問題を生じる恐れがある。

ところで、ダクト１１、筒状容器３０、もしくは支柱４０の後方で生ずる後流、又は、ダクト内面、筒状容器表面、もしくは支柱表面から風が剥離することにより生じるカルマン渦などによって、羽根車を通過後の風の流れが乱れると、風に進行方向以外の速度成分が生じてしまい、ダクト内部の羽根車の後方において、風の流れが遅くなることがある。このような風の乱れが生じた場合、ダクトの断面形状が略流線形であっても、吸気口からダクト１１の内部に流れ込んだ風を十分に増速することができず、期待されるほどの高い発電効率を得られない恐れがある。従って、このような風の乱れによる発電効率への影響は、できる限り少なくすることが好ましい。

ダクト１１の内部に生じ得る風の乱れによる発電効率への影響を少なくするという観点からは、ダクト１１の中心軸方向の長さＬ１は、例えば、前端部１２により形成される吸気口の吸気口径Ｄｉの１．３〜３．０倍であることが好ましく、２．５〜３．０倍であることがより好ましく、２．８〜３．０倍であることがさらに好ましい。このような構成により、羽根車の後方における風の乱れが生じる位置を、羽根車の設置された位置より十分に後方に移し、羽根車付近における増速効果への影響を少なくすることができる。すなわち、吸気口からダクト１１の内部に流れ込んだ風は、羽根車に到達するまでに十分に増速することができるため、発電効率の低下を抑制することが可能になる。

同様に、ダクト１１の内部に生じ得る風の乱れによる発電効率への影響を少なくするという観点から、ダクト１１は、ダクト１１の縦断面における前端部１２及び後端部１４を結ぶ直線に対して、ダクト１１の外周側縁部と内周側縁部のいずれもが交差しないように、構成されることが好ましい。また、ダクト１１の外周面において渦が発生すると、発生した渦がダクト１１の後方（羽根車の後方）に移動することがある。従って、外周面における渦の発生を防止するため、ダクト１１の縦断面における外周側縁部の形状も、略流線形とすることがさらに好ましい。

筒状容器３０は、羽根車３１、回転軸３３、及び発電機３４を少なくとも備えている。筒状容器３０は、その前端の形状が、円錐形状または側面が膨らんだ円錐形状（いわゆる、コーン型）であることが好ましい。このような構成により、ダクト１１の内壁によってだけではなく、筒状容器によっても、風の増速効果を高めることが可能になり、結果として、発電量や発電効率を高めることが可能になる。

羽根車３１は、筒状容器３０の後方側に設けられており、羽根３２を備え、回転軸３３と接続されている。回転軸３３は、ダクト１１の中心軸１９に沿うように、筒状容器３０の内部に設けられており、羽根車３１及び発電機３４に接続されている。発電機３４は、筒状容器３０の内部に設けられており、回転軸３３及び集電ケーブル３５に接続されている。羽根３２が風の力を受けることにより羽根車３１が回転し、その回転エネルギーが回転軸３３を介して発電機３４に伝達され、発電機３４において電気エネルギーに変換される。発電機３４によって得られた電気エネルギーは、集電ケーブル３５を介して、後述の回動台座５０の電源装置、及び外部の集電装置へと送電される。

羽根車３１（羽根３２）は、最小内径部１３から排気口までの間に配置されることが好ましい。また、最小内径部１３から羽根車３１までの距離Ｌ３は、最小内径部１３から排気口までの距離Ｌ２の１９．８〜２９．０％の範囲内であることが好ましく、２１〜２５％の範囲内であることがより好ましく、２２〜２３％の範囲内であることがさらに好ましい。ダクト１１の内部に流入した風は、最小内径部１３から排気口までの間において、風速が最大となる地点を有する。従って、羽根車３１を最小内径部１３から排気口までの間に配置すること、特に、最小内径部１３から羽根車３１までの距離が最小内径部１３から排気口までの距離の１９．８〜２９．０％の範囲内となるように配置することにより、風速が最大または最大に近い状態まで増速された風を、羽根３２に与えることが可能になり、結果として、発電量及び発電効率を向上させることができる傾向にある。

