JP5191425B2

JP5191425B2 - 風車用騒音低減システム

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Publication number: JP5191425B2
Application number: JP2009061872A
Authority: JP
Inventors: 立美中島; 和憲鈴木; 豊広松尾; 淳羽場崎
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Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-03-13
Also published as: JP2010216309A

Description

本発明は、風車用騒音低減システムに係り、特に、能動制御により風車からの騒音を低減する風車用騒音低減システムに関する。

近年、世界的に温暖化対策の必要性が叫ばれている中で、我が国は京都議定書の削減目標の達成が危ぶまれ、温室効果ガスの削減対策は、喫緊の課題である。特に事務所ビルや商業施設等の民生業務部門から排出されるＣＯ２は増加しており、削減に向けた対策を早急に強化する必要がある。その対策の一つとして、大型の風力発電装置の設置が急速に増えており、今後も多数の設置が予定されている。

このような状況の中で、大型風車から発生する低周波音や２０Ｈｚ以下の超低周波音が健康や精神的な被害の原因とされ、問題視されている。

そこで、翼の形状を工夫したり、翼を傾けることで支柱と翼との間で発生する渦の発生を少なくしたり、発電機のギアをなくしたりするなど、多くの開発が行われている。例えば、風の力を受けて回転するブレードの騒音を測定し、測定された騒音の値によりブレードのピッチ角を制御する風車装置が知られている（特許文献１）。

特開２００４−２９３５２７号公報

しかしながら、上記の翼を傾ける技術では、翼を傾けることにより、発電効率を低下させてしまう、という問題がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、風力による発電効率を低下させずに、風車からの騒音を低減することができる風車用騒音低減システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る風車用騒音低減システムは、風の力を受けて回転する複数の翼と、前記翼が取り付けられたナセルと、前記翼及び前記ナセルを支持し、かつ、鉛直方向に伸びる柱状のタワーとを備え、前記風の向きに応じて前記翼の回転軸方向を変化させる風車の、前記翼より外側に配置され、前記風車と反対側に制御音を放音するスピーカと、前記翼より外側であって前記スピーカに対応して該スピーカより前記風車側の位置に配置され、かつ、前記風車からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するマイクロホンと、前記風車の翼の回転軸方向に応じて、前記音響信号から、前記スピーカに対して前記風車と反対側における前記騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、前記生成手段で生成された低減信号を前記スピーカに入力する入力手段とを含んで構成されている。

本発明によれば、風車の翼より外側であってスピーカに対応してスピーカより風車側の位置に配置されたマイクロホンによって、風車からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力する。生成手段によって、風車の翼の回転軸方向に応じて、音響信号から、スピーカに対して風車と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成する。

そして、入力手段によって、生成手段で生成された低減信号をスピーカに入力し、風車の翼より外側に配置されたスピーカによって、風車と反対側に制御音を放音する。

このように、風車の翼の回転軸方向に応じて、騒音を低減するための低減信号を生成して、制御音をスピーカから放音させることにより、能動制御により騒音を低減することができるため、風力による発電効率を低下させずに、風車からの騒音を低減することができる。

本発明のスピーカは、翼より外側に複数配置され、マイクロホンは、翼より外側に複数のスピーカに対応して複数配置され、生成手段は、風車の翼の回転軸方向に応じて、複数のマイクロホンの各々からの音響信号から、対応するスピーカに対して風車と反対側における騒音を低減するための低減信号を各々生成し、入力手段は、生成手段で生成された低減信号の各々を、対応するスピーカに各々入力することができる。これによって、風車から放射される騒音を広い範囲で低減することができる。

上記の風車用騒音低減システムは、翼の回転軸方向を検出する方向検出手段を更に含むことができる。

上記の生成手段は、風車の翼の回転軸方向の各々に対して予め求められた低減信号の生成方法に基づいて、風車の翼の回転軸方向に応じて、音響信号から、スピーカに対して風車と反対側における騒音を低減するための低減信号を生成することができる。これによって、風車の翼の回転軸方向に応じて低減信号を生成して、風車の翼の回転軸方向が変化しても、騒音を低減することができる。

上記の生成手段は、風車の翼の回転軸方向の各々に対して予め求められたフィルタ係数に基づいて、風車の翼の回転軸方向に対するフィルタ係数が設定された逆フィルタを用いて、音響信号に対してフィルタリング処理を行うことにより、低減信号を生成することができる。これによって、風車の翼の回転軸方向に応じて低減信号を生成して、風車の翼の回転軸方向が変化しても、騒音を低減することができる。

