JPWO2013021488A1 - 再生エネルギー型発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このように、冷却媒体ラインに接続され、発電機を冷却する発電機クーラを設け、オイルクーラで用いられる冷却媒体によって発電機クーラも冷却するようにしたので、再生エネルギー型発電装置が有する複数の熱発生源の冷却を統合的に行うことができ、冷却の効率化が図れる。
このように、オイルラインから引き抜いた作動油の一部を冷却し、潤滑油として用いることにより、潤滑油貯留タンク等の潤滑油供給機構を新たに設ける必要がなくなり、装置の簡素化が図れる。また、摺動部位に供給される潤滑油は、油圧トランスミッションの作動油より高粘度の油が必要とされるが、潤滑油冷却手段で冷却して粘度を上げているため、潤滑油としての機能を十分に果たすことができる。
これにより、オイルライン上を流れる作動油温度を設定温度に精度よく維持することができ、油圧トランスミッションを円滑に運転可能となる。なお、設定温度は、作動油の粘度に基づいて設定してもよい。例えば、設定温度の上限値は、作動油の劣化速度や漏れ量等が抑えられるように設定された粘度下限値に対応した温度とし、設定温度の下限値は、油圧トランスミッション内における作動油の粘性抵抗によるエネルギーロスが抑えられるように設定された粘度上限値に対応した温度とする。なお、油圧トランスミッションにおいては、オイルライン上の位置によって作動油の適正温度が異なるため、設定温度はオイルラインの位置に対応した温度とする。また、設定温度は少なくとも一つ以上有するものとし、設定温度が複数存在する場合は、複数の設定温度がオイルライン上の位置にそれぞれ対応している。
このように、タワー又はナセル内の空気を冷却するタワー/ナセル冷却器を設け、オイルクーラで用いられる冷却媒体によって、タワー/ナセル冷却器も冷却するようにしたので、再生エネルギー型発電装置が有する複数の熱発生源の冷却を統合的に行うことができ、冷却の効率化が図れる。
このように、冷却媒体ラインに、発電機クーラ並びにタワー/ナセル冷却器の少なくとも一方を接続し、オイルクーラで用いられる冷却媒体によって、発電機クーラ並びにタワー/ナセル冷却器の少なくとも一方も冷却するようにしたので、再生エネルギー型発電装置が有する複数の熱発生源の冷却を統合的に行うことができ、冷却の効率化が図れる。また、冷却媒体として不凍液を添加した水を用いることにより、外気温が氷点下になっても、冷却媒体の凍結による冷却システムの故障を防止できる。
このように、冷却媒体として空気を用い、空気を送風手段によりオイルクーラに導く構成とすることで、冷却媒体ラインの構造を簡素化でき、且つメンテナンスを容易に行うことが可能となる。
このように、オイルクーラで用いられる冷却媒体によって、タワー内またはタワー外周に設けられる変圧器室の冷却も行うようにしたので、再生エネルギー型発電装置が有する複数の熱発生源の冷却を統合的に行うことができ、冷却の効率化が図れる。また、冷却媒体として不凍液を添加した水を用いることにより、外気温が氷点下になっても、冷却媒体の凍結による冷却システムの故障を防止できる。
通常、風力発電装置は、風速がある一定以上得られる場所に設置されることが多い。したがって、風力発電装置において、冷却媒体を冷却する雰囲気流体として空気を用いることにより、熱交換器への雰囲気流体の取り込みを容易に行うことが可能となる。
このように、風速が大きい高所のタワー上部またはナセルに熱交換器を配置することで、熱交換器への雰囲気流体の取り込みをより一層促進することが可能となる。
洋上風力発電装置においては、周囲に海水が十分に存在するため、冷却媒体を冷却する雰囲気流体として海水を十分に確保することができる。
これにより、被冷却部位と雰囲気流体源との距離が近くなり、冷媒循環ラインの配管構成を簡素化できる。
このように、タワー内部及びナセル内部の少なくとも一方が外気に対して密閉状態となるように構成することで、外気に含まれる腐食性物質、特に洋上風力発電装置においては塩による内部機器の腐食を防止できる。
