JP2003526757A - 風力発電装置 - Google Patents

風力発電装置

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JP2003526757A JP2001555696A JP2001555696A JP2003526757A JP 2003526757 A JP2003526757 A JP 2003526757A JP 2001555696 A JP2001555696 A JP 2001555696A JP 2001555696 A JP2001555696 A JP 2001555696A JP 2003526757 A JP2003526757 A JP 2003526757A
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Abstract

(57)【要約】 少なくとも２つのロータが互いに前後には位置されており、そのうちの第１ロータが第２ロータの前部にあって、第２ロータよりも直径が小さいことよりなる風力発電装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、風力発電装置に関し、特に、電力出力が２MW以上、好ましく早く５
MWないしそれ以上の大型風力発電装置に関する。
【０００２】 （背景技術） 本発明によれば、前記した種の大賀風力発電装置においては、風力発電装置の
信頼性のある稼働を保証するロータの設計と対応するロータ・ブレードの形状と
が提案されている。
【０００３】 その点について、ブレードの奥行きが非常に大きい内側区域において最大効率
が得られるように最適化したロータ・ブレードは従来公知である(Erich Hau、「W
indkraftanlagen(風力発電装置)」、1996年第２版、第１１３頁)。このようなロ
ータ・ブレードは、例えばE-40型風力発電装置におけるEnercon(エネルコン)(５
００〜６００KW出力)に使われている。ロータ・ブレードの内側区域は、その点
でハブ(ロータ・ブレード基端)に近接した部分であって、半径が小さくなってい
る。
【０００４】 最大効率のために最適化した斯かるロータ・ブレードは、比較的小さい設備の
ために生産するのに適していて、問題なく運送できるのではあるが、斯かるロー
タ・ブレードの構成には二つの問題点がある。第１に、ロータ・ブレード基端に
おける非常に大きいロータ・ブレード面積がために、風速が大きい場合に高負荷
がかかる。その時、風力発電装置がシャットダウンするのが通常である。しかし
ながら、風力発電装置全体を斯かる高負荷に合わせて設計する(寸法を定める)必
要がある。もう一つの問題点は、ブレード奥行きが非常に大きいロータ・ブレー
ドの製造にある。半径が比較的小さいロータ・ブレードについては前述の問題は
あまり重要なことではないが、ブレード奥行きの大きき(例えば５０メートル以
上)ロータ・ブレードの製造とその後の運送とが非常に煩雑になったり、部分的
には不可能になり、ブレード奥行きが大きいことが、材料費と人件費を非常に高
騰させている。
【０００５】 以上のことから、ブレード奥行きの大きさを回避させる提案がなされている。
図２は、以前にデンマーク国でつくられた設計形状を示している。
【０００６】 このロータ・ブレードの実施形態では、内側域が完全に省かれている。刈取り
域は掃引されるロータ部に対応しているから、エリアの流れを補償するために、
全面積の約５％に対応するだけの非常に小さな面積(内側域)を無視するか、また
は、ロータ径を僅かだけ大きくすることが可能と考えられていた。
【０００７】 ところが、それに関しては、図２のロータ・ブレードを備えた風力発電装置の
近所に空気力学的穴が形成されることが見過ごされていたか、注目されていなか
った。近所においては、風は妨げられることなく、また、抵抗を受けることなく
その穴を貫流できる。その結果、ロータ・ブレードにおける開始プロフィールの
内側域（風力発電装置のロータの第１区域）に層流が形成されない。このことは
、(能動的)ロータ・プロフィールのロータ・ブレードの第１区域がエネルギー生
成に関与できないことを意味している。
【０００８】 非常に早い段階(1990年頃)に開発されたEnerconは、前述の諸問題点を回避す
るために厚みのあるカットオフ・プロフィールをしている。
【０００９】 図３は、ロータ・ブレードの内側域で利用されている斯かるプロフィールを示
している。大型風力発電装置(ロータ径が７０メートル以上)の場合では、カット
オフ・プロフィールを利用するとブレード深さが６メートルまでとなり、よって
そのようなロータ・ブレードの運送が非常に困難になると共に、その製造も異常
といえるほど複雑かつ高価になる。
【００１０】 （発明の開示） 従って、本発明は、前記した諸問題点を解消すると共に、風力発電装置の製造
とその操作を簡単にするのを目的としている。 この目的は、請求項１に記載した特徴を風力発電装置に持たせることで達成で
きる。この好適な展開例については、従属請求項に記載されている。
【００１１】 本発明による風力発電装置の構想は、風力発電装置に二つのロータを設け、そ
の内の第１ロータ、即ち、小型ロータを第２ロータ、即ち、大型ロータの前部に
設けている。従って、本発明によれば、風力発電装置の内側域が外側域から完全
に隔離されていることが求められている。
【００１２】 そのような風力発電装置については、添付図面を参照しながらその一例を詳述
する。この点、説明のために利用しているモデルは、１１３メートル径で、約５
MW出力の発電機が備わっている大型風力発電装置である。内側域のロータはこの
場合、約４０メートル径である。
【００１３】 従って、第２ロータ、即ち、大型ロータの場合、能動ロータの翼長は約３６.
５メートルとなる。第１の小型ロータは約３８rpmの公称速度で回転する。第２
の大型ロータは約１１rpmの公称速度で回転する。このことは、二つのロータの
ロータ・ブレード先端でのそれぞれの周速度はほぼ同一になることを意味する。
【００１４】 本発明による風力発電装置は、ロータの内側域がために、風速がどんなに速く
ても設置面積を非常に小さいものとすることができる利点がある。従って、風力
発電装置全体にかかる極端な負荷を非常に小さいものとすることができる。
【００１５】 また、外側域(第２ロータ)のロータ・ブレードを、約３６.５メートルの長さ
