JP2019074034A - 風力発電装置、風力発電装置の設置方法及び風力発電装置のメンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】支持部材に対して風車部を迅速かつ簡易に着脱することが可能な風力発電装置、風力発電装置の設置方法及び風力発電装置のメンテナンス方法を提供することを目的とする。【解決手段】風力発電装置１の設置方法は、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４と、タワー部２と接続され、風車部４を支持する支持部材３と、支持部材３に設置されたシーブ１２とを備える風力発電装置１の設置方法であって、タワー部２とシーブ１２が取り付けられた支持部材３を設置するステップと、ロープ１３を牽引するウインチ１４とロープ１３を設置し、シーブ１２にロープ１３を掛けるステップと、ウインチ１４を駆動し、風車部４をロープ１３によって下から上へ吊り上げるステップと、吊り上げられた風車部４を支持部材３に設置するステップとを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、風力発電装置、風力発電装置の設置方法及び風力発電装置のメンテナンス方法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。風車部は、翼、ロータ、発電機及びナセルなどから構成される。また、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

従来、タワー部や、マルチロータ式の場合はアーム状の支持部材に対して地上で組み立てられた風車部を取り付ける際、風車部の重量や取付位置の高さに鑑みて、大型クレーンを使用している。しかし、風車の設置場所は、山や海岸など大型クレーンの設置が困難である場合があり、大型クレーンを要する風力発電装置の設置が難しい。

また、海上に風力発電装置を設置する場合、大型クレーンを設置できる大型の自己昇降式作業台船（ＳＥＰ船）を用意する必要があり、工事が大掛かりになり工費もかさむという問題がある。さらに、風車部をメンテナンスする場合も、大型クレーンを必要とし、風車部を取り付ける場合と同様の問題が生じ、メンテナンスに時間や費用がかかる。

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、支持部材に対して風車部を迅速かつ簡易に着脱することが可能な風力発電装置、風力発電装置の設置方法及び風力発電装置のメンテナンス方法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、風力発電装置の設置方法及び風力発電装置のメンテナンス方法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、前記支持部材、又は、前記支持部材の上方にて前記タワー部と接続された第２支持部材に設置されたシーブとを備える。

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。

また、支持部材、又は、支持部材の上方にてタワー部と接続された第２支持部材にシーブが設置されている。そのため、風力発電装置に対して風車部を着脱する際、ロープを牽引するウインチとロープを設置し、シーブにロープを掛けて、クレーンのような荷役手段を簡易に設けることができる。そして、風車部を取り付ける場合、ウインチを駆動し、ロープによって風車部を下から上へと吊り上げたり、風車部を支持部材から取り外す場合、ウインチを駆動し、ロープによって風車部を上から下へと吊り下げたりすることができる。

本発明に係る風力発電装置の設置方法は、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、前記支持部材、又は、前記支持部材の上方にて前記タワー部と接続された第２支持部材に設置されたシーブとを備える風力発電装置の設置方法であって、前記タワー部と前記シーブが取り付けられた前記支持部材を設置するステップと、ロープを牽引するウインチと前記ロープを設置し、前記シーブに前記ロープを掛けるステップと、前記ウインチを駆動し、前記風車部を前記ロープによって下から上へ吊り上げるステップと、吊り上げられた前記風車部を前記支持部材に設置するステップとを備える。

この構成によれば、まず、タワー部とシーブが取り付けられた支持部材又は第２支持部材が地上又は海上に設置され、次に、風車部を支持部材に取り付けるため、ロープを牽引するウインチとロープが設置される。ロープは、支持部材に取り付けられたシーブに掛けられる。そして、ウインチを駆動させて、ロープによって風車部が下から上へと吊り上げられ、所定の高さ位置へ持ち上げられる。その後、吊り上げられた風車部が支持部材に設置される。

本発明に係る風力発電装置のメンテナンス方法は、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、前記支持部材、又は、前記支持部材の上方にて前記タワー部と接続された第２支持部材に設置されたシーブとを備える風力発電装置のメンテナンス方法であって、前記支持部材に対する前記風車部の固定を解除するステップと、ロープを牽引するウインチと前記ロープを設置し、前記シーブに前記ロープを掛けるステップと、前記ウインチを駆動し、前記風車部を前記ロープによって上から下へ吊り下げるステップとを備える。

この構成によれば、まず、支持部材に対する風車部の固定が解除され、次に、風車部を降下させるため、ロープを牽引するウインチとロープが設置される。ロープは、支持部材又は第２支持部材に取り付けられたシーブに掛けられる。そして、ウインチを駆動させて、ロープによって風車部が上から下へと吊り下げられ、所定の高さ位置まで降ろされる。

