JP2004218436A

JP2004218436A - Wind power generator

Info

Publication number: JP2004218436A
Application number: JP2003003102A
Authority: JP
Inventors: Kiyokazu Yago; 清和矢後
Original assignee: National Maritime Research Institute
Current assignee: National Maritime Research Institute
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-08-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generator reducible in the whole weight and suitably mounted to a floating body or the like floating at sea. SOLUTION: In this wind power generator 1, a hydraulic pump 43 connected to a main shaft 23a is operated when a wind mill 23 rotates receiving wind energy by blades 23c. Pressure oil generated by the drive of the hydraulic pump 43 is once stored in a pressure accumulator 35 in the floating body 10 through a pipe 41. Each pipe 41 extending from the hydraulic pump 43 in each of three nacelles 15 is collected to a pressure accumulating part 35A of the pressure accumulator 35, and pressure oil from each pipe 41 is stored in the pressure accumulating part 35A and smoothed. The pressure oil flows through a pipe 34 from the pressure accumulator 35 and is led to a hydraulic motor 33 which drives a power generator 31 through a connecting shaft 32. Since the power generator 31 and the hydraulic motor 33 are installed in the floating body 10, the wind power generator 1 can be reduced in the whole weight and is suitable for a floating body type wind power generator. COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力エネルギーを利用して発電する風力発電装置に関する。特には、装置全体の軽量化を図ることができ、海上に浮かべた浮体等に搭載するのに適した風力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４を参照しつつ風力発電装置の典型例について説明する。
図４は、従来の風力発電装置の典型例（陸上用の水平軸型風力発電装置）を示す概略構成図である。
図４に示す風力発電装置１００は、地盤等に埋め込まれた基礎部１０１上に配置されている。基礎部１０１からは、タワー１０３が立ち上がっている。タワー１０３の地盤上面からの高さは、一例で約６０ｍである。タワー１０３の上端には、ナセル（フェアリング）１０５が搭載されている。
【０００３】
ナセル１０５には風車１１３が回転可能に軸支されている。この風車１１３は、ナセル１０５に図示せぬベアリング等を介して取り付けられた主軸１１３ａと、主軸１１３ａの先端に固定されたハブ１１３ｂと、ハブ１１３ｂに取り付けられた複数枚（一例で３枚）のブレード１１３ｃを有する。風車１１３は、風のエネルギーをブレード１１３ｃで受けて回転する。このナセル１０５の下面とタワー１０３の上端との間には、ヨー駆動装置１０７が設けられている。このヨー駆動装置１０７は、ナセル１０５を水平面内で回動して、風車１１３を風の方向に向けるものである。
【０００４】