羽根車３１に設ける羽根３２の枚数としては、特に制限されないが、例えば、４〜５枚であることが好ましい。羽根３２の枚数が３枚以下であると、羽根３２が全体として受ける風の量が小さくなり、発電効率が低下する。また、羽根３２の枚数が５枚を超えると、羽根３２から発生する渦が多くなって発電効率が低下するとともに、羽根３２の回転による騒音が大きくなる。また、羽根３２の枚数としては、４枚であることが特に好ましい。羽根３２の枚数が４枚であることにより、高い発電効率を備えつつも、騒音の大きすぎない風力発電装置とすることが可能になる。また、羽根３２の枚数が４枚である場合、製造時における羽根３２のバランス調整が容易になるとともに、羽根３２が５枚の場合よりも製造コストを抑えることができる。

支柱４０は、筒状容器３０を支持するように、ダクト１１の内壁に立設されている。また、本例においては、支柱４０が４本設けられており、そのうちの１本には、発電機３４からケーブル孔１５へと向かう集電ケーブル３５が埋設されている。支柱４０は、ダクト１１の内壁からダクト１１の重心または重心近傍に向かって立設されていることが好ましい。このような構成により、後述の回動台座５０による回動動作をスムーズかつ迅速に行うことが可能になる。

最小内径部１３から支柱４０までの距離Ｌ４は、ダクトの最小内径部１３から後端部１４までの距離Ｌ２の長さの１０％以上の長さであることが好ましく、２０％以上の長さであることがより好ましく、２３％以上の長さであることがさらに好ましい。このような構成により、ダクト１１の内部に流入した風の増速を妨げ易い支柱４０が、最小内径部１３から離れた位置に配置されることになるため、ダクト１１の吸気口から最小内径部１３までの間の領域における風の増速効果を十分に高めることが可能になる。

支持板４１は、ダクト１１を支持するための板であり、ダクト１１を支持することができれば、その形状や材質は限定されない。脚部４２は、支持板４１から下方に向かうように設けられており、後述の回動台座５０の固定部５２に固定される。

図３は、本発明にかかる風力発電装置の構成の一例を示す部分断面図である。図３に示される風力発電装置は、上述の図１及び図２に示される風力発電装置の変形例であり、図１及び図２の風力発電装置と同一の符号を付された部分については、適宜、説明を省略する。なお、図１及び図２の風力発電装置の説明として記載した内容は、図３の風力発電装置においても、矛盾が生じない範囲で、採用することができる。また、図３の風力発電装置に関する以下の説明は、図１及び図２の風力発電装置においても、矛盾が生じない範囲で、採用することができる。

ダクト１１の外周側縁部は、ダクト１１の縦断面において、吸気口側から排気口側にかけて、中心軸１９から徐々に離れていった後に、中心軸１９へ向かって徐々に近づくような形状を有している。すなわち、ダクト１１の外周側縁部は、略流線形状を有するように構成されている。このような構成により、外周面における渦の発生を十分に抑制することができ、結果として、ダクト１１の内部における風の増速効果の低下を抑制することが可能になる。

また、ダクト１１の外周側縁部は、その後方側（排気口側）において、風向調節具１６を備えている。風向調節具１６は、ダクト１１と一体的に構成され、ダクトの後方側に向かうにつれて中心軸１９から離れていくように形成された斜面からなる裾部１７と、裾部１７に接続され、中心軸１９から離れていくように形成された、中心軸１９と略垂直な面を有する縁部１８を備えている。

風向調節具１６は、ダクト１１の外側表面に沿って後方側へと向かう風の向きを、裾部１７によって徐々にダクト１１の径方向外側に向かう方向へと調節し、次いで、縁部１８によって急激にダクト１１の径方向外側に向かうように調節する。このような構成により、縁部１８の後方側に、気圧が低い空間領域（以下、「減圧域」ともいう）を生じさせることができ、結果として、ダクト１１の吸気口からさらに多量の風を流入させ、また、増速効果を高めることが可能になる。

