JP2019074023A

JP2019074023A - 風力発電装置

Info

Publication number: JP2019074023A
Application number: JP2017200654A
Authority: JP
Inventors: 和成井手; Kazunari Ide
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2019-05-16

Abstract

【課題】タワー部の基礎部に作用するモーメントを低減することが可能な風力発電装置を提供することを目的とする。【解決手段】風力発電装置１は、タワー部２と、ロータと、ロータに設けられた翼８と、ロータの回転力によって発電する発電機とをそれぞれ有する複数の風車部４Ａ，４Ｂと、タワー部２と接続され、風車部４Ａ，４Ｂを支持する支持部材３とを備える風力発電装置１であって、複数の風車部４Ａ，４Ｂは、タワー部２に対して一側に配置された第１風車部４Ａと、タワー部２を中心にして第１風車部４Ａとは反対の他側に配置された第２風車部４Ｂを有し、第１風車部４Ａと第２風車部４Ｂは、ロータの軸周りの回転方向が反対である。【選択図】図１

Description

本発明は、風力発電装置に関するものである。

風力発電装置は、一つのタワー部に対して一つのみの風車部が設置された構成が一般的であるが、一つのタワー部に対して複数の風車部が設置された、いわゆるマルチロータ式風力発電装置も知られている。マルチロータ式風力発電装置では、風車部の合計受風面積が大きくなり、一つのタワー部から得られる発電電力量（出力）が大きくなる。

下記の特許文献１及び２には、マルチロータ式風力発電装置に関する技術が開示されている。

国際公開第２０１７／１０８０５７号独国特許発明第１０２０１２０２００５２号明細書

各風車部は、風を受けて翼が一方向に回転すると、ロータ軸（ｘ軸）周りのモーメントＭｘｎが作用する。マルチロータ式風力発電装置では、すべての風車部の翼の回転方向が同一の場合、すべての風車部に同一方向のモーメントＭｘｎが作用することになるため、各風車部を支持するタワーの基部には、すべての風車部に作用しているモーメントＭｘｎによって、ロータ軸と平行な軸方向の周りに大きなモーメントＭｘｔが生じる。

そのため、タワー部の基部に生じる大きなモーメントＭｘｔを考慮して、タワー部の基礎部を強固に設計及び建造する必要がある。その結果、タワー部の基礎部にかかる建造コストが高くなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、タワー部の基礎部に作用するモーメントを低減することが可能な風力発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る風力発電装置は、タワー部と、ロータと、前記ロータに設けられた翼と、前記ロータの回転力によって発電する発電機とをそれぞれ有する複数の風車部と、前記タワー部と接続され、前記風車部を支持する支持部材とを備える風力発電装置であって、前記複数の風車部は、前記タワー部に対して一側に配置された第１風車部と、前記タワー部を中心にして前記第１風車部とは反対の他側に配置された第２風車部を有し、前記第１風車部と前記第２風車部は、前記ロータの軸周りの回転方向が反対である。

この構成によれば、複数の風車部は、ロータと、ロータに設けられた翼と、ロータの回転力によって発電する発電機をそれぞれ有し、各風車部は、タワー部と接続された支持部材によって支持される。これにより、タワー部には、支持部材を介して複数の風車部が設置される。そのため、各風車部は、比較的風の状況が近い環境（風況）下に配置され、同一方向の風を受けて回転し発電する。

複数の風車部は、第１風車部と第２風車部を有し、第１風車部がタワー部に対して一側に配置され、第２風車部がタワー部を中心にして第１風車部とは反対の他側に配置され、第１風車部と第２風車部はタワー部を中心にして左右対称に配置される。また、第１風車部と第２風車部は、ロータの軸周りの回転方向が反対であることから、第１風車部に作用するロータ軸周りのモーメントと、第２風車部に作用するロータ軸周りのモーメントは、反対方向になる。したがって、ロータ軸周りのモーメントが打ち消し合い、タワー部の基部に生じるロータ軸と平行な軸周りのモーメントが低減される。

