JP2019082135A - Wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、風力発電装置に関するものである。 The present invention relates to a wind power generator.
風力発電装置は、一つのタワー部に対して一つのみの風車部が設置された構成が一般的であるが、一つのタワー部に対して複数の風車部が設置された、いわゆるマルチロータ式風力発電装置も知られている。マルチロータ式風力発電装置では、風車部の合計受風面積が大きくなり、一つのタワー部から得られる発電電力量（出力）が大きくなる。 The wind power generator generally has a configuration in which only one wind turbine unit is installed for one tower unit, but a so-called multi-rotor type in which a plurality of wind turbine units are installed for one tower unit. Wind power generators are also known. In the multi-rotor type wind power generator, the total wind receiving area of the wind turbine unit is increased, and the amount of generated power (output) obtained from one tower unit is increased.
下記の特許文献１及び２には、マルチロータ式風力発電装置に関する技術が開示されている。
The following
このような、マルチロータ式風力発電装置では、風車部を上下方向に並べて設置するものがある（例えば、特許文献１）。 In such a multi-rotor type wind power generator, there is one in which wind turbines are arranged in the vertical direction (for example, Patent Document 1).
風車部を上下方向に並べて設置したマルチロータ式風力発電装置では、上段の風車部と、下段の風車部とでは、設置高度が異なる。風は、地表の凹凸による摩擦で減速するので、地表から離れた上空を吹く風は、摩擦の影響が抑制され、速度が速くなることから、設置高度が異なる上段の風車部と、下段の風車部とでは導入される風の風速が異なる。
ところで、マルチロータ式風力発電装置は、出力の増大等の目的から、近年、大型化が進んでいる。風車部を上下方向に並べて設置したマルチロータ式風力発電装置では、大型化するに従い、上段の風車部と、下段の風車部の高度の差がより大きくなる。これに伴い、上段の風車部に導入される風の風速と、下段の風車部に導入される風の風速の差も大きくなる。
In the multi-rotor type wind power generator in which the wind turbines are vertically arranged, the installation altitudes of the upper wind turbine and the lower wind turbine differ. The wind is decelerated by friction due to the unevenness of the ground surface, so the wind blowing above the surface from the ground surface is less affected by the friction and the speed is increased, so the upper wind turbines at different installation altitudes and the lower wind turbines The wind speed of the introduced wind is different in the department.
By the way, the multi-rotor type wind power generator has been increased in size in recent years for the purpose of increasing the output and the like. In the multi-rotor type wind power generator in which the wind turbines are arranged in the vertical direction, as the size increases, the difference in height between the upper wind turbine and the lower wind turbine becomes larger. Along with this, the difference between the wind speed of the wind introduced into the upper wind turbine unit and the wind speed of the wind introduced into the lower wind turbine unit also increases.
特許文献１のマルチロータ式風力発電装置では、上下方向に並べて設置した風車部のロータ直径が同一となっている。このような風力発電装置では、導入される風の風速の違いから、風を受けた際に、上側に配置された風車部の方が、下側に配置された風車部よりも大きいスラスト力が発生することとなる。これにより、風車部を支持するタワー部の基部に大きなモーメントが発生し、タワー部の基部に過大な荷重が作用し、タワー部に作用する応力が増大してしまう可能性がある。風力発電装置が大型化すると、その傾向はより顕著なものとなる。
In the multi-rotor type wind power generator of
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、タワー部に作用する応力の増大を抑制することができる風力発電装置を提供することを目的とする。 This invention is made in view of such a situation, Comprising: It aims at providing the wind power generator which can suppress increase of the stress which acts on a tower part.
上記課題を解決するために、本発明の風力発電装置は以下の手段を採用する。
本発明の一態様に係る風力発電装置は、タワー部と、ロータ軸と、前記ロータ軸に設けられた翼と、前記ロータ軸の回転力によって発電する発電機とをそれぞれ有する複数の風車部と、前記タワー部と接続され、前記風車部を支持する支持部材と、を備える風力発電装置であって、複数の前記風車部は、第１風車部と、該第１風車部よりも下方に位置する第２風車部とを有し、前記第１風車部のロータ直径は、前記第２風車部のロータ直径よりも短い。
In order to solve the above-mentioned subject, the wind power generator of the present invention adopts the following means.