風向調節具１６における、中心軸１９方向に沿う長さＬ５は、ダクト１１の中心軸１９方向の長さＬ１の５〜２５％の範囲にあることが好ましく、５〜２０％の範囲にあることがより好ましく、５〜１８％の範囲にあることがさらに好ましい。長さＬ５の長さが、長さＬ１の５％未満の場合は、減圧域を十分に生じさせることができなくなる恐れがある。一方で、長さＬ５の長さが、長さＬ１の２５％を越える場合は、風向調節具１６のサイズが大きくなり過ぎる結果、風力発電装置１０の取り扱いが難しくなる傾向にある。

ダクト１１の排気口側における最大外径Ｄ２の長さと、ダクト１１の吸気口径Ｄｉの長さの比（Ｄ２／Ｄｉ）としては、例えば、１１０％〜１４０％の範囲にあることが好ましく、１１５％〜１３５％の範囲にあることがより好ましく、１２０％〜１３０％の範囲にあることがさらに好ましい。Ｄ２／Ｄｉの値が１１０％未満であると、減圧域を十分に生じさせることができなくなる恐れがある。一方でＤ２／Ｄｉの値が１４０％を超える場合は、排気口のサイズに比して風向調節具１６のサイズが大きくなり過ぎる結果、風力発電装置１０の取り扱いが難しくなる傾向にある。

羽根車３１は、支柱４０よりも吸気口側に位置するよう設けられている。このような構成により、支柱４０により生じる風の流れの乱れを、羽根車３１よりも十分に離れた位置において発生させることができるため、羽根車３１の近傍における増速効果の低下を抑制することが可能になる。

［回動台座］
以下、回動台座について、説明をする。回動台座は、上述のような風力発電装置を回動可能に支持するものである。回動台座は、風向風力計により計測された風向及び／又は風力に基づいて、風力発電装置の吸気口の向きが、風が吹いてくる方向を向くように、自身の回動角度を制御する機能を有する。

図４は、本発明にかかる回動台座の構成の一例を示す模式図である。図４（ａ）は、本発明にかかる回動台座の構成の一例を示す上面図であり、図４（ｂ）は、図（ａ）に示す回動台座の正面図である。また、図５は、図４（ａ）に示すＹ−Ｙ線に沿って回動台座５０を切断した場合における、回動台座５０の断面図である。

図４及び図５に示す略円柱状の回動台座５０は、上面に４つの固定部５２を備えた回動部５１、回動部５１を支持するベース部５４、回動台座５０の回動を制御する制御装置５５、及び、回動部５１が回動可能となるように回動部５１とベース部５４の間に設けられたボールベアリング５６を少なくとも備えている。また、回動台座５０の上面図における中央位置には、回動部５１及びベース部５４を貫通するように、ケーブル孔５３が設けられている。また、制御装置５５は、風力発電装置１０の近傍の風向及び風力（風速）を計測可能なように設置された風向風力計６１と、ケーブル６２を介して接続されている。なお、ケーブル６２を設けずに、制御装置５５と風向風力計６１とを、無線によって接続するように構成しても良い。

回動台座５０は、風力発電装置１０を回動可能に支持することができ、かつ、風向風力計６１により計測された風向及び／又は風力に基づいて、風力発電装置１０の吸気口の向きを、風が吹いてくる方向を向くように自身の回動角度を制御する機能を有するものであれば、形状や材質、及びその構成等は、特に限定されない。

固定部５２は、風力発電装置１０の脚部４２を固定するために設けられている。ケーブル孔５３は、風力発電装置１０から延びる集電ケーブル３５を通すために設けられている。ボールベアリング５６は、回動部５１が回動することによって回動部５１とベース部５４の間に生じる磨耗や発熱を抑制するために設けられている。なお、ボールベアリング５６の代わりに、例えば、ローラーベアリング、テーパーローラーベアリング、又はニードルベアリング等の公知のベアリングを用いても良い。

制御装置５５は、回動台座５０の内部に設けられているが、回動部５１を回動させることが可能であれば、制御装置の設置位置は制限されない。制御装置５５は、回動角度検出センサ、原点位置センサ、制御回路、回転用モータ、電源回路、及びバッテリを少なくとも備えている。