上記の風車は、翼によって駆動され、発電を行う発電機を更に備えることができる。これによって、風力による発電効率を低下させずに、発電することができる。

以上説明したように、本発明の風車用騒音低減システムによれば、風車の翼の回転軸方向に応じて、騒音を低減するための低減信号を生成して、制御音をスピーカから放音させることにより、能動制御により騒音を低減することができるため、風力による発電効率を低下させずに、風車からの騒音を低減することができる、という効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係る風力発電システムの構成を示す概略図である。本発明の第１の実施の形態に係る風力発電システムの騒音低減装置の構成を示すブロック図である。風車からの騒音の分析結果を示すグラフである。風車の翼とタワーとの間に騒音源が位置する様子を示すイメージ図である。本発明の第２の実施の形態に係る風力発電システムのセンサマイク及びスピーカを設置した様子を示すイメージ図である。本発明の第２の実施の形態に係る風力発電システムの騒音低減装置の構成を示すブロック図である。制御回路及びフィルタ演算回路の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。風力により発電を行う風力発電システムに本発明を適用した場合を例に説明する。

図１に示すように、第１の実施の形態に係る風力発電システム１０は、風力発電を行う風車１２と、風車１２の翼より外側のスピーカ１６の近傍に設けられ、かつ、風車１２からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するセンサマイク１４と、風車１２の外側に設けられ、かつ、制御点（騒音低減エリア）に向けて放音するスピーカ１６と、制御点に設けられ、かつ、フィードバックするための制御点マイク１８と、センサマイク１４及び制御点マイク１８からの入力に基づいて、騒音を低減するようにスピーカ１６から制御音を放音させる騒音低減装置２０とを備えている。

風車１２は、風の力を受けて回転する複数の翼２２と、翼２２が取り付けられたナセル２４と、翼２２及びナセル２４を支持し、かつ、鉛直方向に伸びる柱状のタワー２６と、翼２２によって駆動され、発電を行う発電機（図示省略）と、風の向きや風速に応じて翼２２の回転軸方向（風車方向）を変化させる方向変更機構（図示省略）とを備えている。翼２２は例えば３枚であり、また、発電機は、ナセル２４の内部に設けられている。方向変更機構は、常に風向や風速を感知しながら、最適な発電効率となるように、ナセル２４の長さ方向を変更して、翼２２の回転軸方向を変化させる。

センサマイク１４は、風車１２の翼２２より外側であって、スピーカ１６の位置に対応してスピーカ１６より風車側の位置に設けられ、例えば、スピーカ１６と風車１２との間に設けられている。また、センサマイク１４は、ポールなどの上部に設置され、所定の高さとなる位置に設置されている。なお、翼２２より外側とは、風車方向に応じて変化する翼２２の軌跡より外側（タワー２６と反対側）であることを示す。

スピーカ１６は、風車１２の翼２２より外側であって、風車１２と制御点との間に配置されている。スピーカ１６は、騒音低減装置２０によって低減対象となる騒音の周波数帯域の最大周波数（例えば１００Ｈｚ）以下の周波数帯域の制御音を、制御点に向けて放音するように制御される。

図２に示すように、騒音低減装置２０は、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器６２と、Ｄ／Ａ変換器６２から出力された信号を増幅してスピーカ１６に入力するパワーアンプ４２と、センサマイク１４からの音響信号を増幅するマイクアンプ４４と、マイクアンプ４４から出力される信号に対して、逆フィルタリングをかけて低減信号を生成してＤ／Ａ変換器６２に出力する生成手段としての逆フィルタＤＳＰ４６と、制御点マイク１８からの音響信号を増幅するマイクアンプ４８と、風車１２に設けられた、風車方向（翼２２の回転軸方向あるいはナセル２４の長さ方向）を検出するための風車方向検出部５０からの出力に基づいて、逆フィルタＤＳＰ４６の逆フィルタを切り替える逆フィルタ切替部５２と、マイクアンプ４４、４８からの音響信号に基づいて風車方向毎の逆フィルタのフィルタ係数を演算して逆フィルタＤＳＰ４６に設定する逆フィルタ演算部５４と、を備えている。陽解法制御の場合、制御点マイク１８は、逆フィルタを演算するためにインパルス応答を計測する時に必要となるが、制御時は不要であることを明記しておく。また、騒音低減装置２０から逆フィルタ演算部５４及びマイクアンプ４８が取り外し可能な構成となっている場合には、制御時には、逆フィルタ演算部５４及びマイクアンプ４８は不要である。ここでいう陽解法とは、騒音源から制御点マイク１８へ直接到達する経路のインパルス応答と、騒音源からの騒音がセンサマイク１４で集音され、騒音低減装置２０を介してスピーカ１６から放音されて制御点マイク１８へ到達する経路のインパルス応答とを事前に計測し、数値計算によりフィルタ係数を演算する方法である。