本発明によれば、タワー部の基礎部に作用するモーメントを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る風力発電装置の第１実施例を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置の第２実施例を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る風力発電装置の第３実施例を示す正面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る風力発電装置１について、図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る風力発電装置１は、図１〜図３に示すように、１つのタワー部２と、タワー部２に接続された複数の支持部材３と、各支持部材３に設置された風車部４などを備える。風力発電装置１は、発生した電力を電力系統へ送電するために系統連系されており、陸上又は洋上に設置される。

タワー部２は、一方向に長い構造を有し、軸方向が設置面に対して垂直方向となるようにタワー部２の基礎部５が設置面に設けられる。タワー部２は、例えば１本の円柱状部材でもよいし、複数の長尺状部材が組み合わされて構成されてもよい。

支持部材３は、例えば一方向に長い部材であり、一端側である基部がタワー部２と接続され、他端側である先端側において風車部４を支持する。１本の支持部材３に、１台の風車部４が設置される場合、風車部４と同数の支持部材３がタワー部２に接続される。支持部材３は、円柱状等の長尺状部材でもよいし、複数の部材が組み合わされたトラス構造を有する部材でもよい。また、支持部材３は、圧縮力を主に負担する長尺状部材と、引張力を負担するワイヤ部材などから構成されてもよい。

各支持部材３に設置された風車部４は、ナセル６と、ナセル６に収容されるロータ及び発電機と、ロータの先端に設置されたロータヘッド７と、ロータヘッド７に設けられた複数枚（例えば３枚）の翼８などを有する。

ナセル６は、支持部材３の上部又は下部に設置され、内部にロータや、増速機、発電機などを備える。ナセル６の一端側には、ロータヘッド７が設けられる。ロータは、ほぼ水平な軸線周りに回転可能である。ロータの一端側は、ロータヘッド７に接続され、ロータの他端側は、例えば直接的に発電機に接続され、又は、増速機若しくは油圧ポンプ・油圧モータを介して発電機に接続される。発電機は、ロータが軸周りに回転することによって生じる回転力によって駆動し発電する。

翼８は、ロータヘッド７において、放射状に複数枚取り付けられる。複数枚の翼８は、風を受けることによって、ロータを中心にして回転する。翼８は、ピッチ制御用の旋回輪軸受を介してロータヘッド７に接続され、翼長方向に延在する翼軸周りに回動可能である。これにより、翼８のピッチ角が調整される。

ナセル６は、支持部材３に対して略水平面上で旋回して、ロータヘッド７の方向を風向きに合わせ、翼８の回転面を風向きに正対させる。ナセル６が略水平面上で旋回することをヨー（yaw）旋回という。ナセル６は、ナセル６と支持部材３に接続されたヨー旋回輪軸受を介して旋回する（第１ヨー旋回）。

本実施形態によれば、複数の風車部４は、ロータと、ロータに設けられた翼８と、ロータの回転力によって発電する発電機をそれぞれ有し、各風車部４は、タワー部２と接続された支持部材３によって支持される。これにより、タワー部２には、支持部材３を介して複数の風車部４が設置される。そのため、各風車部４は、比較的風の状況が近い環境（風況）下に配置され、同一方向の風を受けて回転し発電する。

支持部材３には、タワー部２と接続される接続部１１が設けられる。接続部１１は、タワー部２の周囲に設けられ、例えばリング形状を有する。支持部材３は、支持部材３の接続部１１を介してタワー部２と接続される。タワー部２は、接続部１１を介してのみ支持部材３から伝達される荷重を受け、他の部分では、支持部材３から伝達される荷重を受けない。また、接続部１１は、軸受構造などを備えて、略水平面内においてタワー部２の周囲にて回動可能な構成を有している。

これにより、接続部１１は、略水平面内においてタワー部２の周囲にて回動可能であるため、接続部１１と接続された支持部材３に支持された各風車部４も、水平面内においてタワー部２の周囲にて回動し、風車部４はヨー（yaw）旋回が可能である（第２ヨー旋回）。