ナセル１０５内には、発電機１１１が収容されている。この発電機１１１は、連結軸１１１ａを備えている。発電機１１１の連結軸１１１ａと風車１１３の主軸１１３ａは、増速歯車装置１１５を介して連結されている。風車１１３が風のエネルギーを受けて回転すると、この風車１１３の回転が増速歯車装置１１５で増速されて発電機１１１に伝わる。すなわち、風車１１３の受けた風力エネルギーは、増速歯車装置１１５を介して、発電機１１１によって電気動力に変換される。
【０００５】
ナセル１０５内において、発電機１１１の図４中左側には、変圧器１１７が接続されている。この変圧器１１７からは、ケーブル１１８が延び出ている。このケーブル１１８は、ナセル１０５内からタワー１０３内を通って図示せぬ電力系統に繋がっている。
【０００６】
風力発電装置に関する公知文献として、特許文献１（特開平１１−２８７１７９号公報）がある。
この特許文献１の発電装置は、風車の軸に直結されたラジアルポンプを備えている。このラジアルポンプの高圧側には、配管や流量調整弁を介して油圧モータが接続されており、この油圧モータに発電機が直結されている。この発電装置においては、ラジアルポンプからの吐出流量に対応して油圧モータが逐次回転し、発電機が駆動するようになっている。
ところが、この特許文献１には、風車やラジアルポンプ、油圧モータ、発電機の各構成要素のそれぞれを、基礎部・タワー・ナセルのどの場所にどのように配置するかについては、具体的に記載されていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２８７１７９号公報（図１〜図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４に示すような陸上用の風力発電装置とは別に、海上に設置される浮体式の風力発電装置の開発が進められている。この浮体式風力発電装置は、海上に浮かぶ浮体を基礎部とし、この浮体からタワーを立ち上げた形態のものである。この浮体式風力発電装置において、タワー上部（浮体上約６０ｍ）のナセルに発電機を収める図４の例と同様の構成とすると、相当のトップヘビーとなる。また、浮体の動揺を考慮すれば、重いナセルを支えるタワーの構造も重厚なものとならざるを得ず、なおさらトップヘビーが助長される。その結果、浮体の十分な浮力と復元力を確保するため、浮体が大型となる。さらに、このような状況下では、１隻の浮体上に多くの風車を設置することもできず、発電装置の発電性能が制限される。
【０００９】
浮体式風力発電装置においては、製造コストや経済性、発電性能等の観点から、１隻の浮体上にできるだけ多くの風車を集約して搭載することが望ましい。しかしながら、この要請を満たすことのできる発電装置は、現在実現されていない。
【００１０】
本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであって、装置全体の軽量化を図ることができ、海上に浮かべた浮体等に搭載するのに適した風力発電装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【解決を課題するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明の風力発電装置は、基礎部から立ち上がるタワーと、該タワーの上部に搭載されたナセルと、該ナセルに対して回転可能に軸支された風車と、前記ナセルに配置され、前記風車の回転軸に連結された油圧ポンプと、前記基礎部に配置された油圧モータ、及び、該油圧モータに連結された発電機と、該油圧ポンプの発生した圧油を、前記タワーを通って前記油圧モータに供給する油圧配管と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、油圧モータ及び発電機が基礎部に設置されているので、従来の水平軸型風力発電装置のように、発電機や変圧器等をナセルの中に設置しなくて済む。そのため、ナセルの重量が軽くなって、ナセルを支えるタワー、さらに、これらを支える基礎部の構造が簡単になり、装置全体の軽量化を図ることができる。このように、軽量化され、特にトップヘビーの傾向のない風力発電装置は、海上に設置する浮体式の風力発電装置に適する。
【００１３】
本発明の風力発電装置においては、複数台の前記風車を具備し、各風車の回転軸に連結された油圧ポンプからの圧油を集約する圧力蓄積装置を、前記油圧ポンプの手前の油圧回路中に有することが好ましい。
この場合、約１０秒〜数分のサイクルで変動する風況の変化（風の息）に伴う各風車の回転数の変化により生じる発生油圧動力の変化を平準化できる。
【００１４】
本発明の風力発電装置においては、さらに、前記ナセルに配置された、該ナセルのヨー制御機構及び前記風車のブレードのピッチ角制御機構を具備し、該機構が前記油圧ポンプから圧油の供給を受けることが好ましい。
この場合、油圧ポンプで変換された圧力の一部を、ピッチ角制御機構及びヨー制御機構の補助動力として利用することができる。
【００１５】
本発明の風力発電装置においては、前記油圧配管中に、強風時に閉となって前記風車の回転をロックする遮断弁を有することが好ましい。