回動角度検出センサは、回動部５１の回動角度を検出し、検出した回動角度を出力信号として、制御回路に入力する機能を有する。回動角度検出センサによる回動角度の検出は、例えば、±３度の精度で行われることが好ましく、±２度の精度で行われることがより好ましく、±１度の精度で行われることがさらに好ましい。原点位置センサは、回動部５１の原点位置（回動部５１の基準となる向き）を設定し、回動部５１が原点位置を通過したことを検出する機能を有する。制御回路は、回動角度検出センサによって検出される回動角度と、原点位置センサによって設定される原点位置とによって、回動部５１（風力発電装置１０の吸気口）が現在向いている方向を算出する。

また、制御回路は、風向風力計６１により計測された風向及び／又は風力に関する情報に基づいて、回動部５１の回動角度を制御する。また、制御回路は、風向風力計６１により計測された風向及び／又は風力に関する情報に基づいて、回動部５１の回動速度を制御することが好ましい。制御回路による制御処理については、図６の説明において、詳述する。

回転用モータは、制御回路からの出力信号に基づいて、回動部５１を回動させる機能を有する。また、電源回路及びバッテリは、制御装置５５を駆動させるための電源を供給する機能を有する。電源回路及びバッテリは、集電ケーブル３５を介して、風力発電装置１０によって発電された電力を蓄電可能なように構成することが好ましい。

風向風力計６１としては、風向及び／又は風力（風速）を計測し、計測した風向及び／又は風力（風速）に関する情報を、有線又は無線によって、制御装置５５へと送信可能なものであれば、特に制限はされず、従来公知のものと適宜用いることができる。風向風力計６１としては、風向及び風力の両者を計測し、計測した両者に関する情報を、有線又は無線によって、制御装置５５へと送信可能なものであることが好ましい。また、風向風力計６１を設置する位置としては、風力発電装置１０の近傍の風向及び／又は風力を計測可能な位置であれば、特に制限はされない。ここで、風力発電装置１０の近傍とは、例えば、風力発電装置１０の吸気口から半径３ｍ以内の位置であることが好ましく、半径２ｍ以内の位置であることがより好ましい。

また、本発明の風力発電システムは、複数の風力発電装置１０及びそれらのそれぞれを回動可能に支持する複数の回動台座５０からなる風力発電システムの集合体としても良い。該集合体において、風向風力計６１は、複数の風力発電装置１０それぞれの近傍に１つずつ設置しても良いが、いずれか１の風力発電装置１０の近傍に１つ設置し、該１つの風向風力計６１から、複数の回動台座５０の各制御装置５５に対して、直接的または間接的に、計測した風向及び／又は風力（風速）に関する情報を送信するように構成しても良い。ここで、間接的に情報を送信するとは、例えば、いずれか１以上の制御装置５５を介して、その他の各制御装置５５へ情報を送信することをいう。

図６は、本発明にかかる回動台座の制御処理の一例を示すフローチャートである。以下で説明するフローチャートを構成する各処理の順序は、処理内容に矛盾や不整合が生じない範囲で順不同である。

まず、風向風力計６１は、風力発電装置１０の近傍の風向及び風力を計測する（ステップＳ１）。次に、風向風力計は、計測した風向及び風力に関する計測データを、回動台座５０の制御装置５５に送信する（ステップＳ２）。

次に、制御装置５５は、風向風力計が計測した風向及び風力に関する計測データを受信する（ステップＳ３）。次に、制御装置は、ステップＳ３にて受信した計測データに基づいて、回動部５１の回動角度及び回動速度を制御する。具体的には、まず、風力発電装置１０の吸気口の向きに相当する回動部５１の向き（以下、「吸気口の向き」ともいう）と、計測データが示す風向とにズレが有るか否かを判定する（ステップＳ４）。吸気口の向きと、計測データが示す風向とにズレがない場合（ステップＳ４においてＮＯ）、回動台座を回動させる必要がないため、処理を終了する。なお、吸気口の向きと、計測データが示す風向とにズレがない場合とは、例えば、風力発電装置１０の吸気口の向きと、風が吹いてくる方向とのズレが、±３度以内にある場合をいう。

吸気口の向きと、計測データが示す風向とにズレが有る場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、計測データが示す風力が、閾値１以下であるか否か、又は閾値２以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。

