JP2019173580A

JP2019173580A - 風力発電設備及びその制御方法

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Publication number: JP2019173580A
Application number: JP2018059363A
Authority: JP
Inventors: 雅典栗原; Masanori Kurihara; 努城井; Tsutomu Shiroi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-10-10

Abstract

【課題】レセプタへの雷撃に対する十分な捕捉率を確保でき、風車翼の損傷を防ぐことが可能なこと。【解決手段】本発明の風力発電設備は、上記課題を解決するために、少なくとも１本の風車翼を有すると共に、前記風車翼には雷撃を補足する受雷装置（レセプタ）が設置され、前記レセプタで補足した雷撃からの雷電流を基に落雷を検知する雷計測装置が設置されている風力発電装置と、該風力発電装置を制御する制御装置と、外部からの気象データを基に落雷の可能性があると判断した場合或いは前記雷計測装置が動作した場合には、前記風力発電装置へ停止指令を与え、前記風車翼の本数に対応した前記風車翼のアジマス角（風車翼の鉛直方向と成す角度）の制御指令を前記制御装置に与える遠隔監視装置とを備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は風力発電設備及びその制御方法に係り、特に、風車翼に雷撃の際の雷電流を安全に大地に流すための受雷装置（以下、レセプタという）を備えているものに好適な風力発電設備及びその制御方法に関するものである。

近年、地球環境問題を背景に、太陽光発電、風力発電、波力発電などの再生可能エネルギーの導入数が増加している。その中でも風力発電は、経済性、効率性及び環境性に優れている再生可能エネルギーの１つとして挙げられる。

風力発電を行う風力発電装置は、一般に風況の良い平地、丘陵地、海岸付近、更には洋上に建設されているが、このような風力発電装置の建設場所は、周囲に高構造物が少なく風力発電装置に多くの雷撃が集中する傾向があるため、風力発電装置の落雷対策は、重要な設計要素の１つである。

このようなことから、通常、風力発電装置の風車翼には、雷撃による雷電流を安全に大地に流すためのレセプタが具備されており、そのレセプタには様々なタイプの形状、構造がある。

一般的には、ディスクタイプ、チップタイプ、ロッドタイプと呼ばれるレセプタが、１つ若しくは複数個、風車翼の先端部付近に設置され、加えて、風車翼の中間部にも同様にレセプタが配置されている風力発電装置がある。このレセプタの材質は、銅、アルミニウム、ステンレス、タングステンなどの金属（導体）が使用されており、雷電流による温度上昇を考慮したサイズとなっている。

一方、風車翼の材質は、ＦＲＰ（Fiber-Reinforced Plastics）と呼ばれるガラス繊維などの繊維をプラスチックの中に入れて強度を向上させた複合材料であり、ＦＲＰ（絶縁物）に雷撃を受けると、ＦＲＰが損傷する可能性がある。

また、風力発電装置の風車翼は、風の力で回転する可動機器であるため、ＦＲＰに着雷した場合、損傷が拡大する恐れがあり、常にレセプタで雷を受けることが安全面、経済面、稼働率の観点から望ましい。

このような風力発電装置の落雷対策に関する先行技術文献としては、特許文献１を挙げることができる。この特許文献１には、全ての風車翼に対して全て同一の落雷対策を施すのではなく、雷雲接近時に風車翼の回転を停止するときの各風車翼の位置を決めて、当該風車翼の位置に応じて風車翼毎に落雷対策を変え、落雷の多い箇所のみに重点的に追加的に落雷対策を施すことで、他の部分に過剰な落雷対策を施さなくてすむ手法が開示されている。

国際公開第２０１１／０７７９７０号

しかしながら、上述した特許文献１には、予め追加の雷対策がなされた風車翼を真上に停止させ、レセプタへの雷撃からの捕捉率を向上させる手法が開示されているが、現時点で運転開始している風力発電設備の多くが特定の風車翼に追加の雷対策を施した風車翼とはなっておらず、既設の風力発電設備に対して雷対策を講じることが困難となっている。