この場合、強風時には遮断弁で風車の回転をロックする機能を簡単に実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
なお、以下の例では、本発明に係る風力発電装置を浮体式風力発電装置に適用した場合について述べる。このような浮体式風力発電装置は、例えば、海岸から約６〜１０ｋｍ、水深約３０〜５０ｍの海洋上に設置される。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る浮体式風力発電装置の動力系統図である。
図２は、同浮体式風力発電装置の全体の外観を示す斜視図である。
図３は、同浮体式風力発電装置の概略構成図である。
図１〜図３に示すように、この風力発電装置１は、鋼製の艀状の浮体（基礎部）１０を備えている。この浮体１０の寸法は、一例で縦３００ｍ、横６０ｍ、深さ（厚さ）７ｍである。
【００１８】
図２及び図３に示すように、浮体１０の上面からは、この例では３基のタワー１３が立ち上がっている。各タワー１３の浮体１０上面からの高さは、一例で約６０ｍである。これらタワー１３は、浮体１０の中央部及び長手方向両端部に互いに離れて１基ずつ配置されている。
【００１９】
各タワー１３の上端には、ナセル１５が搭載されている。このナセル１５には風車２３が回転可能に軸支されている。図１及び図３に示すように、この風車２３は、ナセル１５に図示せぬベアリング等を介して取り付けられた主軸２３ａと、主軸２３ａの先端に固定されたハブ２３ｂと、ハブ２３ｂに取り付けられた複数枚（この例では３枚：図２参照）のブレード２３ｃを有する。ブレード２３ｃは、後述するピッチ角制御装置２５により、ハブ２３ｂに対してピッチ角可変となっている。３基のタワー１３上の各風車２３は、後述するヨー駆動装置１７で自動的に風の方向を向くようになっており、ブレード２３ｃで風のエネルギーを受けて回転する。
【００２０】
図１に示すように、風車２３の主軸２３ａ周囲には、前述したピッチ角制御装置２５が設けられている。このピッチ角制御装置２５は、主軸２３ａ・ハブ２３ｂの軸心に対するブレード２３ｃのピッチ角を制御する。一方、ナセル１５下面とタワー１３上端との間には、前述したヨー駆動装置１７が設けられている。このヨー駆動装置１７は、ナセル１５を水平面内で回動させて風車２３を風向に追従させる。
【００２１】
浮体１０、タワー１３及びナセル１５内には、図１に示す動力系統が設けられている。以下、主に図１を参照しつつ、この動力系統について説明する。
ナセル１５内には、油圧ポンプ４３が配置されている。この油圧ポンプ４３には、風車２３の主軸２３ａが連結されている。さらに、油圧ポンプ４３には、配管（油圧配管）４１の一端４１ａが接続されている。この配管４１は、ナセル１５内の油圧ポンプ４３からタワー１３内を通って浮体１０内にまで延びている。配管４１の他端４１ｂは、浮体１０内に配置された圧力蓄積装置（アキュムレータ）３５に接続されている。
【００２２】
圧力蓄積装置３５は、圧力蓄積部３５Ａと、弁３５Ｂと、制御部３５Ｃを有する。浮体１０上の３基のナセル１５から延び出る各配管４１は、圧力蓄積装置３５の圧力蓄積部３５Ａに集約されて接続されている。圧力蓄積装置３５の手前において、配管４１にはブレーキ用遮断弁４５が組み込まれている。このブレーキ用遮断弁４５は、後述する風況センサ５３に接続されており、強風発生時には配管４１内を流れる圧油を遮断し、油圧ポンプ４３に接続された風車２３の回転をロックする役割を果たす。なお、圧力蓄積装置３５の詳しい作用については後述する。
【００２３】
浮体１０内において、圧力蓄積装置３５には、配管３４を介して油圧モータ３３が接続されている。この油圧モータ３３には、連結軸３２を介して発電機３１が接続されている。この発電機３１は、図示せぬ電力系統へと繋がっている。油圧モータ３３と圧力蓄積装置３５とを繋ぐ配管３４には、油圧モータ制御弁３７が組み込まれている。ナセル１５内の油圧ポンプ４３内の圧油は、配管４１→圧力蓄積装置３５→配管３４を流れて油圧モータ３３に導かれる。そして、圧油が供給された油圧モータ３３が連結軸３２を介して発電機３１を駆動する。
【００２４】
ナセル１５内において、油圧ポンプ４３には油圧弁制御器５１が接続されている。この油圧弁制御器５１には、風況解析器５２が接続されている。この風況解析器５２には、ナセル１５外に設置された風況センサ５３からのケーブルが接続されている。さらに、油圧弁制御器５１には、２つの配管５５、５７が接続されている。配管５５（図１中左側：ヨー制御用配管）は、前述のヨー駆動装置１７を駆動するヨー駆動油圧モータ１７Ａに繋がっている。配管５７（図１中左側：ピッチ角制御用配管）は、前述のピッチ角制御装置２５を駆動するピッチ駆動油圧モータ２５Ａに繋がっている。これらの配管５５、５７には、それぞれ弁５５ａ、５７ａが組み込まれている。
【００２５】
次に、前述の構成を有する風力発電装置１の総合的な作用について説明する。
風力発電装置１は、風車２３がブレード２３ｃで風のエネルギーを受けて回転すると、主軸２３ａに連結された油圧ポンプ４３が作動する。つまり、風車２３の受けた風力エネルギーは、油圧ポンプ４３の駆動により圧力（油圧）に変換される。