の単位として製造することができる。斯かるロータ・ブレードは、風力学的には
最早ロータの駆動に何ら関与しないロータ・ブレード基幹に取り付けることがで
きる。このことは、ロータ・ブレードの運搬が容易に行えることを意味する。
【００１６】 さらに、第２ロータのロータ・ブレード調節装置はロータ・ブレード基幹に装
着でき、従って、ハブから約２０メートル(小型ロータの半径)も隔離できるので
、第２ロータのロータ・ブレード調節装置を大型に設計する必要もない利点も得
られる。
【００１７】 風力発電装置の動作について言えば、各ロータはそれぞれの専用発電機を駆動
する。第１ロータの発電機は第１及び第２ロータの間に配置されていて、それに
より直接駆動されるのが望ましい。本発明による風力発電装置の設計構造に関し
ては、このことは、例えばEnerconからのE-40型の比較的小さいロータと発電機
の構造体を第２ロータの前部に設けることができるのを意味する。その場合、両
方のロータとそれぞれの発電機とは、単一のトラニオンに支持させると共に、回
転自在に装着することができる。
【００１８】 好ましくは、両方のロータは同一方向(時計方向)に回転するのが望ましいが、
ロータ・ブレードをそれとは反対方向に回転するように設計、構成することも可
能である。
【００１９】 本発明の風力発電装置のパイロンは高さ１００メートルか、それ以上であり、
例えばハブ高は１２０〜１６０メートルの範囲にある。
【００２０】 風力発電装置が稼働してい間、小型ロータ(第１ロータ)は、第２ロータの内側
域に風力学的穴を形成するようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ロータ・ブレードの概略図。
【図２】 デンマークで使われているロータ・ブレードの概略図。
【図３】 ロータ・ブレードの端面図。
【図４】 風力発電装置のロータ・ブレードの全景図。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年２月１５日（２００２．２．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つのロータが互いに前後に位置されており、そ
    のうちの第１ロータが第２ロータの前部にあって、第２ロータよりも直径が小さ
    いことよりなる風力発電装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のものであって、第１ロータが第２ロータよ
    りも高速回転することを特徴とする風力発電装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のものであって、第１ロータの公称回
    転速度が約２５〜４５rpmの範囲内であることを特徴とする風力発電装置。
  4. 【請求項４】 請求項１又は２に記載のものであって、第２ロータの公称回
    転速度が約５〜１９rpmの範囲内であることを特徴とする風力発電装置。
  5. 【請求項５】 請求項１から４までの何れか１項に記載のものであって、両
    方のロータのロータ・ブレード先端の周速が、定格稼働においておおよそ等しい
    ことを特徴とする風力発電装置
  6. 【請求項６】 請求項１から５までの何れか１項に記載のものであって、各
    ロータごとに発電機を設けたことを特徴とする風力発電装置。
  7. 【請求項７】 請求項１から６までの何れか１項に記載のものであって、第
    １ロータの径が約３５〜５５メートルの範囲内であり、また、第２ロータの径が
    約１００〜１５０メートル、好ましく速く１１３メートルの範囲内であることを
    特徴とする風力発電装置。
  8. 【請求項８】 第１及び第２ロータとからなり、第２ロータは第１ロータよ
    りも径が著しく大きく、また、第１ロータの背後に配置されており、第２ロータ
    のロータ・ブレードは、その能動翼面積が第１ロータのロータ・ブレード先端の
    部分において開始することよりなる風力発電装置。
  9. 【請求項９】 請求項１から８までの何れか１項に記載のものであって、第
    ２ロータは複数のロータ・ブレードからなり、各ロータ・ブレードは、第１部分
    と第２外側部分とからなり、第２外側部分が能動ロータ・ブレードを構成してい
    ると共に、第１部分は、ロータの駆動に何ら関与しないように風力学的に存在し
    ていることを特徴とする風力発電装置。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のものであって、第２ロータのロータ・ブ
    レードのためにロータ・ブレード調整装置を設けており、該ロータ・ブレード調
    節装置は第１及び第２回転翼部分の間に臨むことを特徴とする風力発電装置。
  11. 【請求項１１】 請求項９又は１０に記載のものであって、第２ロータの第
    ２回転翼部分が、第２ロータのハブに固定されていることを特徴とする風力発電
    装置。
  12. 【請求項１２】 ロータ内部域とロータ外部域とを備え、ロータの内部域が
    ロータの外部域から隔離していることを特徴とする風力発電装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１から１２までの何れか１項に記載のものであって
    、第１ロータと第２ロータとの間に第１発電機を設け、この第１発電機のロータ
    を第１ロータに連結すると共に、それにより駆動されることを特徴とする風力発
    電装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１から１３までの何れか１項に記載のものであって
    、第１ロータは、第２ロータの区域に風力学的穴が形成されないように第２ロー
    タの前部に近接して設けたことを特徴とする風力発電装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１から１４までの何れか１項に記載のものであって
    、両方のロータが同一方向(時計方向)に回転することを特徴とする風力発電装置
    。
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