また、特許文献１では、風車翼の腹側、背側に埋め込まれているレセプタは、風車翼が真上にある場合水平方向にあり、レセプタ自体は真上を向いておらず、雷撃に対する十分な捕捉率を確保できないという課題がある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、レセプタへの雷撃に対する十分な捕捉率を確保でき、風車翼の損傷を防ぐことが可能な風力発電設備及びその制御方法を提供することにある。

本発明の風力発電設備は、上記目的を達成するために、少なくとも１本の風車翼を有すると共に、前記風車翼には雷撃を補足する受雷装置（レセプタ）が設置され、前記レセプタで補足した雷撃からの雷電流を基に落雷を検知する雷計測装置が設置されている風力発電装置と、該風力発電装置を制御する制御装置と、外部からの気象データを基に落雷の可能性があると判断した場合或いは前記雷計測装置が動作した場合には、前記風力発電装置へ停止指令を与え、前記風車翼の本数に対応した前記風車翼のアジマス角（風車翼の鉛直方向と成す角度）の制御指令を前記制御装置に与える遠隔監視装置とを備えていることを特徴とする。

具体的には、前記風車翼が３本の場合は前記アジマス角を１〜１１９度の範囲、前記風車翼が２本の場合は前記アジマス角を１〜１７９度の範囲、前記風車翼が１本の場合は前記アジマス角を１〜３５９度の範囲としたことを特徴とする。

また、本発明の風力発電設備の制御方法は、上記目的を達成するために、少なくとも１本の風車翼を有すると共に、前記風車翼には雷撃を補足する受雷装置（レセプタ）が設置され、前記レセプタで補足した雷撃からの雷電流を基に落雷を検知する雷計測装置が設置されている風力発電装置と、該風力発電装置を制御する制御装置と、外部からの気象データを基に落雷の可能性があると判断した場合或いは前記雷計測装置が動作した場合には、前記風力発電装置へ停止指令を与え、前記風車翼の数に対応した前記風車翼のアジマス角（風車翼の鉛直方向と成す角度）の制御指令を前記制御装置に与える遠隔監視装置とを備えている風力発電設備を制御する際に、前記遠隔監視装置は、気象データによる落雷情報、風力発電所内或いは近接風力発電所の前記風力発電装置に設置されている前記雷計測装置若しくは風力発電設備の近傍に設置され、前記風車翼が受けている風速値を推定する風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）に設置されている雷計測装置の動作、或いは風力発電所の事業者、管理者、メンテナンス会社或いは販売者のいずれかが落雷の可能性があると判断したことに基づいて前記風力発電装置へ停止指令を与え、前記風車翼の本数に対応した前記風車翼のアジマス角の制御指令を前記制御装置に与えて前記アジマス角を制御することを特徴とする。

具体的には、前記風車翼が３本の場合は前記アジマス角を１〜１１９度の範囲、前記風車翼が２本の場合は前記アジマス角を１〜１７９度の範囲、前記風車翼が１本の場合は前記アジマス角を１〜３５９度の範囲にそれぞれ制御したことを特徴とする。

本発明によれば、レセプタへの雷撃に対する十分な捕捉率を確保でき、風車翼の損傷を防ぐことができる。

本発明の風力発電設備の実施例１の概略を示すシステム構成図である。本発明の風力発電設備の実施例１に採用される風力発電装置の概要を示す側面図である。図１の風力発電装置における風車翼の腹側にディスク型レセプタを設置した外形を示す図である。図１の風力発電装置における風車翼の背側にディスク型レセプタを設置した外形を示す図である。図１の風力発電装置における３本の風車翼を有する風力発電装置の概要を示す正面図である。本発明の風力発電設備の実施例１における気象データによる風力発電装置の停止フローを示す図である。本発明の風力発電設備の実施例１における風力発電所内若しくは近接風力発電所の雷検知装置による風力発電装置の停止フローを示す図である。本発明の風力発電設備の実施例１における風力発電所の事業者、管理者、メンテナンス会社或いは販売者のいずれかが落雷の可能性があると判断したことに基づく風力発電装置の停止フローを示す図である。本発明の風力発電設備の実施例２に採用される風力発電装置における風車翼の腹側にチップ型レセプタを設置した外形を示す図である。本発明の風力発電設備の実施例２に採用される風力発電装置における風車翼の背側にチップ型レセプタを設置した外形を示す図である。本発明の風力発電設備の実施例３に採用される風力発電装置における２本の風車翼を有する風力発電装置の概要を示す正面図である。本発明の風力発電設備の実施例４に採用される風力発電装置における１本の風車翼を有する風力発電装置の概要を示す正面図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の風力発電設備及びその制御方法を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１に、本発明の風力発電設備の実施例１の概略構成を示し、図２及び図５に、図１の風力発電設備に採用される風力発電装置における３枚の風車翼を有する風力発電装置の概要を示し、図３及び図４に、図２及び図５の風力発電装置における風車翼の腹側と背側にディスク型レセプタを設置した外形をそれぞれ示す。