【００２６】
油圧ポンプ４３の駆動で発生した圧油は、配管４１を通って浮体１０内の圧力蓄積装置３５に一旦貯め込まれる。前述の通り、３基のナセル１５内の油圧ポンプ４３から延び出る各配管４１は、圧力蓄積装置３５の圧力蓄積部３５Ａに集約されており、これら配管４１からの圧油は圧力蓄積部３５Ａに貯め込まれて平滑化される。この圧油は、圧力蓄積装置３５から配管３４を流れて油圧モータ３３に導かれ、この油圧モータ３３が連結軸３２を介して発電機３１を駆動する。
【００２７】
このとき、圧力蓄積装置３５においては、発電機３１が最も効率良く運転できるよう、制御部３５Ｃが弁３５Ｂの開閉度を調整し、圧力蓄積部３５Ａからの圧油供給量を制御する。この圧力蓄積装置３５の作用により、約１０秒〜数分のサイクルで変動する風況の変化（風の息）に伴う各風車の回転数の変化により生じる発生油圧動力の変化を平準化できる。なお、より長いサイクルで起こる風況の強弱は、発電機３１自体の容量可変調整で対応することができる。
【００２８】
一方、油圧ポンプ４３で変換された圧力の一部は、ピッチ角制御装置２５及びヨー制御装置１７の補助動力として用いられる。すなわち、ナセル１５外の風況センサ５３で計測された風況データが風況解析器５２に送出されると、この風況解析器５２が風車２３の最適ブレードピッチ角及びヨー角を計算する。そして、この風況解析器５２の計算結果に基づき、油圧弁制御器５１が配管５５、５７中の弁５５ａ、５７ａの開度を調整し、ヨー駆動装置１７を駆動するヨー駆動油圧モータ１７Ａ及びピッチ角制御装置２５を駆動するピッチ駆動油圧モータ２５Ａに圧油を導く。
【００２９】
なお、風況センサ５３が強風（例えば２５ｍ／ｓ以上）の発生を検出した際には、ブレーキ用遮断弁４５が配管４１内を流れる圧油を遮断し、風車２３の回転をロックする。
【００３０】
このような風力発電装置１は、発電機３１及び油圧モータ３３が浮体１０内に設置されているので、従来の水平軸型風力発電装置のように発電機等を各タワー上のナセル内に設置しなくて済む。そのため、ナセル１５の重量が軽くなって、ナセル１５を支えるタワー１３、さらに、これらを支える浮体１０の構造が簡単になり、装置全体の軽量化を図ることができる。したがって、本発明に係る風力発電装置１は、浮体式風力発電装置に優れた適用性を有する。さらに、各油圧ポンプ４３からの圧油を集約して使用することで、３台の各風車２３に当たる風の息による圧油発生量の変動を平準化できる。
【００３１】
なお、本実施の形態では風力発電装置１を浮体式風力発電装置に適用した例について述べたが、これに限らず陸上用の水平軸型風力発電装置に適用することも勿論可能である。さらに、本実施の形態では、浮体１０上に３基のタワー１３を設けたものとして説明したが、タワーは１基や２基、あるいは、４基以上設置することも可能である。但し、より多くのタワーを設置した場合でも、浮体１０内の圧力蓄積装置３５や油圧モータ３３、発電機３１等は本実施の形態と同様に１台ずつとしてもよい。
【００３２】
なお、具体的な油圧回路は、前掲の特許文献１（特開平１１−２８７１７９号公報）に開示された技術を参考に、適宜設計変更を行うことにより構成できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、装置全体の軽量化を図ることができ、海上に浮かべた浮体等に搭載するのに適した風力発電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る浮体式風力発電装置の動力系統図である。
【図２】同浮体式風力発電装置の全体の外観を示す斜視図である。
【図３】同浮体式風力発電装置の概略構成図である。
【図４】従来の風力発電装置の典型例（陸上用の水平軸型風力発電装置）を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０浮体（基礎部）１３タワー
１５ナセル１７ヨー駆動装置
２３風車２３ａ主軸
２３ｂハブ２３ｃブレード
２５ピッチ角制御装置
３１発電機３２連結軸
３３油圧モータ３４、５５、５７配管
３５圧力蓄積装置３５Ａ圧力蓄積部
３５Ｂ弁３５Ｃ制御部
３７油圧モータ制御弁４１配管（油圧配管）
４３油圧ポンプ４５ブレーキ用遮断弁
５１油圧弁制御器５２風況解析器
５３風況センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wind power generator that generates power using wind energy. In particular, the present invention relates to a wind power generator that can reduce the weight of the entire apparatus and is suitable for being mounted on a floating body floating on the sea.