ここで、閾値１とは、例えば、風力が大きすぎて風力発電装置１０への負担が過大になる、又は風力が大きすぎて回動部５１を回動させるには適さないような値である。閾値１としては、風力発電装置１０の大きさや重量、耐久性等によって、適宜設定することができるが、例えば、風速３０ｍ／ｓとすることが好ましく、風速２０ｍ／ｓとすることがより好ましい。

また、閾値２とは、例えば、風力発電装置１０を破壊しそうな程の風力を示す値である。閾値２としては、風力発電装置１０の大きさや重量、耐久性等によって、適宜設定することができるが、例えば、風速４０ｍ／ｓとすることが好ましく、風速６０ｍ／ｓとすることがより好ましい。

計測データが示す風力が、閾値１より大きく閾値２未満である場合（ステップＳ５においてＮＯ）、回動部５１を回動させず、処理を終了する。この場合、回動部５１の回動に適した風力（例えば、閾値１以下）、又は、風力発電装置１０を破壊しそうな程の風力（例えば、閾値２以上）になるまで、吸気口の向きを現在の向きのまま維持する。

計測データが示す風力が閾値１以下である場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、計測データが示す風力に基づいて、回動部５１の回動速度を決定する。回動速度は、例えば、風力が弱いほど速くなるようにすることが好ましい。風力が弱い場合は、より迅速に、吸気口の向きを風が吹いてくる方向に向けて、発電効率を向上させる。また、風力が強い場合は、風力発電装置１０や回動台座が風によって受ける負担を軽減し、故障の発生率を低下させるため、回動速度を遅くすることが好ましい。

また、計測データが示す風力が閾値２以上である場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）も、風力発電装置１０が受ける非常に強い横風などによって、風力発電装置１０が破壊されることを防ぐため、吸気口の向きを、風が吹いてくる方向に向けるよう、試みる。この際の回動速度は、風力が閾値１以下の場合よりも、遅いものとすることが好ましい。

次に、制御装置５５は、ステップＳ６において決定された回動速度にて、吸気口の向きを、風が吹いてくる方向を向くように、回動部５１を回動させて、終了する。

１０ 風力発電装置
１１ ダクト
１２ 前端部（吸気口）
１３ 最小内径部
１４ 後端部（排気口）
１５ ケーブル孔
１６ 風向調節具
１７ 裾部
１８ 縁部
１９ 中心軸
３０ 筒状容器
３１ 羽根車
３２ 羽根
３３ 回転軸
３４ 発電機
３５ 集電ケーブル
４０ 支柱
４１ 支持板
４２ 脚部
５０ 回動台座
５１ 回動部
５２ 固定部
５３ ケーブル孔
５４ ベース部
５５ 制御装置
５６ ボールベアリング
６１ 風向風力計
６２ ケーブル

Claims (6)

1. 中心軸に沿って切断した縦断面が略流線形をなすように形成されたダクト、ダクト内に配置された羽根車、及び羽根車の回転によって発電する発電機を少なくとも有する風力発電装置と、
   風力発電装置の近傍の風向及び／又は風力を計測可能なように設置された風向風力計と、
   風力発電装置を支持面に沿って回動可能に支持する回動台座と、
   風向風力計により計測された風向及び／又は風力に基づいて、回動台座の回動角度を制御する制御装置と、
   を備える風力発電システム。
2. 制御装置が、さらに、風向風力計により計測された風力に基づいて、回動台座の回動速度を制御するものである、
   請求項１に記載の風力発電システム。
3. ダクトの内壁の少なくとも一部が、ダクトの中心軸に向かって膨出し、ダクトの吸気口と排気口との間に、ダクトの内径が最小となる最小内径部を形成している、
   請求項１又は２に記載の風力発電システム。
4. 羽根車が、ダクトの最小内径部から排気口までの間に配置され、
   最小内径部から羽根車までの距離が、最小内径部から排気口までの距離の１９．８〜２９．０％の範囲内にある、
   請求項３に記載の風力発電システム。
5. 羽根車及び発電機を支持するための支柱が、ダクトの内壁からダクトの重心または重心近傍に向かって立設している、
   請求項１〜４のいずれかに記載の風力発電システム。
6. 羽根車が、４枚の羽根を有する、
   請求項１〜５のいずれかに記載の風力発電システム。

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