図１に示すように、本実施例の風力発電設備は、少なくとも１本（本実施例では３本）の風車翼１を有すると共に、この風車翼１には、図３及び図４に示す雷撃を補足する受雷装置（本実施例では、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂ）が設置され、これらディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂで補足した雷撃からの雷電流を基に落雷を検知する雷計測装置１３が設置されている風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘと、この風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘを制御する風車制御装置６Ａ、６Ｂと、外部（気象提供会社１５）からの気象データを基に落雷の可能性があると判断した場合或いは雷計測装置１３が動作した場合には、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘへ停止指令を与え、風車翼１の本数（３本、２本、１本）に対応した風車翼１のアジマス角（風車翼の鉛直方向と成す角度：図５のθ_１で表す）の制御指令を風車制御装置６Ａ、６Ｂに与える遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ：Supervisory Control And Data Acquisition）１４とを備えて概略構成されている。

上記遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）１４は、遠隔で風力発電設備の状態を監視するための装置であり、常時、風力発電設備の運転状況を把握することができる。

また、遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）１４は、サーバ１４Ａ、メディアコンバータ１４Ｂ、ルータ１４Ｃ等を備え、通常、風力発電所毎に１つ設置され、インタネット回線１７により外部（気象提供会社１５や事業者、管理者、販売者或いはメンテナンス会社１６等）からアクセスすることが可能となっているおり、外部から運転、停止を風力発電設備に指令することができる。

次に、風力発電設備に採用される風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘについて、図２及び図５を用いて説明する。

図２及び図５に示すように、本実施例の風力発電設備に採用される風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘは、何れも風車翼１は３本から成っており、この３本の風車翼１が風を受けることによって、ナセル３に接続されている風車翼１及びハブ２が回転し、その風エネルギーを風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘ内の発電装置７により電気エネルギー、水素エネルギーなどに変換するものである。また、風車翼１、ハブ２及びナセル３は、支持物（タワー）４によって支えられている。なお、符号８は避雷針（若しくは避雷リング）である。

また、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘの風車制御装置は、ハブ２内やナセル３内、或いはタワー４内に配置されており、本実施例では、風車制御装置６Ａ、６Ｂはナセル３内とタワー４内に設置されている。この風車制御装置６Ａ、６Ｂで、風車翼１のピッチ角や風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘの運転、停止を制御している。

通常、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘが発電を停止しているときに、一定以上の風が吹いた場合、風車翼１が遊転するので、それを回避するために、ハブ２若しくは発電装置７の回転機構を固定（ロック）することで、風車翼１を一定位置に制御することができる。

次に、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘの風車翼に１に設置されているディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂについて、図３及び図４を用いて説明する。

図３及び図４に示すように、風車翼１は、風車翼１の先端付近の腹側１ａ若しくは背側１ｂ、その両方に埋め込まれた１つ若しくは複数のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂが、その風車翼１の内部の引下げ導線（ダウンコンダクタ）１２と接続されている。レセプタには、本実施例のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂの他に後述するチップレセプタ９Ｃ、９Ｄ等がある。

また、本実施例では、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂの左右上下に（ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂを四方から囲むように）、雷を落としやすくするダイバーター装置１１を風車翼１に貼りつけており、このダイバーター装置１１を貼り付けることで、雷撃の捕捉率を向上させることができる。