[0002]
[Prior art]
A typical example of the wind turbine generator will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a typical example of a conventional wind power generator (horizontal axis wind power generator for land use).
The wind power generator 100 shown in FIG. 4 is arranged on a foundation 101 embedded in the ground or the like. From the base 101, a tower 103 stands up. The height of the tower 103 from the upper surface of the ground is, for example, about 60 m. At the upper end of the tower 103, a nacelle (fairing) 105 is mounted.
[0003]
A windmill 113 is rotatably supported by the nacelle 105. The windmill 113 includes a main shaft 113a attached to the nacelle 105 via a bearing (not shown), a hub 113b fixed to the tip of the main shaft 113a, and a plurality (three in one example) attached to the hub 113b. It has a blade 113c. The windmill 113 receives wind energy by the blade 113c and rotates. A yaw driving device 107 is provided between the lower surface of the nacelle 105 and the upper end of the tower 103. The yaw driving device 107 turns the nacelle 105 in a horizontal plane to turn the windmill 113 in the wind direction.
[0004]
The generator 111 is accommodated in the nacelle 105. The generator 111 includes a connection shaft 111a. The connection shaft 111a of the generator 111 and the main shaft 113a of the windmill 113 are connected via a speed increasing gear device 115. When the windmill 113 rotates by receiving the energy of the wind, the rotation of the windmill 113 is accelerated by the speed increasing gear device 115 and transmitted to the generator 111. That is, the wind energy received by the windmill 113 is converted into electric power by the generator 111 via the speed increasing gear device 115.
[0005]
In the nacelle 105, a transformer 117 is connected to the left side of the generator 111 in FIG. A cable 118 extends from the transformer 117. The cable 118 is connected from the inside of the nacelle 105 to the power system (not shown) through the inside of the tower 103.
[0006]
As a known document relating to a wind power generator, there is Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-287179).
The power generator of Patent Document 1 includes a radial pump directly connected to a windmill shaft. A hydraulic motor is connected to the high-pressure side of the radial pump via a pipe or a flow control valve, and a generator is directly connected to the hydraulic motor. In this power generation device, the hydraulic motor rotates sequentially according to the discharge flow rate from the radial pump, and the generator is driven.
However, Patent Document 1 specifically describes how to arrange each of the components of the wind turbine, the radial pump, the hydraulic motor, and the generator in the base, the tower, and the nacelle. It has not been.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-11-287179 (FIGS. 1 to 3)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in addition to a land-based wind power generator as shown in FIG. 4, a floating wind power generator installed on the sea is being developed. This floating-type wind power generator has a form in which a floating body floating on the sea is used as a base and a tower is started from the floating body. In this floating-type wind power generator, if it has the same configuration as the example of FIG. 4 in which the generator is housed in the nacelle at the upper part of the tower (about 60 m above the floating body), it becomes a considerable top heavy. In addition, taking into account the movement of the floating body, the structure of the tower that supports the heavy nacelle must be heavy, further promoting the top heavy. As a result, the floating body becomes large in order to secure sufficient buoyancy and restoring force of the floating body. Further, in such a situation, it is not possible to install many wind turbines on one floating body, and the power generation performance of the power generator is limited.
[0009]
In the case of a floating wind power generator, it is desirable to mount as many wind turbines as possible on a single floating body from the viewpoint of manufacturing cost, economy, power generation performance, and the like. However, a power generator that can satisfy this demand has not been realized at present.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a wind power generation device that can reduce the weight of the entire device and is suitable for mounting on a floating body or the like floating on the sea. Aim.
[0011]
[Means for solving the problem]
In order to solve the above problems, a wind turbine generator of the present invention includes a tower that rises from a foundation, a nacelle mounted on an upper portion of the tower, a windmill rotatably supported with respect to the nacelle, A hydraulic pump disposed on a nacelle and connected to a rotation shaft of the wind turbine, a hydraulic motor disposed on the base, and a generator connected to the hydraulic motor; and a hydraulic oil generated by the hydraulic pump. And a hydraulic pipe for supplying the hydraulic motor through the tower.
[0012]
According to the present invention, since the hydraulic motor and the generator are installed in the foundation, it is not necessary to install a generator, a transformer, and the like in the nacelle as in a conventional horizontal axis wind power generator. Therefore, the weight of the nacelle is reduced, the structure of the tower supporting the nacelle, and the structure of the base supporting these are simplified, and the weight of the entire apparatus can be reduced. As described above, the wind turbine generator that is reduced in weight and is not particularly likely to be top-heavy is suitable for a floating wind turbine generator installed on the sea.