風車方向検出部５０は、風車１２の制御回路（図示省略）から風車方向を検出している。なお、パワーアンプ４２が、本発明の入力手段の一例である。

逆フィルタＤＳＰ４６は、マイクアンプ４４から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５６と、風車方向毎のフィルタ係数が設定された時不変の逆フィルタ５８と、低減対象の所定の周波数帯域（例えば、１００Ｈｚ以下）の信号を通過させるようにフィルタリングを行うバンドパスフィルタ６０とを備えている。逆フィルタ５８のフィルタ係数は、風車方向毎に、逆フィルタ演算部５４によって例えば陽解法によって算出される。逆フィルタ５８は、Ａ／Ｄ変換器５６から出力された信号に対して、検出された風車方向に対応するフィルタ係数が設定された逆フィルタを用いたフィルタリング処理を行うことにより、スピーカ１６より外側において同振幅かつ逆相となる信号が出力される。なお、Ａ／Ｄ変換器５６の前段と、Ｄ／Ａ変換器６２の後段とには、アンチエイリアス用のローパスフィルタ（図示省略）が設けられている。

逆フィルタ演算部５４は、３６０°の風車方向を例えば８分割した８方向毎にフィルタ係数を算出して、逆フィルタ５８内のメモリ（図示省略）に記憶させる。

逆フィルタ切替部５２は、風車方向検出部５０によって検出された風車方向を含む上記８方向の何れかに対応するフィルタ係数を用いるように、逆フィルタ５８に設定されるフィルタ係数を切り替える。

ここで、低減対象の風車からの騒音について説明する。

風車からの発生騒音は以下の表１に示すように主に４つ存在する。

ただし、Ｆは周波数（Ｈｚ）であり、ｍ＝１,２,３・・・である。また、ｎは翼回転数（ｒｐｍ）であり、Ｚは翼の枚数である。

第１に、発電機を高速に回すためにローターと発電機との間にギアが使われる場合には、ナセル内の発電機から機械音が発生する。これに対し、風車のナセルにおいて、ギアを使わないことにより、発生音は聴感上ほとんど気にならないレベルになる。

第２に、大型風車の翼の先端は、相対速度が２００ｋｍ／ｈ以上にもなることから、翼の風切音として、主に高音域で「シュー」という音が発生する。これに対し、翼の形状を工夫することによってかなり静かになる。また、高音域の音は、風車の近傍では気になるが、風車から数１００ｍ離れると空気吸収減衰により減衰するので、聴感上は気にならないレベルになる。

第３に、翼がタワーを横切るタイミングで、空力干渉騒音が発生する。翼とタワーとの間がこの騒音の騒音源であると考えられる。アップウインドウ型では、ダウンウインドウ型よりも発生騒音が小さいことから、最近では、アップウインドウ型の風車が主流になりつつある。ただし、アップウインドウ型でもこの騒音が全く発生しないというわけではなく、低音域の音が発生している。この低音域の音は、空気吸収減衰しにくく、遠距離においてもあまり音が低減しないため、騒音問題になりやすい。

第４に、翼の回転により空気に衝撃を与えることによって、超低周波音が発生する。大型風車の場合の基本周波数は１Ｈｚ以下になり、その倍音成分も発生する。ただし、聴感的には聞こえないとされる２０Ｈｚ以下の超低周数波音であるため、騒音問題になりにくい。