また、本実施例では、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂへの捕捉率を向上させるために、風車翼１の途中に中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂが埋め込まれている。この中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂに、風車翼１の先端部に設置されたディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと同様にダイバーター装置１１を貼りつけることで、中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂへの捕捉率を向上させることができる。

一般に、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘの発電中の風車翼１のピッチ角は、ファイン方向に開いているため、風車翼１の腹側１ａに埋め込まれたディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂは、風を受ける方向に位置している。一方、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘの停止中は、風車翼１のピッチ角をフェザー方向に閉じているため、腹側１ａのディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂは、風を受ける方向と約９０°傾いた方向に位置している。

従って、どのような条件であっても、風車翼１の先端部にディスクレセプタ９Ａ、９Ｂが埋め込まれていない限り、風車翼１の真上にディスクレセプタ９Ａ、９Ｂが位置することは無い。

しかしながら、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘを停止させ、風車翼１を傾かせることで、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂを上に向かせ、雷を捕捉しやすい角度（アジマス角θ_１を１−１１９度）に制御することが可能となる。

これは、本実施例では、風車翼１が３本であることから風車翼１は１２０度間隔で配置されており、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂによる雷撃の捕捉率を高めるためには、アジマス角θ_１を１−１１９度の範囲となるように、アジマス角θ_１の０度と１２０度を避けて風車翼１を傾ければ良いことになる。

更に、本実施例では、風車翼１への着雷は、引下げ導線（ダウンコンダクタ）１２若しくはダウンコンダクタ１２から延長されている接地線（図示せず）に流れる雷電流を基に落雷検知することが可能となる。即ち、引下げ導線（ダウンコンダクタ）１２若しくはダウンコンダクタ１２から延長されている接地線に変流器（ＣＴ）などの雷電流を検知する雷計測装置１３を取り付けることで、各風車翼１への落雷を検知することができる。

また、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘに落雷した雷電流は大地へ流れるため、タワー４の下部に雷電流を検知する雷計測装置５を設置することで、同様に風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘへの落雷を検知することが可能となる。

更に、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘが落雷を検知したのちに、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘを停止させ、雷を捕捉しやすい角度であるアジマス角θ_１を１−１１９度に風車制御装置６Ａ、６Ｂで制御することで、次回以降の雷撃の捕捉率を向上させることができる。

次に、本発明の風力発電設備の実施例１における気象データによる風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘの停止フローの概略を、図６を用いて説明する。

図６に示すように、気象提供会社１５等による気象データを基に落雷の可能性があると判断した場合（Ｓ１）は、遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）１４より、風車サイト（風力発電所）内の１基若しくは複数基へ停止指令を与え（Ｓ２）、雷を捕捉しやすい角度であるアジマス角θ_１を１−１１９度に制御する（Ｓ３）ことで、雷撃のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂへの捕捉率を向上させることができる。

ところで、風力発電設備の風速計は、ナセル３の上部に設置されていることが多く、特に、アップウインド型の風力発電設備は、風速計が検出した数値と風車翼１が受けている風速値は異なる。そのため、風力発電設備の近傍に風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）１８（図１参照）を設置し、風車翼１が受けている風速値を推定することがある。

この風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）１８の上方先端部は、少なくとも風力発電設備のハブ２の高さ以上の高さに位置しており、風力発電設備と同様に落雷を受けやすい環境にあることから、風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）１８に雷検出装置を設置することで、落雷を検知することが可能である。

また、風力発電設備は、風況のよい平地、丘陵地、海岸付近、更には洋上に建設されており、複数の風力発電設備（ウインドファーム）が連なって設置されている場合がある。

それぞれの風力発電設備に上述した雷検出装置５や１３が設置され、それら雷検出装置５、１３が動作した場合、風車制御装置６Ａ、６Ｂを経由して遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）１４に、雷検出装置５、１３からの情報を一括で管理することが可能である。

本発明の風力発電設備の実施例１における風力発電所内若しくは近接風力発電所に設置した雷検知装置による風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘの停止フローの概略を、図７を用いて説明する。