本発明によれば、支持部材に対して風車部を迅速かつ簡易に着脱することができる。

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を示す正面図であり、風車部の着脱過程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る風力発電装置を示す正面図であり、風車部の着脱過程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る風力発電装置を示す正面図であり、風車部の着脱過程を示す図である。

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。

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。

本実施形態に係る風力発電装置１は、シーブ１２を更に備える。シーブ１２は、例えば支持部材３の先端側、すなわち、風車部４の取付位置の近傍に設置される。なお、風車部４を取り付けるための支持部材とは別に、支持部材３の上方にシーブ１２を取り付けるための第２支持部材（図示せず。）を設けてもよい。第２支持部材に設置されたシーブ１２は、風車部４の取付位置の上方に設置される。

また、風力発電装置１のタワー部２、又は、支持部材３には、シーブ１２にロープ１３を掛けて、クレーンのような荷役手段を簡易に設けるため、ウインチ１４を設置することができる。なお、支持部材３以外のタワー部２に別のシーブが設けられてもよい。

本実施形態によれば、支持部材３又は第２支持部材にシーブ１２が設置されている。そのため、風力発電装置１に対して風車部４を着脱する際、ロープ１３を牽引するウインチ１４とロープ１３を設置し、シーブ１２にロープ１３を掛けて、クレーンのような荷役手段を簡易に設けることができる。そして、風車部４を取り付ける場合、ウインチ１４を駆動し、ロープ１３によって風車部４を下から上へと吊り上げたり、風車部４を支持部材３から取り外す場合、ウインチ１４を駆動し、ロープ１３によって風車部４を上から下へと吊り下げたりすることができる。

次に、本実施形態に係る風力発電装置１の設置方法、特に、風車部４を支持部材３に取り付ける方法について説明する。
まず、図２に示すように、支持部材３の先端側又は第２支持部材においてシーブ１２が取り付けられたタワー部２を地上又は海上に設置する。また、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、ロータヘッド７と、翼８が一体化された状態に製作される。なお、風車部４を吊り上げるため、３枚の翼８のうち２枚のみがロータヘッド７に取り付けられ、残りの１枚は、取り付けていないほうが好ましい。

そして、支持部材３に対して風車部４を取り付ける準備を行う。この場合において、例えば、ロープ１３を牽引するウインチ１４と、ロープ１３を設置し、シーブ１２にロープ１３を掛ける。なお、図２では、ウインチ１４がタワー部２と支持部材３の接続部分近傍に設置される例について示したが、本発明はこの例に限定されない。ウインチ１４は、地上などの設置面に設置されてもよい。

次に、ロープ１３の先端に設けられたフックを利用して、風車部４をロープ１３に取り付ける。その後、図３に示すように、ウインチ１４を駆動し、風車部４をロープ１３によって下から上へ吊り上げる。この途中で、例えば別途用意されたクレーン等を用いて、残りの１枚の翼８をロータヘッド７に取り付ける。この作業は、風車部４の取付位置よりも低い位置で行うため、風車部４を支持部材３へ直接取り付けるための大型クレーンよりも規模の小さいクレーンによって作業を行うことができる。

そして、風車部４は、所定の高さ位置へ持ち上げられ、図４に示すように、吊り上げられた風車部４が支持部材３に設置される。なお、タワー部２を中心にして、左右に取り付けられる風車部４を同時に吊り上げる作業を行えば、タワー部２に対して偏った荷重をかけることなく、バランス良く取り付け作業を行うことができる。この場合、片方ずつ風車部４を吊り上げる場合と異なり、バランスウェイトや、バランスを保つための支持構造が不要になる。

また、シーブ１２が支持部材３に設置される場合、風車部４が支持部材３の下方に設置される構成とすれば、支持部材３に対する風車部４の取り付け作業を容易に行うことができる。なお、支持部材３の上方にシーブ１２が取り付けられた第２支持部材が設置される場合は、支持部材３の上方に風車部４を比較的容易に取り付けることができる。さらに、支持部材３が長尺部材だけでなく、引張力を負担するワイヤ部材を有する場合、ロープ１３として、そのワイヤ部材を用いてもよい。

以上、本実施形態によれば、タワー部２に設けられた支持部材３を、荷役手段のジブ（腕部材）の代わりに荷揚げ作業に用いることができ、大型クレーンを設置することなく、風車部４の取り付け作業を行うことができる。したがって、山や海岸など大型クレーンの設置が困難な場所にも風力発電装置１を設置できるようになる。また、海上に風力発電装置１を設置する場合、大型クレーンを設置できる大型の自己昇降式作業台船（ＳＥＰ船）を用意することなく、一般的な大きさのＳＥＰ船によって作業を行うことができるため、工事を大掛かりにすることなく、工費の上昇を抑制できる。