このように、タワー内部又はナセル内部空気を空冷でも冷却する空気吸入口及び空気排出口を有することで、発電機や油圧トランスミッション等の熱発生源によるタワー内部又はナセル内部の温度上昇を抑制できる。また、空気吸入口及び空気排出口には、外気に混在する腐食性物質を遮蔽するフィルタを設ける構成としているので、外気に含まれる腐食性物質がタワー内部又はナセル内部に侵入することを防止できる。
このように、タワー内部又はナセル内部温度が所定温度より高い場合には、シャッタを開いて換気モードとし、ファンによってタワー内部又はナセル内部の空気を、空気吸入口及び空気排出口を介して入れ換えることでタワー内部又はナセル内部温度を低下させることができる。一方、タワー内部又はナセル内部温度が所定温度以下の場合には、シャッタを閉じて循環モードとし、ファンによってタワー内部又はナセル内部の空気を内部循環させることで、局所的な高温部位(発電機周囲など)を解消することができる。さらにまた、換気モードと循環モードとからなる2つの用途でファンを使用できる。
図1及び図2を参照して、本発明の第1実施形態に係る風力発電装置について説明する。ここで、図1は、第1実施形態に係る風力発電装置の全体構成を示す図であり、図2は、オイルラインと冷却媒体ラインの構成例を示す図である。
図1に示すように風力発電装置1は、主として、タワー2と、タワー2に支持されるナセル4と、風のエネルギーによって回転するロータ6とを備える。
なお、図1には、風力発電装置1として海面SL上に設置される洋上風力発電装置を例示しているが、風力発電装置1は陸上に設置されていてもよい。
図2に示すように、油圧トランスミッション10は、主軸5に連結された油圧ポンプ12と、発電機20に連結された油圧モータ14と、油圧ポンプ12及び油圧モータ14間に設けられるオイルライン18とを有する。オイルライン18は、油圧ポンプ12の吐出側と油圧モータ14の吸込側とを接続する高圧油ライン16、および、油圧ポンプ12の吸込側と油圧モータ14の吐出側とを接続する低圧油ライン17により構成されている。
ここで、冷却媒体は、冷却媒体ライン30を介してオイルクーラ36に導入される。
冷却媒体ライン30は、風力発電装置1の熱発生源(図2では油圧トランスミッション)の冷却を行うための冷却媒体を循環させる流路であり、閉ループの冷媒回路として構成される。冷却媒体ライン30を循環する冷却媒体には、任意の液体又は気体からなる冷媒を用いることができる。特に、冷却媒体として空気を用いることが好ましい。このとき、冷却媒体ライン30に設けたファン39によって、空気がオイルクーラ36に導かれるようにする。これにより、冷却媒体ライン30の構造を簡素化でき、且つメンテナンスを容易に行うことが可能となる。また、冷却媒体として、不凍液を添加した水を用いることも好ましい。このように、冷却媒体として一般的な気体(空気など)に比べて比熱の大きい水を用いることで、冷却媒体の必要循環量を少なくできる。さらに、不凍液の添加により、外気温が氷点下になっても、冷却媒体(水)の凍結による冷却システムの故障を防止できる。
さらに、バイパスライン19の分岐点Aと合流点Bとの間に位置する低圧油ライン17aには、オイルクーラ36に流入する作動油の流量を調整する流量調整バルブ51が設けられている。
また、流量調整バルブ51は完全に閉とすることもでき、この場合、オイルクーラ36に流入する作動油の流量が0となるため、オイルクーラ36での冷却が行われない状態となる。
他の熱発生源としては、例えば、発電機クーラ37、ナセル冷却器38、タワー冷却器等が挙げられる。この場合、熱交換器35は共通として、冷媒ライン30は各熱発生源に対して直列配管にした構成例を示しているが、各熱発生源の必要温度、流量によっては並列配管とする方が好ましい場合もある。
なお、図1には、発電機クーラ37及びナセル冷却器38を例示したが、熱発生源はこれらに限定されるものではなく、他の熱発生源に対しても上記の冷却機構は適用可能である。
なお、図1には、空気吸入口44及び空気排出口45をナセル4に設けた構成を示したが、タワー2側に設けてもよい。このように、タワー2の内部又はナセル4の内部を空冷する空気吸入口44及び空気排出口45を設けることで、発電機20や油圧トランスミッション10等の熱発生源によるタワー2内部又はナセル4内部の温度上昇を抑制できる。