図７に示すように、風力発電所内若しくは近接風力発電所若しくは風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）１８が落雷を検知した場合（Ｓ１２）、遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）１４より風車発電所内の１台若しくは複数台の風力発電装置へ停止指令を与え（Ｓ２）、雷を捕捉しやすい角度であるアジマス角θ_１を１−１１９度に制御することで（Ｓ３）、雷撃のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂへの捕捉率を向上させることができる。

また、通常、風力発電所の事業者、管理者、販売者或いはメンテナンス会社１６は、遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）１４及び現地（フィールド）で風力発電設備の状態を監視している。風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘに異常が発生した場合、風力発電設備の運転を停止させることができる。

本発明の風力発電設備の実施例１における風力発電所の事業者、管理者、販売者或いはメンテナンス会社１６等の外部からの雷雲発見による手動での風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘの停止フローの概略を、図８を用いて説明する。

図８に示すように、風力発電所の事業者、管理者、販売者或いはメンテナンス会社１６が落雷の可能性があると判断した場合（Ｓ１３）、遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）１４より風車発電所内の１基若しくは複数基の風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘへ停止指令を与え（Ｓ２）、雷を捕捉しやすい角度であるアジマス角θ_１を１−１１９度に制御することで（Ｓ３）、雷撃のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂへの捕捉率を向上させることができる。

このような本実施例の構成とすることにより、風車翼１の腹側１ａ若しくは背側１ｂに埋め込まれているディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂを、雷を捕捉しやすい角度であるアジマス角θ_１を１−１１９度に制御、即ち、上方向に傾かせた位置に制御することができるため、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂへの捕捉率を向上でき、風車翼１の損傷を防ぐことが可能な風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘを備えた風力発電設備を得ることができる。

また、後で述する風車翼１が１枚又は２枚の風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘに対して、風車翼１をハブ２、ナセル３よりも低い位置に制御することが可能となり、風車翼１自体への着雷の発生率を低減する風力発電設備とすることができる。

本発明の風力発電設備の実施例２について、図９及び図１０を用いて説明する。

該図に示す本実施例の風力発電設備は、実施例１の図３及び図４と略同様な構成であるが、実施例１と異なるのは、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂに代えてチップレセプタ９Ｃ、９Ｄを用いたものである。

図９及び図１０に示すように、風車翼１は、風車翼１の先端付近の腹側１ａ若しくは背側１ｂ、その両方に埋め込まれた１つ若しくは複数のチップレセプタ９Ｃ、９Ｄが、その風車翼１の内部の引下げ導線（ダウンコンダクタ）１２と接続されている。

また、本実施例では、チップレセプタ９Ｃ、９Ｄの左右上下に（ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂを四方から囲むように）、雷を落としやすくするダイバーター装置１１を風車翼１に貼りつけており、このダイバーター装置１１を貼り付けることで、雷撃の捕捉率を向上させることができる。

また、本実施例では、チップレセプタ９Ｃ、９Ｄへの捕捉率を向上させるために、風車翼１の途中に中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂが埋め込まれている。この中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂに、風車翼１の先端部に設置されたチップレセプタ９Ｃ、９Ｄと同様にダイバーター装置１１を貼りつけることで、中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂへの捕捉率を向上させることができる。

このような本実施例の構成であっても、その効果は実施例１と同様である。

次に、本発明の風力発電設備の実施例３について、図１１を用いて説明する。

該図に示す本実施例の風力発電設備は、実施例１と略同様な構成であるが、実施例１では風車翼１が３本の場合について説明したが、本実施例では風車翼１を１８０度間隔で２本用いた構成としたものである。

図１１に示すように、本実施例の風力発電設備は、１８０度間隔で設置された２本の風車翼１が風を受けることによって、ナセル３に接続されている風車翼１及びハブ２が回転し、その風エネルギーを風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘ内の発電装置７により電気エネルギー、水素エネルギーなどに変換するものである。また、風車翼１、ハブ２及びナセル３は、支持物（タワー）４によって支えられている。なお、符号８は避雷針（若しくは避雷リング）である。