以上のことから、聴感上問題となりやすく、対策が困難な騒音は、翼がタワーを横切る時に発生する空力干渉騒音であり、本発明では、この騒音を低減対象とする。

また、大型風車からの発生騒音の特徴について説明する。直径約７０ｍの翼を持つ２０００ＫＷ級の大型風車から発生する騒音を、水平距離で約３０ｍ離れた地面上の場所において低周波騒音計で録音した。録音結果を分析し、ＡＰ（オールパス）、及び中心周波数２０〜４０Ｈｚの１／３オクターブバンド中心周波数のみを取り出すと、図３に示す分析結果が得られた。

上記図３の波形から、特に、２５、３１．５、４０Ｈｚ付近のレベルが、約１秒毎に変動していることが分かる。例えば、２５Ｈｚ帯域では、１秒毎に６５ｄＢ前後のほぼ同じようなレベルが繰り返されている。このときの風車は、ほぼ定常運転状態で回転数はほぼ一定であり、１回転に３秒かかっている。翼が支柱を交差する時間間隔は約１秒となり、レベル波形の時間変動の周期と一致していることが分かる。

次に、風車１２からの騒音の騒音源の位置について説明する。低減対象の騒音の騒音源は、図４に示すように、翼２２とタワー２６との間に位置する。風向きが一定で変わらない場合には、騒音の騒音源の位置は固定されるが、風車１２の方向変更機構は、風向や風速を感知しながら、常に最適な発電効率となるようにナセル２４の向きを変えることから、風車方向の変化に応じて、低減対象の騒音源の位置が時間とともに変動する。

そこで、逆フィルタ演算部５４は、風車方向毎に、逆フィルタ５８のフィルタ係数ｗ（ｔ）を、例えば陽解法によって、以下のように算出する。

まず、センサマイク１４に入る騒音源からの騒音ｘ（ｔ）と、騒音源から制御点に到達し制御点マイク１８により集音された騒音ｙｓ（ｔ）との相互相関関数ｈｓ（ｔ）を測定する。また、センサマイク１４に入る騒音源からの騒音ｘ（ｔ）と、逆フィルタのフィルタ係数をｗ（ｔ）＝δ（ｔ）としてスピーカ１６から放音される制御音ｙｃ（ｔ）との間の相互相関関数ｈｃ（ｔ）を測定する（相互相関法によるインパルスｈ（ｔ）の測定）。

そして、ｈｓ（ｔ）、ｈｃ（ｔ）の伝達関数をＨｓ（ω）、Ｈｃ（ω）として、逆フィルタのフィルタ係数ｗ（ｔ）を、以下の（１）式によって算出する。

ここで、Ｆ^−１は逆フーリエ変換を示す。

次に、第１の実施の形態に係る風力発電システム１０の動作について説明する。まず、制御点に制御点マイク１８が設置され、風車方向が８方向の各々であるときに、逆フィルタ演算部５４によって、センサマイク１４からの音響信号と、制御点マイク１８からの音響信号とに基づいて、陽解法に従って、風車方向の各々に対する逆フィルタのフィルタ係数を演算し、逆フィルタ５８のメモリに記憶させる。

各風車方向に対する逆フィルタのフィルタ係数が記憶されると、風車方向検出部５０によって風車１２の風車方向を検出し、騒音低減装置２０の逆フィルタ切替部５２によって、逆フィルタＤＳＰ４６に対して、検出された風車方向に対応する逆フィルタのフィルタ係数を設定するように切り替える。

そして、風車１２の翼２２とタワー２６との間の騒音源から放射された騒音は、センサマイク１４で集音され、マイクアンプ４４で音響信号が増幅されて、逆フィルタＤＳＰ４６に入力される。そして、逆フィルタＤＳＰ４６の逆フィルタ５８は、Ａ／Ｄ変換器５６から入力されたデジタル信号と、設定されたフィルタ係数とを用いて、デジタルフィルタリング処理を行う。

このとき、逆フィルタ５８を通すことで、信号の波形が整形されると共に時間移動され、入力信号を逆相にした低減信号が生成されるため、低減信号に基づいてスピーカ１６から放音された制御音により、減音効果を得ることができる。

逆フィルタ５８でフィルタリング処理された低減信号は、バンドパスフィルタ６０に入力され、所定の周波数帯域（例えば１００Ｈｚ以下）の信号のみが通過し、通過した信号は、Ｄ／Ａ変換器６２に入力され、Ｄ／Ａ変換されて、パワーアンプ４２を介して、スピーカ１６に出力される。そして、フィルタリング処理された信号に対応する音波、即ち、騒音の逆相波であり、かつ、所定の周波数帯域の音波が、制御音としてスピーカ１６から制御点に向けて放音される。従って、制御点において、風車１２の騒音源からの騒音が、スピーカ１６からの制御音により打ち消される。