この場合、図4に示すように、冷却媒体ライン30には、分岐点Cにて冷却媒体ライン30から分岐して、合流点Dにて該冷却媒体ライン30に合流するバイパスライン31が接続されている。このバイパスライン31には、分岐点Cで分岐した冷却媒体が流れ、この冷却媒体は合流点Dで再度、冷却媒体ライン30に合流するようになっている。
さらに、バイパスライン31の分岐点Cと合流点Dとの間に位置する冷却媒体ライン30aには、オイルクーラ36に流入する作動油の流量を調整する流量調整バルブ56が設けられている。
また、流量調整バルブ56は完全に閉とすることもでき、この場合、オイルクーラ36に流入する冷却媒体の流量が0となるため、オイルクーラ36での冷却が行われない状態となる。
このように、流量調整バルブ56によって、オイルクーラ36を流れる冷却媒体流量を調整することで、作動油を適切な温度に保つことが可能となる。さらに、オイルクーラ36を流れる流量に制限を設けておくと一定以上の冷却が不可能になり、過冷却を物理的に防止することも可能となる。
図5に示すように、風力発電装置1は、変圧器室72を冷却する変圧器室冷却器72を備える。変圧器室72は、発電機20で発電した電力を変圧する変圧器73を収納する空間である。変圧器室72内は、変圧器73の放熱によって昇温する。そこで、変圧器室72に変圧器室冷却器72を設けている。この変圧器室冷却器72は、第2の冷却媒体ライン70を流れる冷却媒体と、変圧器室72内の空気とを熱交換する構成となっている。第2の冷却媒体ライン71には、上記変圧器室冷却器72と、熱交換器71とが接続されている。この熱交換器71は、ポンプ77によって汲み上げた海水を供給する海水供給ライン78が接続されており、海水と冷却媒体とを熱交換することにより冷却媒体を冷却する構成となっている。さらに、第2の冷却媒体ライン70には、タワー2内の空気を冷却するタワー冷却器75が接続されていてもよい。
図5及び図6に示した構成のように、変圧器室72内を冷却する構成を備えることで、風力発電装置1の主要な熱発生源を冷却でき、風力発電装置1の円滑な運転が可能となる。また、主に油圧トランスミッションを冷却する冷却媒体ライン18と、主に変圧器室72内を冷却する第2の冷却媒体ライン70または熱交換器81とを、それぞれ独立して設けることにより、それぞれに最適な冷却手段を選択することが可能となる。このように、これらを独立して設けて、冷却媒体の配管を各々で最適な長さとすることで、配管の簡素化を図ることが可能となる。
次に、第2実施形態に係る風力発電装置について説明する。本実施形態の風力発電装置は、変圧器室72内の冷却機構を除けば、既に説明した第1実施形態の風力発電装置1と同様の構成である。したがって、ここでは、第1実施形態と共通する部材には同一の符号を付してその説明を省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
2 タワー
4 ナセル
5 主軸
6 ロータ
6A ブレード
6B ハブ
10 油圧トランスミッション
12 油圧ポンプ
14 油圧モータ
16 高圧油ライン
17、17a 低圧油ライン
18 オイルライン
19 バイパスライン
20 発電機
30 冷却媒体ライン
31 バイパスライン
35 熱交換器
36 オイルクーラ
37 発電機クーラ
38 ナセル冷却器
50、55 コントローラ
51、56 流量調整バルブ
このように、タワー又はナセル内の空気を冷却するタワー/ナセル冷却器を設け、オイルクーラで用いられる冷却媒体によって、タワー/ナセル冷却器も冷却するようにしたので、再生エネルギー型発電装置が有する複数の熱発生源の冷却を統合的に行うことができ、冷却の効率化が図れる。
この場合、図4に示すように、冷却媒体ライン30には、分岐点Cにて冷却媒体ライン30から分岐して、合流点Dにて該冷却媒体ライン30に合流するバイパスライン31が接続されている。このバイパスライン31には、分岐点Cで分岐した冷却媒体が流れ、この冷却媒体は合流点Dで再度、冷却媒体ライン30に合流するようになっている。
さらに、バイパスライン31の分岐点Cと合流点Dとの間に位置する冷却媒体ライン30aには、オイルクーラ36に流入する冷却媒体の流量を調整する流量調整バルブ56が設けられている。
また、流量調整バルブ56は完全に閉とすることもでき、この場合、オイルクーラ36に流入する冷却媒体の流量が0となるため、オイルクーラ36での冷却が行われない状態となる。