本実施例における風車翼１においても、図３及び図４に示したディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いは図９及び図１０に示したチップレセプタ９Ｃ、９Ｄが、風車翼１の先端付近の腹側１ａ若しくは背側１ｂ、その両方に１つ若しくは複数埋め込まれており、この１つ若しくは複数のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄが、その風車翼１の内部の引下げ導線（ダウンコンダクタ）１２と接続されている。

また、本実施例でも、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄの左右上下に（ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄを四方から囲むように）、雷を落としやすくするダイバーター装置１１を風車翼１に貼りつけており、このダイバーター装置１１を貼り付けることで、雷撃のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄへの捕捉率を向上させることができる。

また、本実施例でも、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄへの捕捉率を向上させるために、風車翼１の途中に中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂが埋め込まれている。この中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂに、風車翼１の先端部のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄと同様にダイバーター装置１１を貼りつけることで、中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂへの捕捉率を向上させることができる。

本実施例のような２本の風車翼１の場合、風車翼１の１本あたりの調整幅が広げることができる。例えば、ある１本の風車翼１のアジマス角θ_２を水平方向である９０度に調整すると、もう片方の風車翼１のアジマス角θ_２は２７０度となる。その場合、ナセル３に設置されている避雷針（若しくは避雷リング）８が風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘの最高部となり、風車翼１への着雷率を低減させることができる。

実施例１と同様に、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘ内に設置した雷計測装置５や１３、風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）１８、遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）１４による外部からの指令による停止により、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘを停止させ、雷を捕捉しやすい角度（アジマス角θ_２を１−１７９度）に制御することで、雷撃のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄへの捕捉率を向上させるか、若しくは風車翼１への着雷率を低減することが可能となる。

これは、本実施例では、風車翼１が２本であることから風車翼１は１８０度間隔で配置されており、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂによる雷撃の捕捉率を高めるためには、アジマス角θ_２を１−１７９度の範囲となるように、アジマス角θ_２の０度と１８０度を避けて風車翼１を傾ければ良いことになる。

このような本実施例の構成により、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、実施例１の風車翼１が３本の場合に比べて、風車翼１が２本の構成では、制御幅を広げることが可能なため、実施例１以上の効果を得ることが可能である。

次に、本発明の風力発電設備の実施例４について、図１２を用いて説明する。

該図に示す本実施例の風力発電設備は、実施例１及び３と略同様な構成であるが、実施例１では風車翼１が３本の場合、実施例３では風車翼１が２本の場合について説明したが、本実施例では風車翼１を１本用いた構成としたものである。

図１２に示すように、本実施例の風力発電設備は、１本の風車翼１が風を受けることによって、ナセル３に接続されている風車翼１及びハブ２が回転し、その風エネルギーを風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘ内の発電装置７により電気エネルギー、水素エネルギーなどに変換するものである。また、風車翼１、ハブ２及びナセル３は、支持物（タワー）４によって支えられている。なお、符号８は避雷針（若しくは避雷リング）である。

本実施例のような１本の風車翼１の場合、風車翼１の１本あたりの調整幅が広げることができる。例えば、ある１本の風車翼１のアジマス角θ_３を真下である１８０度に調整することも可能になる。その場合、ナセル３に設置されている避雷針（若しくは避雷リング）８が風力発電装置の最高部となり、風車翼１への着雷率を低減させることができる。

実施例１及び３と同様に、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘ内に設置した雷計測装置５や１３、風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）１８、遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）１４による外部からの指令による停止により、風力発電装置１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘを停止させ、雷を捕捉しやすい角度（アジマス角θ_３を１−３５９度）に制御することで、雷撃のディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄへの捕捉率を向上させるか、若しくは風車翼１への着雷率を低減することが可能となる。

これは、本実施例では、風車翼１が１本であることから、ディスクレセプタ９Ａ、９Ｂ或いはチップレセプタ９Ｃ、９Ｄと中間レセプタ１０Ａ、１０Ｂによる雷撃の捕捉率を高めるためには、アジマス角θ_３を１−３５９度の範囲となるように、アジマス角θ_２の０度と３６０度を避けて風車翼１を傾ければ良いことになる。