風向きが変わり、風車方向（翼２２の回転軸方向）が変化すると、風車方向検出部５０によって変化後の風車方向が検出され、逆フィルタ切替部５２によって、逆フィルタＤＳＰ４６に対して、検出された変化後の風車方向に対応する逆フィルタのフィルタ係数を設定するように切り替える。そして、上述したように、スピーカ１６から制御音が放音され、制御点において、風車１２の騒音源からの騒音が、スピーカ１６からの制御音により打ち消される。

以上説明したように、第１の実施の形態に係る風力発電システムによれば、風車方向に応じたフィルタ係数を用いてフィルタリング処理を行って、騒音を低減するための低減信号を生成して、制御音をスピーカから放音させることにより、低周波音の低減に効果的なアクティブ騒音低減技術を用いて騒音を低減することができるため、風力による発電効率を低下させずに、風車からの騒音を低減することができる。

また、風車からの騒音源の位置の変化に対応して騒音を低減できるため、従来の能動制御で風車からの騒音を低減する場合に比べて、スピーカを風車のタワーから比較的近くに設置することができる。これにより、スピーカの個数が少なくて済むため、システムの規模及びコストを抑えることができる。

また、風車の翼を傾けるなどの従来の騒音低減手法と比較すると、発電効率を下げずに風車からの騒音を低減することができる。

また、風車方向に応じて逆フィルタのフィルタ係数を切り替えれば、風車方向の変化に対応することができるため、簡易な処理で、風車からの騒音を低減することができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態では、センサマイクが複数設けられている点と、スピーカが複数設けられている点と、風車を中心に全方位の騒音を低減している点とが、第１の実施の形態と主に異なっている。

第２の実施の形態に係る風力発電システムでは、図５に示すように、風車１２の翼２２より外側に、風車１２を囲むようにして複数のスピーカ２１６が配置されている。また、風車１２の翼２２より外側に、複数のスピーカ２１６の各々に対応して、スピーカ２１６より風車１２側に複数のセンサマイク２１４が設けられている。例えば、複数のスピーカ２１６と風車１２との間の各々に、複数のセンサマイク２１４が配置されている。

複数のスピーカ２１６の各々は、たとえば等間隔で設置され、設置間隔ｄは、以下の式で示されるように低減対象となる騒音の周波数帯域の最大周波数ｆの音の波長λの１／２以下とする。
ｄ≦λ／２

例えば、ｆ＝１００Ｈｚの場合、λ／２＝１．７ｍであるため、１．７ｍ間隔で複数のスピーカ２１６を設置すればよい。また、風車１２を中心として半径ａとなる円状に複数のスピーカ２１６を設置する場合には、以下の式で示されるｎ個以上配置すればよい。
ｎ＝２πａ／（λ／２）

複数のスピーカ２１６の各々に対して、当該スピーカ２１６から風車１２と反対側であって、かつ、放音方向に、制御点を決定し、その制御点の各々に制御点マイク１８が設置される。

騒音低減装置２２０は、各センサマイク２１４からの入力に基づいて、騒音を低減するように各スピーカ２１６から放音させる複数の制御回路２５０を備え、一対のセンサマイク２１４及びスピーカ２１６が、騒音低減装置２２０の何れかの制御回路２５０に接続されている。

図６に示すように、騒音低減装置２２０は、センサマイク２１４及びスピーカ２１６の各ペアに接続された複数の制御回路２５０と、風車方向検出部５０からの出力に基づいて、各制御回路２５０の逆フィルタのフィルタ係数を切り替える逆フィルタ切替部２５２とを備えている。

図７に示すように、各制御回路２５０は、Ｄ／Ａ変換器６２と、パワーアンプ４２と、マイクアンプ４４と、逆フィルタＤＳＰ４６とを備えている。複数の制御回路２５０の逆フィルタＤＳＰ４６が、生成手段の一例であり、複数の制御回路２５０のパワーアンプ４２が、入力手段の一例である。