このように、流量調整バルブ56によって、オイルクーラ36を流れる冷却媒体流量を調整することで、作動油を適切な温度に保つことが可能となる。さらに、オイルクーラ36を流れる冷却媒体の流量に制限を設けておくと一定以上の冷却が不可能になり、過冷却を物理的に防止することも可能となる。
図5に示すように、風力発電装置1は、変圧器室72を冷却する変圧器室冷却器74を備える。変圧器室72は、発電機20で発電した電力を変圧する変圧器73を収納する空間である。変圧器室72内は、変圧器73の放熱によって昇温する。そこで、変圧器室72に変圧器室冷却器72を設けている。この変圧器室冷却器72は、第2の冷却媒体ライン70を流れる冷却媒体と、変圧器室72内の空気とを熱交換する構成となっている。第2の冷却媒体ライン70には、上記変圧器室冷却器72と、熱交換器71とが接続されている。この熱交換器71は、ポンプ77によって汲み上げた海水を供給する海水供給ライン78が接続されており、海水と冷却媒体とを熱交換することにより冷却媒体を冷却する構成となっている。さらに、第2の冷却媒体ライン70には、タワー2の内部に設けられタワー2内の空気を冷却するタワー冷却器75が接続されていてもよい。
Claims (16)
- 再生エネルギーから電力を生成する再生エネルギー型発電装置であって、
再生エネルギーによって駆動される回転シャフトと、
前記回転シャフトによって駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプから供給される作動油によって駆動される油圧モータと、
前記モータに連結された発電機と、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータに接続され、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの間で前記作動油を循環させるオイルラインと、
前記オイルラインに接続され、前記作動油を冷却媒体と熱交換することにより冷却するオイルクーラと、
前記オイルクーラに前記冷却媒体を供給する冷却媒体ラインと、
前記オイルライン及び前記冷却媒体ラインの少なくとも一方のラインから分岐して該ラインに合流し、前記オイルクーラをバイパスするバイパスラインと、
前記バイパスラインの分岐点と合流点との間に位置する前記少なくとも一方のラインに設けられ、前記オイルクーラに流入する前記作動油及び前記冷却媒体の少なくとも一方の流量を調整する流量調整バルブとを備えることを特徴とする再生エネルギー型発電装置。 - 前記冷却媒体ラインに設けられ、前記再生エネルギー型発電装置の周囲に存在する雰囲気流体によって前記冷却媒体を冷却する熱交換器をさらに備え、
前記熱交換器における前記冷却媒体と前記雰囲気流体との熱交換量は、前記冷却媒体の流量及び前記雰囲気流体の流量の少なくとも一方によって調整されることを特徴とする請求項1に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記冷却媒体ラインに接続され、前記発電機を冷却する発電機クーラをさらに備え、
前記冷却媒体は、前記オイルクーラ及び前記発電機クーラの冷却に用いられることを特徴とする請求項1に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記オイルラインから前記作動油の一部を引き抜き、前記油圧ポンプ及び前記油圧モータの少なくとも一方の摺動部位に潤滑油として供給する作動油引き抜きラインと、
前記作動油引き抜きライン上に設けられ、前記作動油を冷却する潤滑油冷却手段とをさらに備え、
前記潤滑油冷却手段によって、前記摺動部位に供給される潤滑油が前記油圧ポンプ入口の作動油より低温に維持されることを特徴とする請求項1に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記オイルラインの所定位置における作動油温度が設定温度となるように、前記流量調整バルブの開度を調節して、前記オイルクーラに流入する作動油流量及び冷却媒体流量の少なくとも一方を調整するコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 少なくとも前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを収容するタワー又はナセルの内部に設けられ、前記タワー又はナセル内部の空気を冷却するタワー/ナセル冷却器をさらに備え、