このような本実施例の構成により、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、実施例１の風車翼１が３本の場合、或いは実施例３の風車翼が２本の場合に比べて、風車翼１が１本の構成では、制御幅を広げることが可能なため、実施例１及び３以上の効果を得ることが可能である。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…風車翼、１Ａ、１Ｂ・・・１Ｘ…風力発電装置、１ａ…風車翼の腹側、１ｂ…風車翼の背側、２…ハブ、３…ナセル、４…支持物（タワー）、５、１３…雷計測装置（タワー下部）、６Ａ、６Ｂ…風車制御装置、７…発電装置、８…避雷針（若しくは避雷リング）、９Ａ、９Ｂ…ディスクレセプタ、９Ｃ、９Ｄ…チップレセプタ、１０Ａ、１０Ｂ…中間レセプタ、１１…ダイバーター装置、１２…引下げ導線（ダウンコンダクタ）、１４…遠隔監視装置（ＳＣＡＤＡ）、１４Ａ…サーバ、１４Ｂ…メディアコンバータ、１４Ｃ…ルータ、１５…気象提供会社、１６…事業者、管理者、販売者或いはメンテナンス会社、１７…インターネット回線、１８…風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）、θ_１、θ_２、θ_３…アジマス角。

Claims

少なくとも１本の風車翼を有すると共に、前記風車翼には雷撃を補足する受雷装置（レセプタ）が設置され、前記レセプタで補足した雷撃からの雷電流を基に落雷を検知する雷計測装置が設置されている風力発電装置と、該風力発電装置を制御する制御装置と、外部からの気象データを基に落雷の可能性があると判断した場合或いは前記雷計測装置が動作した場合には、前記風力発電装置へ停止指令を与え、前記風車翼の本数に対応した前記風車翼のアジマス角（風車翼の鉛直方向と成す角度）の制御指令を前記制御装置に与える遠隔監視装置とを備えていることを特徴とする風力発電設備。
請求項１に記載の風力発電設備において、
前記レセプタは、前記風車翼の先端若しくは前記風車翼の先端と前記風車翼の途中に設置されていることを特徴とする風力発電設備。
請求項１又は２に記載の風力発電設備において、
前記風車翼は３本から成り、かつ、前記アジマス角は１〜１１９度の範囲であることを特徴とする風力発電設備。
請求項３に記載の風力発電設備において、
前記気象データによる落雷情報に基づいて、前記遠隔監視装置により、３本の前記風車翼のうち、少なくとも１本の前記風車翼のアジマス角を１〜１１９度のいずれかの位置に傾かせ前記風力発電装置を停止させることを特徴とする風力発電設備。
請求項３に記載の風力発電設備において、
風力発電所内或いは近接風力発電所の前記風力発電装置に設置されている前記雷計測装置、若しくは風力発電設備の近傍に設置され、前記風車翼が受けている風速値を推定する風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）に設置されている雷計測装置の動作により、３本の前記風車翼のうち、少なくとも１本の前記風車翼のアジマス角を１〜１１９度のいずれかの位置に傾かせ前記風力発電装置を停止させることを特徴とする風力発電設備。
請求項３に記載の風力発電設備において、
風力発電所の事業者、管理者、販売者或いはメンテナンス会社のいずれかが落雷の可能性があると判断した場合には、前記遠隔監視装置により、３本の前記風車翼のうち、少なくとも１本の前記風車翼のアジマス角を１〜１１９度のいずれかの位置に傾かせ前記風力発電装置を停止させることを特徴とする風力発電設備。
請求項１又は２に記載の風力発電設備において、
前記風車翼は２本から成り、かつ、前記アジマス角は１〜１７９度の範囲であることを特徴とする風力発電設備。
請求項７に記載の風力発電設備において、
前記気象データによる落雷情報に基づいて、前記遠隔監視装置により、２本の前記風車翼のうち、少なくとも１本の前記風車翼のアジマス角を１〜１７９度のいずれかの位置に傾かせ前記風力発電装置を停止させることを特徴とする風力発電設備。
請求項７に記載の風力発電設備において、