次に、本実施形態に係る風力発電装置１のメンテナンス方法、特に、風車部４を支持部材３に取り外す方法について説明する。
まず、支持部材３から風車部４を取り外す準備を行う。この場合において、支持部材３に対する風車部４の固定を解除する。また、図４に示すように、ロープ１３を牽引するウインチ１４と、ロープ１３を設置し、シーブ１２にロープ１３を掛ける。

次に、ロープ１３の先端に設けられたフックを利用して、風車部４をロープ１３に取り付ける。その後、図３に示すように、ウインチ１４を駆動し、風車部４をロープ１３によって上から下へ吊り下げる。この途中で、例えば別途用意されたクレーン等を用いて、３枚のうち１枚の翼８をロータヘッド７から取り外す。これにより、比較的容易にかつ風車部４を損傷することなく、風車部４を設置面へ降下させることができる。この作業は、風車部４の取付位置よりも低い位置で行うため、支持部材３から風車部４を直接取り外すための大型クレーンよりも規模の小さいクレーンによって作業を行うことができる。

そして、図２に示すように、風車部４は、所定の高さ位置、例えば設置面まで降ろされる。なお、タワー部２を中心にして、左右に取り付けられる風車部４を同時に吊り下げる作業を行えば、タワー部２に対して偏った荷重をかけることなく、バランス良く取り外し作業を行うことができる。この場合、片方ずつ風車部４を吊り下げる場合と異なり、バランスウェイトや、バランスを保つための支持構造が不要になる。

また、風車部４が支持部材３の下方に設置される構成とすれば、支持部材３に対する風車部４の取り外し作業を容易に行うことができる。なお、支持部材３の上方にシーブ１２が取り付けられた第２支持部材が設置される場合は、支持部材３の上方に設置された風車部４を比較的容易に取り外すことができる。さらに、支持部材３が長尺部材だけでなく、引張力を負担するワイヤ部材を有する場合、ロープ１３として、そのワイヤ部材を用いてもよい。

以上、本実施形態によれば、タワー部２に設けられた支持部材３を、荷役手段のジブ（腕部材）の代わりに荷降ろし作業に用いることができ、大型クレーンを設置することなく、風車部４の取り外し作業やメンテナンス作業を行うことができる。したがって、山や海岸など大型クレーンの設置が困難な場所にも風力発電装置１を設置できるようになる。また、海上に風力発電装置１を設置する場合、大型クレーンを設置できる大型の自己昇降式作業台船（ＳＥＰ船）を用意することなく、一般的な大きさのＳＥＰ船によって作業を行うことができるため、作業を大掛かりにすることなく、メンテナンスにかかる費用の上昇を抑制できる。

１ ：風力発電装置
２ ：タワー部
３ ：支持部材
４ ：風車部
５ ：基礎部
６ ：ナセル
７ ：ロータヘッド
８ ：翼
１１ ：接続部
１２ ：シーブ
１３ ：ロープ
１４ ：ウインチ

Claims (3)

1. 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、
   前記支持部材に設置された、又は、前記支持部材の上方にて前記タワー部と接続された第２支持部材に設置されたシーブと、
   を備える風力発電装置。
2. 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、
   前記支持部材に設置された、又は、前記支持部材の上方にて前記タワー部と接続された第２支持部材に設置されたシーブと、
   を備える風力発電装置の設置方法であって、
   前記タワー部と前記シーブが取り付けられた前記支持部材を設置するステップと、
   ロープを牽引するウインチと前記ロープを設置し、前記シーブに前記ロープを掛けるステップと、
   前記ウインチを駆動し、前記風車部を前記ロープによって下から上へ吊り上げるステップと、
   吊り上げられた前記風車部を前記支持部材に設置するステップと、
   を備える風力発電装置の設置方法。
3. 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、
   前記支持部材に設置された、又は、前記支持部材の上方にて前記タワー部と接続された第２支持部材に設置されたシーブと、
   を備える風力発電装置のメンテナンス方法であって、
   前記支持部材に対する前記風車部の固定を解除するステップと、
   ロープを牽引するウインチと前記ロープを設置し、前記シーブに前記ロープを掛けるステップと、
   前記ウインチを駆動し、前記風車部を前記ロープによって上から下へ吊り下げるステップと、
   を備える風力発電装置のメンテナンス方法。
   
   

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