[0013]
In the wind power generator according to the present invention, a pressure accumulation device that includes a plurality of the wind turbines and collects pressure oil from a hydraulic pump connected to a rotation shaft of each wind turbine is provided in a hydraulic circuit in front of the hydraulic pump. Preferably.
In this case, a change in hydraulic power generated due to a change in the number of revolutions of each windmill due to a change in wind conditions (breath of wind) fluctuating in a cycle of about 10 seconds to several minutes can be leveled.
[0014]
The wind turbine generator according to the present invention further includes a yaw control mechanism for the nacelle and a pitch angle control mechanism for the blades of the windmill, which are arranged in the nacelle, and the mechanism controls the supply of pressure oil from the hydraulic pump. It is preferable to receive.
In this case, part of the pressure converted by the hydraulic pump can be used as auxiliary power for the pitch angle control mechanism and the yaw control mechanism.
[0015]
In the wind turbine generator according to the present invention, it is preferable that the hydraulic pipe has a shutoff valve that closes in a strong wind to lock the rotation of the windmill.
In this case, the function of locking the rotation of the windmill with the shut-off valve when the wind is strong can be easily realized.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, description will be made with reference to the drawings.
In the following example, a case where the wind turbine generator according to the present invention is applied to a floating wind turbine generator will be described. Such a floating wind power generator is installed on the ocean, for example, about 6 to 10 km from the shore and about 30 to 50 m in water depth.
[0017]
FIG. 1 is a power system diagram of a floating wind turbine generator according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing the overall appearance of the floating wind turbine generator.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the floating wind turbine generator.
As shown in FIGS. 1 to 3, the wind turbine generator 1 includes a barge-shaped floating body (base portion) 10 made of steel. The dimensions of the floating body 10 are, for example, 300 m in length, 60 m in width, and 7 m in depth (thickness).
[0018]
As shown in FIGS. 2 and 3, in this example, three towers 13 rise from the upper surface of the floating body 10. The height of each tower 13 from the upper surface of the floating body 10 is, for example, about 60 m. The towers 13 are arranged one by one at the center and at both ends in the longitudinal direction of the floating body 10 so as to be separated from each other.
[0019]
A nacelle 15 is mounted on the upper end of each tower 13. A windmill 23 is rotatably supported by the nacelle 15. As shown in FIGS. 1 and 3, the windmill 23 is attached to the nacelle 15 via a bearing (not shown), a hub 23b fixed to the tip of the spindle 23a, and attached to the hub 23b. And three blades 23c in this example (see FIG. 2). The pitch angle of the blade 23c is variable with respect to the hub 23b by a pitch angle control device 25 described later. Each of the windmills 23 on the three towers 13 is automatically turned in the direction of the wind by a yaw drive device 17 described later, and rotates by receiving wind energy by the blades 23c.
[0020]
As shown in FIG. 1, the above-described pitch angle control device 25 is provided around the main shaft 23a of the wind turbine 23. This pitch angle control device 25 controls the pitch angle of the blade 23c with respect to the axes of the main shaft 23a and the hub 23b. On the other hand, the above-described yaw driving device 17 is provided between the lower surface of the nacelle 15 and the upper end of the tower 13. The yaw driving device 17 rotates the nacelle 15 in a horizontal plane to cause the windmill 23 to follow the wind direction.
[0021]
The power system shown in FIG. 1 is provided in the floating body 10, the tower 13, and the nacelle 15. Hereinafter, this power system will be described mainly with reference to FIG.
A hydraulic pump 43 is disposed in the nacelle 15. The main shaft 23a of the wind turbine 23 is connected to the hydraulic pump 43. Further, one end 41 a of a pipe (hydraulic pipe) 41 is connected to the hydraulic pump 43. The pipe 41 extends from the hydraulic pump 43 in the nacelle 15 to the inside of the floating body 10 through the inside of the tower 13. The other end 41 b of the pipe 41 is connected to a pressure accumulator (accumulator) 35 arranged in the floating body 10.