逆フィルタＤＳＰ４６の逆フィルタ５８は、逆フィルタ切替部２５２によって、設定される逆フィルタのフィルタ係数が切り替えられる。

各制御回路２５０には、逆フィルタ５８のフィルタ係数を演算するためのフィルタ演算回路２５６が接続される。フィルタ演算回路２５６は、マイクアンプ４８と、逆フィルタ演算部５４とを備えている。マイクアンプ４８は、制御点マイク１８に接続され、逆フィルタ演算部５４は、制御回路２５０のマイクアンプ４４及び逆フィルタ５８と、マイクアンプ４８とに接続される。逆フィルタ演算部５４は、接続された制御回路２５０のマイクアンプ４４からの音響信号と、設置された制御点マイク１８及びマイクアンプ４８からの音響信号とに基づいて、風車方向毎の逆フィルタのフィルタ係数を演算して、接続された制御回路２５０の逆フィルタ５８のメモリに記憶させる。

陽解法制御の場合、制御点マイク１８及びフィルタ演算回路２５６は、制御回路２５０に対して逆フィルタを演算するためにインパルス応答を計測する時に必要となるが、制御時は不要であることを明記しておく。また、他の制御回路２５０について逆フィルタを演算する時にも、制御点マイク１８及びフィルタ演算回路２５６は不要である。

次に、第２の実施の形態に係る風力発電システムの動作について説明する。まず、計測対象の制御点に制御点マイク１８が設置されると共に、計測対象の制御点に対応するスピーカ２１６に接続されている制御回路２５０に、フィルタ演算回路２５６が接続される。そして、風車方向が８方向の各々であるときに、逆フィルタ演算部５４によって、計測対象の制御回路２５０に対して、センサマイク２１４のマイクアンプ４４からの音響信号と、制御点マイク１８のマイクアンプ４８からの音響信号とに基づいて、陽解法に従って、風車方向の各々に対する逆フィルタのフィルタ係数を演算し、計測対象の制御回路２５０の逆フィルタ５８のメモリに記憶させる。同様に、他の制御回路２５０の各々についても、順次、フィルタ演算回路２５６を接続して、風車方向の各々に対する逆フィルタのフィルタ係数を演算して、逆フィルタ５８のメモリに記憶させる。

これによって、複数の制御回路２５０の逆フィルタ５８の各々に、風車方向の各々に対する逆フィルタのフィルタ係数が各々記憶される。

各風車方向に対する逆フィルタのフィルタ係数が、各制御回路２５０の逆フィルタ５８に記憶されると、風車方向検出部５０によって風車１２の風車方向を検出し、騒音低減装置２２０の逆フィルタ切替部２５２によって、各制御回路２５０の逆フィルタＤＳＰ４６の各逆フィルタ５８に対して、検出された風車方向に対応する逆フィルタのフィルタ係数を設定するように切り替える。

そして、各制御回路２５０が以下のように動作する。まず、センサマイク２１４からの音響信号をマイクアンプ４４により増幅した信号を、逆フィルタＤＳＰ４６に出力する。そして、逆フィルタＤＳＰ４６の逆フィルタ５８は、Ａ／Ｄ変換器５６から入力されたデジタル信号と、設定されたフィルタ係数とを用いて、デジタルフィルタリング処理を行う。逆フィルタ５８でフィルタリング処理された低減信号は、バンドパスフィルタ６０に各々入力され、所定の周波数帯域の信号のみが通過し、通過した信号は、Ｄ／Ａ変換器６２に各々入力され、Ｄ／Ａ変換されて、パワーアンプ４２を介して、スピーカ２１６に出力される。

上記のように、各制御回路２５０が動作することにより、フィルタリング処理された信号に対応する音波、即ち、騒音の逆相波であり、かつ、所定の周波数帯域の音波が、制御音として複数のスピーカ２１６から、対応する制御点に向けて各々放音される。従って、広い範囲において、風車１２の騒音源からの騒音が、複数のスピーカ２１６からの制御音により打ち消される。

また、風向きが変わり、風車方向（翼２２の回転軸方向）が変化すると、風車方向検出部５０によって風車方向が検出され、逆フィルタ切替部２５２によって、各制御回路２５０の逆フィルタＤＳＰ４６の逆フィルタ５８に対して、検出された風車方向に対応する逆フィルタのフィルタ係数を各々設定するように切り替える。そして、上述したように、スピーカ２１６の各々から制御音が放音され、広い範囲において、風車１２の騒音源からの騒音が、複数のスピーカ２１６からの制御音により打ち消される。