風車部４のヨー旋回は、ナセル６が支持部材３に対して略水平面上で旋回することによって実施してもよいし（第１ヨー旋回）、支持部材３の接続部１１がタワー部２に対して略水平面内で旋回することによって実施してもよい（第２ヨー旋回）。なお、本実施形態は、第１ヨー旋回と第２ヨー旋回のいずれもが可能な構成を有する場合について説明したが、本発明はこの例に限定されず、第１ヨー旋回と第２ヨー旋回のいずれか一方のみが可能な構成を有してもよい。

タワー部２には、左右対称に複数の風車部４が設置される。例えば、図１に示すように、タワー部２に対して２台の風車部４が設置される。また、タワー部２の高さ方向に複数段の風車部４が設置されてもよい。例えば、図２及び図３に示すように、各段に２台の風車部４が設置され、２段にわたって風車部４が設置される場合、合計４台の風車部４が一つのタワー部２に対して設置される。

複数の風車部４は、例えば、風車部４Ａと風車部４Ｂを有し、風車部４Ａがタワー部２に対して一側に配置され、風車部４Ｂがタワー部２を中心にして風車部４Ａとは反対の他側に配置され、風車部４Ａと風車部４Ｂはタワー部２を中心にして左右対称に配置される。風車部４Ａと風車部４Ｂは、ほぼ同一高さ位置に設置される。

風車部４Ａと風車部４Ｂは、ロータの軸周りの回転方向が反対である。例えば、風車部４Ａにおけるロータの軸周りの回転方向が時計回りである場合、風車部４Ｂにおけるロータの軸周りの回転方向は反時計回りである。

風車部４Ａと風車部４Ｂは、ロータの軸周りの回転方向が反対であることから、風車部４Ａに作用するロータ軸周りのモーメントＭｘ_１と、風車部４Ｂに作用するロータ軸周りのモーメントＭｘ_２は、反対方向になる。

すべての風車部４の翼８の回転方向が同一の場合、すべての風車部４に同一方向のモーメントＭｘｎが作用することになるため、各風車部４を支持するタワー部２の基部には、すべての風車部４に作用しているモーメントＭｘｎによって、ロータ軸と平行な軸方向の周りに大きなモーメントＭｘｔが生じる。

これに対し、本実施形態では、ロータ軸周りのモーメントＭｘ_１，Ｍｘ_２が打ち消し合い、タワー部２の基部に生じるロータ軸と平行な軸周りのモーメントＭｘｔが低減される。したがって、すべての風車部４の翼８の回転方向が同一の場合に比べて、タワー部２の基部に生じるモーメントＭｘｔを考慮して設計及び建造されるタワー部２の基礎部５の耐荷重に関する必要断面積を低減できる。その結果、タワー部２の基礎部５にかかるコストを減少させることが可能である。

なお、タワー部２の高さ方向に複数段の風車部４が設置される場合、図２に示すように、同一方向に翼８が回転する風車部４をタワー部２に対して一方の側のみに配置してもよい。また、図３に示すように、段ごとにタワー部２に対する配置側を変えて、同一方向に翼８が回転する風車部４をタワー部２に対して左右交互に配置してもよい。

１：風力発電装置
２：タワー部
３：支持部材
４，４Ａ，４Ｂ：風車部
５：基礎部
６：ナセル
７：ロータヘッド
８：翼
１１：接続部

Claims

タワー部と、
ロータと、前記ロータに設けられた翼と、前記ロータの回転力によって発電する発電機とをそれぞれ有する複数の風車部と、
前記タワー部と接続され、前記風車部を支持する支持部材と、
を備える風力発電装置であって、
前記複数の風車部は、前記タワー部に対して一側に配置された第１風車部と、前記タワー部を中心にして前記第１風車部とは反対の他側に配置された第２風車部を有し、
前記第１風車部と前記第２風車部は、前記ロータの軸周りの回転方向が反対である風力発電装置。