[0022]
The pressure storage device 35 includes a pressure storage unit 35A, a valve 35B, and a control unit 35C. Each of the pipes 41 extending from the three nacelles 15 on the floating body 10 is collectively connected to a pressure storage unit 35A of the pressure storage device 35. A brake shutoff valve 45 is incorporated in the pipe 41 just before the pressure storage device 35. The brake shutoff valve 45 is connected to a wind condition sensor 53 to be described later, and serves to shut off pressure oil flowing in the pipe 41 when a strong wind is generated, and to lock the rotation of the windmill 23 connected to the hydraulic pump 43. Fulfill. The detailed operation of the pressure storage device 35 will be described later.
[0023]
In the floating body 10, a hydraulic motor 33 is connected to the pressure storage device 35 via a pipe 34. The generator 31 is connected to the hydraulic motor 33 via a connection shaft 32. The generator 31 is connected to a power system (not shown). A hydraulic motor control valve 37 is incorporated in a pipe 34 connecting the hydraulic motor 33 and the pressure storage device 35. The pressure oil in the hydraulic pump 43 in the nacelle 15 flows through the pipe 41 → the pressure storage device 35 → the pipe 34 and is guided to the hydraulic motor 33. Then, the hydraulic motor 33 supplied with the pressure oil drives the generator 31 via the connection shaft 32.
[0024]
In the nacelle 15, a hydraulic valve controller 51 is connected to the hydraulic pump 43. A wind condition analyzer 52 is connected to the hydraulic valve controller 51. A cable from a wind condition sensor 53 installed outside the nacelle 15 is connected to the wind condition analyzer 52. Further, two pipes 55 and 57 are connected to the hydraulic valve controller 51. The pipe 55 (left side in FIG. 1: pipe for yaw control) is connected to the yaw drive hydraulic motor 17 A that drives the yaw drive device 17 described above. A pipe 57 (the left side in FIG. 1: a pitch angle control pipe) is connected to a pitch drive hydraulic motor 25 A that drives the above-described pitch angle control device 25. These pipes 55 and 57 incorporate valves 55a and 57a, respectively.
[0025]
Next, the overall operation of the wind turbine generator 1 having the above-described configuration will be described.
In the wind turbine generator 1, when the windmill 23 rotates by receiving wind energy with the blades 23c, the hydraulic pump 43 connected to the main shaft 23a operates. That is, the wind energy received by the windmill 23 is converted into pressure (oil pressure) by driving the hydraulic pump 43.
[0026]
The pressure oil generated by driving the hydraulic pump 43 is temporarily stored in the pressure storage device 35 in the floating body 10 through the pipe 41. As described above, the respective pipes 41 extending from the hydraulic pumps 43 in the three nacelles 15 are collected in the pressure storage section 35A of the pressure storage device 35, and the pressure oil from these pipes 41 is stored in the pressure storage section 35A. Stored and smoothed. The pressure oil flows from the pressure storage device 35 through the pipe 34 to the hydraulic motor 33, and the hydraulic motor 33 drives the generator 31 via the connection shaft 32.
[0027]
At this time, in the pressure storage device 35, the control unit 35C adjusts the degree of opening and closing of the valve 35B and controls the amount of pressure oil supplied from the pressure storage unit 35A so that the generator 31 can operate most efficiently. By the operation of the pressure storage device 35, a change in hydraulic power generated by a change in the rotation speed of each windmill accompanying a change in the wind condition (breath of wind) that fluctuates in a cycle of about 10 seconds to several minutes can be leveled. It should be noted that the strength of the wind condition occurring in a longer cycle can be dealt with by adjusting the capacity of the generator 31 itself.
[0028]
On the other hand, part of the pressure converted by the hydraulic pump 43 is used as auxiliary power for the pitch angle control device 25 and the yaw control device 17. That is, when the wind condition data measured by the wind condition sensor 53 outside the nacelle 15 is sent to the wind condition analyzer 52, the wind condition analyzer 52 calculates the optimum blade pitch angle and yaw angle of the wind turbine 23. Then, based on the calculation result of the wind condition analyzer 52, the hydraulic valve controller 51 adjusts the opening of the valves 55a and 57a in the pipes 55 and 57, and drives the yaw drive hydraulic motor 17A and the yaw drive hydraulic motor 17A. Pressure oil is guided to a pitch drive hydraulic motor 25A that drives the pitch angle control device 25.
[0029]
When the wind condition sensor 53 detects the occurrence of a strong wind (for example, 25 m / s or more), the brake shutoff valve 45 shuts off the pressure oil flowing in the pipe 41 and locks the rotation of the windmill 23.