前記タワー/ナセル冷却器に、前記冷却媒体を供給するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記冷却媒体ラインには、前記発電機を冷却する発電機クーラ、並びに、少なくとも前記油圧ポンプ及び前記油圧モータを収容するタワー又はナセルを冷却するタワー/ナセル冷却器の少なくとも一方が、直列または並列に接続され、
前記冷却媒体は不凍液が添加された水であり、該冷却媒体により、前記オイルクーラに加えて、前記発電機クーラ及び前記タワー/ナセル冷却器の少なくとも一方を冷却することを特徴とする請求項1に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記冷却媒体が空気であり、前記冷却媒体ラインに送風手段が設けられ、
前記冷却媒体が前記送風手段により前記オイルクーラに導かれることを特徴とする請求項1に記載の再生エネルギー型発電装置 - 前記再生エネルギー型発電装置が、タワーと、前記タワーによって支持され、少なくとも前記油圧ポンプを収容するナセルとを有する風力発電装置であって、
前記タワー内または前記タワーの外周に設けられ変圧器が配置される変圧器室と、
前記冷却媒体ラインに直列または並列に接続され、前記熱交換器にて冷却された冷却媒体が前記冷却媒体ラインを介して前記変圧器室に供給され、前記冷却媒体の冷熱により前記変圧器室内の空気を冷却する変圧器冷却器とを備え、
前記冷却媒体は不凍液を添加された水であることを特徴とする請求項2に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記再生エネルギー型発電装置が、タワーと、前記タワーによって支持され、少なくとも前記油圧ポンプを収容するナセルとを有する風力発電装置であって、
前記雰囲気流体が空気であることを特徴とする請求項2に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記熱交換器が前記タワー上部または前記ナセルに配置されていることを特徴とする請求項10に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記再生エネルギー型発電装置が、タワーと、前記タワーによって支持され、少なくとも前記油圧ポンプを収容するナセルとを有し、海洋上に立設される洋上風力発電装置であって、
前記雰囲気流体が海水であることを特徴とする請求項2に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記熱交換器と、変圧器が配置される変圧器室とが前記タワー下部に設けられ、
前記冷却媒体ラインが前記タワー下部まで延設されていることを特徴とする請求項12に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記タワー内部及び前記ナセル内部の少なくとも一方は、外気に対して密閉状態であることを特徴とする請求項1に記載の再生エネルギー型発電装置。
- 前記タワー内部又は前記ナセル内部空気を空冷でも冷却する空気吸入口及び空気排出口を有し、
前記空気吸入口及び前記空気排出口には、外気に混在する腐食性物質を遮蔽するフィルタがそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項9に記載の再生エネルギー型発電装置。 - 前記タワー内部又は前記ナセル内部には、少なくとも一つのファンが設けられ、
前記空気吸入口及び前記空気排出口には、開閉自在なシャッタがそれぞれ設けられており、
前記タワー内部又は前記ナセル内部温度が所定温度より高い場合には、前記シャッタを開いて前記タワー内部又は前記ナセル内部の空気を換気する換気モードとし、
前記タワー内部又は前記ナセル内部温度が所定温度以下の場合には、前記シャッタを閉じて前記ナセル内部の空気を該ナセル内部で循環させる循環モードとすることを特徴とする請求項15に記載の再生エネルギー型発電装置。
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