風力発電所内或いは近接風力発電所の前記風力発電装置に設置されている前記雷計測装置、若しくは風力発電設部の近傍に設置され、前記風車翼が受けている風速値を推定する風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）に設置されている雷計測装置の動作により、２本の前記風車翼のうち、少なくとも１本の前記風車翼のアジマス角を１〜１７９度のいずれかの位置に傾かせ前記風力発電装置を停止させることを特徴とする風力発電設備。
請求項７に記載の風力発電設備において、
風力発電所の事業者、管理者、販売者或いはメンテナンス会社のいずれかが落雷の可能性があると判断した場合には、前記遠隔監視装置により、２本の前記風車翼のうち、少なくとも１本の前記風車翼のアジマス角を１〜１７９度のいずれかの位置に傾かせ前記風力発電装置を停止させることを特徴とする風力発電設備。
請求項１又は２に記載の風力発電設備において、
前記風車翼は１本から成り、かつ、前記アジマス角は１〜３５９度の範囲であることを特徴とする風力発電設備。
請求項１１に記載の風力発電設備において、
前記気象データによる落雷情報に基づいて、前記遠隔監視装置により、１本の前記風車翼のアジマス角を１〜３５９度のいずれかの位置に傾かせ前記風力発電装置を停止させることを特徴とする風力発電設備。
請求項１１に記載の風力発電設備において、
風力発電所内或いは近接風力発電所の前記風力発電装置に設置されている前記雷計測装置、若しくは風力発電設部の近傍に設置され、前記風車翼が受けている風速値を推定する風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）に設置されている雷計測装置の動作により、１本の前記風車翼のアジマス角を１〜３５９度のいずれかの位置に傾かせ前記風力発電装置を停止させることを特徴とする風力発電設備。
請求項１１に記載の風力発電設備において、
風力発電所の事業者、管理者、販売者或いはメンテナンス会社のいずれかが落雷の可能性があると判断した場合には、前記遠隔監視装置により、１本の前記風車翼のアジマス角を１〜３５９度のいずれかの位置に傾かせ前記風力発電装置を停止させることを特徴とする風力発電設備。
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の風力発電設備において、
前記レセプタは、前記風車翼の先端の腹側、背側若しくはその両方に埋め込まれていると共に、前記風車翼の内部に設置された引下げ導線（ダウンコンダクタ）、若しくは前記ダウンコンダクタから延長されている接地線に接続され、前記ダウンコンダクタ若しくは前記接地線を介して前記雷計測装置に接続されていることを特徴とする風力発電設備。
少なくとも１本の風車翼を有すると共に、前記風車翼には雷撃を補足する受雷装置（レセプタ）が設置され、前記レセプタで補足した雷撃からの雷電流を基に落雷を検知する雷計測装置が設置されている風力発電装置と、該風力発電装置を制御する制御装置と、外部からの気象データを基に落雷の可能性があると判断した場合或いは前記雷計測装置が動作した場合には、前記風力発電装置へ停止指令を与え、前記風車翼の数に対応した前記風車翼のアジマス角（風車翼の鉛直方向と成す角度）の制御指令を前記制御装置に与える遠隔監視装置とを備えている風力発電設備を制御する際に、
前記遠隔監視装置は、気象データによる落雷情報、風力発電所内或いは近接風力発電所の前記風力発電装置に設置されている前記雷計測装置若しくは風力発電設備の近傍に設置され、前記風車翼が受けている風速値を推定する風向、風速観測タワー（ＭＥＴ）に設置されている雷計測装置の動作、或いは風力発電所の事業者、管理者、メンテナンス会社或いは販売者のいずれかが落雷の可能性があると判断したことに基づいて前記風力発電装置へ停止指令を与え、前記風車翼の本数に対応した前記風車翼のアジマス角の制御指令を前記制御装置に与えて前記アジマス角を制御することを特徴とする風力発電設備の制御方法。
請求項１６に記載の風力発電設備の制御方法において、
前記風車翼が３本の場合は前記アジマス角を１〜１１９度の範囲、前記風車翼が２本の場合は前記アジマス角を１〜１７９度の範囲、前記風車翼が１本の場合は前記アジマス角を１〜３５９度の範囲に制御することを特徴とする風力発電設備の制御方法。