[0030]
In such a wind power generator 1, since the generator 31 and the hydraulic motor 33 are installed in the floating body 10, the generator and the like are installed in the nacelle on each tower like a conventional horizontal axis wind power generator. You don't have to. Therefore, the weight of the nacelle 15 is reduced, the structure of the tower 13 supporting the nacelle 15 and the structure of the floating body 10 supporting them are simplified, and the weight of the entire apparatus can be reduced. Therefore, the wind power generator 1 according to the present invention has excellent applicability to a floating wind power generator. Furthermore, by using the pressure oils from the respective hydraulic pumps 43 collectively, it is possible to equalize fluctuations in the amount of pressure oil generated due to the breath of the wind hitting the three windmills 23.
[0031]
In the present embodiment, an example in which the wind turbine generator 1 is applied to a floating wind turbine generator has been described. Furthermore, in the present embodiment, three towers 13 are provided on the floating body 10, but one, two, or four or more towers can be provided. However, even when more towers are installed, the pressure accumulating device 35, the hydraulic motor 33, the generator 31 and the like in the floating body 10 may be provided one by one as in the present embodiment.
[0032]
It should be noted that a specific hydraulic circuit can be configured by making appropriate design changes with reference to the technology disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-287179).
[0033]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to reduce the weight of the entire apparatus, and to provide a wind power generator suitable for mounting on a floating body floating on the sea.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a power system diagram of a floating wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing the overall appearance of the floating wind turbine generator.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the floating wind turbine generator.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a typical example of a conventional wind power generator (horizontal axis wind power generator for land use).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Floating body (base part) 13 Tower 15 Nacelle 17 Yaw drive device 23 Windmill 23a Main shaft 23b Hub 23c Blade 25 Pitch angle control device 31 Generator 32 Connecting shaft 33 Hydraulic motor 34, 55, 57 Pipe 35 Pressure storage device 35A Pressure storage unit 35B valve 35C control unit 37 hydraulic motor control valve 41 piping (hydraulic piping)
43 Hydraulic pump 45 Brake shut-off valve 51 Hydraulic valve controller 52 Wind condition analyzer 53 Wind condition sensor

Claims

基礎部から立ち上がるタワーと、
該タワーの上部に搭載されたナセルと、
該ナセルに対して回転可能に軸支された風車と、
前記ナセルに配置され、前記風車の回転軸に連結された油圧ポンプと、
前記基礎部に配置された油圧モータ、及び、該油圧モータに連結された発電機と、
該油圧ポンプの発生した圧油を、前記タワーを通って前記油圧モータに供給する油圧配管と、
を具備することを特徴とする風力発電装置。A tower standing up from the foundation,
A nacelle mounted on top of the tower;
A windmill rotatably supported with respect to the nacelle,
A hydraulic pump arranged in the nacelle and connected to a rotation shaft of the windmill,
A hydraulic motor arranged on the base portion, and a generator connected to the hydraulic motor,
A hydraulic pipe for supplying the hydraulic oil generated by the hydraulic pump to the hydraulic motor through the tower,
A wind power generator, comprising:

複数台の前記風車を具備し、
各風車の回転軸に連結された油圧ポンプからの圧油を集約する圧力蓄積装置を、前記油圧ポンプの手前の油圧回路中に有することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。Comprising a plurality of said windmills,
The wind power generator according to claim 1, further comprising a pressure accumulation device that collects pressure oil from a hydraulic pump connected to a rotation shaft of each windmill, in a hydraulic circuit before the hydraulic pump.

さらに、前記ナセルに配置された、該ナセルのヨー制御機構及び前記風車のブレードのピッチ角制御機構を具備し、
該機構が前記油圧ポンプから圧油の供給を受けることを特徴とする請求項１又は２記載の風力発電装置。Further, the apparatus includes a yaw control mechanism for the nacelle and a pitch angle control mechanism for the blades of the wind turbine, which are arranged in the nacelle.
3. The wind power generator according to claim 1, wherein the mechanism receives a supply of pressure oil from the hydraulic pump.

前記油圧配管中に、強風時に閉となって前記風車の回転をロックする遮断弁を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の風力発電装置。The wind power generator according to any one of claims 1 to 3, further comprising a shut-off valve in the hydraulic pipe, the shut-off valve being closed in a strong wind to lock the rotation of the windmill.