以上説明したように、第２の実施の形態に係る風力発電システムによれば、風車方向に対応する逆フィルタのフィルタ係数を用いて騒音を低減するための低減信号を各々生成して、制御音を複数のスピーカから放音させることにより、能動制御により騒音を低減することができるため、風力による発電効率を低下させずに、風車からの騒音を広い範囲で低減することができる。

なお、上記の実施の形態では、風車を中心に全方位に対して、騒音を低減する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、複数のエリアを含む一部の方位に対して、騒音を低減するように構成してもよい。この場合には、複数のエリアの各々に対して、スピーカを設置し、各スピーカに対する低減信号を、それぞれの制御回路において、逆フィルタを用いたフィルタリング処理により生成すればよい。

また、上記の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、陽解法に代表される固定逆フィルタ法を用いて、逆フィルタのフィルタ係数を予め算出して、逆フィルタＤＳＰに記憶しておく場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳ法に代表される適応フィルタ法を用いて、逆フィルタのフィルタ係数をリアルタイムに算出するようにしてもよい。この場合には、制御点に対して制御点マイクを常時設定しておき、制御点マイクからの音響信号を用いて、リアルタイムに、風車方向に対応する逆フィルタのフィルタ係数を算出して、逆フィルタＤＳＰに設定するようにすればよい。上記の第２の実施の形態においては、複数のフィルタ演算回路及び複数の制御点マイクを、複数の制御回路に対して設ければよい。

１０風力発電システム
１２風車
１４、２１４センサマイク
１６、２１６スピーカ
１８制御点マイク
２０、２２０騒音低減装置
２２翼
２４ナセル
２６タワー
４２パワーアンプ
４６逆フィルタＤＳＰ
５０風車方向検出部
５２、２５２逆フィルタ切替部
５４逆フィルタ演算部
５８逆フィルタ
２５０制御回路
２５２逆フィルタ切替部
２５６フィルタ演算回路

Claims

風の力を受けて回転する複数の翼と、前記翼が取り付けられたナセルと、前記翼及び前記ナセルを支持し、かつ、鉛直方向に伸びる柱状のタワーとを備え、前記風の向きに応じて前記翼の回転軸方向を変化させる風車の、前記翼より外側に配置され、前記風車と反対側に制御音を放音するスピーカと、
前記翼より外側であって前記スピーカに対応して該スピーカより前記風車側の位置に配置され、かつ、前記風車からの騒音を集音し、集音した騒音に対応する音響信号を出力するマイクロホンと、
前記風車の翼の回転軸方向に応じて、前記音響信号から、前記スピーカに対して前記風車と反対側における前記騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、
前記生成手段で生成された低減信号を前記スピーカに入力する入力手段と、
を含む風車用騒音低減システム。
前記スピーカは、前記翼より外側に複数配置され、
前記マイクロホンは、前記翼より外側に前記複数のスピーカに対応して複数配置され、
前記生成手段は、前記風車の翼の回転軸方向に応じて、前記複数のマイクロホンの各々からの音響信号から、対応するスピーカに対して前記風車と反対側における前記騒音を低減するための低減信号を各々生成し、
前記入力手段は、前記生成手段で生成された低減信号の各々を、対応するスピーカに各々入力する請求項１記載の風車用騒音低減システム。
前記翼の回転軸方向を検出する方向検出手段を更に含む請求項１又は２記載の風車用騒音低減システム。
前記生成手段は、前記風車の翼の回転軸方向の各々に対して予め求められた前記低減信号の生成方法に基づいて、前記風車の翼の回転軸方向に応じて、前記音響信号から、前記スピーカに対して前記風車と反対側における前記騒音を低減するための低減信号を生成する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の風車騒音低減システム。
前記生成手段は、前記風車の翼の回転軸方向の各々に対して予め求められたフィルタ係数に基づいて、前記風車の翼の回転軸方向に対するフィルタ係数が設定された逆フィルタを用いて、前記音響信号に対してフィルタリング処理を行うことにより、前記低減信号を生成する請求項４記載の風車騒音低減システム。
前記風車は、翼によって駆動され、発電を行う発電機を更に備えた請求項１〜請求項５の何れか１項記載の風車騒音低減システム。