A wind turbine generator according to an aspect of the present invention includes a plurality of wind turbines each having a tower, a rotor shaft, a blade provided on the rotor shaft, and a generator that generates electric power by the rotational force of the rotor shaft. And a support member connected to the tower unit and supporting the wind turbine unit, wherein the plurality of wind turbine units are positioned below the first wind turbine unit and the first wind turbine unit. And the rotor diameter of the first windmill portion is shorter than the rotor diameter of the second windmill portion.
風は、地表の凹凸による摩擦で減速する。そのため、地表から離れた上空を吹く風は、摩擦の影響が抑制され、速度が速くなる。
上記構成では、上方に位置する第１風車部のロータ直径が、第２風車部のロータ直径よりも小さい。このように、速度が速い風を受ける第１風車部のロータ直径が第２風車部のロータ直径よりも小さいので、第１風車部のロータ直径を第２風車部のロータ直径に合わせた長さとした構成と比較して、第１風車部に作用するスラスト力が低減する。上方に位置する第１風車部に作用するスラスト力が低減することで、タワー部の基部（すなわち、タワーの下端部）において生じるモーメントが小さくなり、タワー部の基部に作用する荷重が低減する。したがって、タワー部に作用する応力の増大を抑制することができる。また、タワー部に作用する応力の増大を抑制することができるので、タワー部の構造を簡素化し、コスト（ＣＯＥ：Ｃｏｓｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ）を低減することができる。
The wind is decelerated by friction due to surface irregularities. Therefore, the wind blowing away from the ground surface is less affected by friction and has a higher speed.
In the above configuration, the rotor diameter of the first wind turbine portion located above is smaller than the rotor diameter of the second wind turbine portion. As described above, since the rotor diameter of the first wind turbine portion that receives high-speed wind is smaller than the rotor diameter of the second wind turbine portion, the rotor diameter of the first wind turbine portion matches the rotor diameter of the second wind turbine portion The thrust force acting on the first wind turbine portion is reduced as compared with the configuration described above. By reducing the thrust force acting on the first wind turbine portion located above, the moment generated at the base portion of the tower portion (that is, the lower end portion of the tower) is reduced, and the load acting on the base portion of the tower portion is reduced. Therefore, an increase in stress acting on the tower portion can be suppressed. Moreover, since the increase in stress acting on the tower portion can be suppressed, the structure of the tower portion can be simplified, and the cost (COE: Cost of Energy) can be reduced.
また、本発明の一態様に係る風力発電装置は、前記第１風車部のロータ直径及び前記第２風車部のロータ直径は、各前記風車部が所定の風速の風を受けた際に、前記第１風車部の前記発電機の回転数である第１回転数と、前記第２風車部の前記発電機の回転数である第２回転数とが略同一となるように設定され、前記第１回転数及び前記第２回転数は定格回転数であってもよい。 In the wind turbine generator according to one aspect of the present invention, the diameter of the rotor of the first wind turbine unit and the diameter of the rotor of the second wind turbine unit may be different from each other when each wind turbine unit receives wind of a predetermined wind speed. The first number of rotations, which is the number of rotations of the generator of the first wind turbine portion, and the second number of rotations, which is the number of rotations of the generator of the second wind turbine portion, are set to be substantially the same. One revolution and the second revolution may be rated revolutions.
上記構成では、風力発電装置に所定の風速の風が吹いた場合に、第１風車部の発電機の回転数と、第２風車部の前記発電機の回転数とが略同一となる。すなわち、第１風車部の発電機の出力と、第２風車部の発電機との出力とが略同一となる。これにより、第１風車部及び第２風車部間において、発電機及び発電機の後流側の装置を共通化することができる。したがって、第１風車部と第２風車部とにおいて異なった種類の発電機等を採用する場合と比較して、イニシャルコストを低減することができる。また、装置等の共通化を図ることによって、メンテナンス性を向上させることができるので、ランニングコストも低減することができる。
なお、所定の風速とは、風速の高度分布に基づいて決定してもよい。
また、上記構成では、第１風車部の発電機及び第２風車部の発電機が、定格回転数で回転するので、各風車部の発電機の能力を最大限引き出すことができる。
In the above configuration, when wind having a predetermined wind velocity blows on the wind turbine, the rotational speed of the generator of the first wind turbine unit and the rotational speed of the generator of the second wind turbine unit become substantially the same. That is, the output of the generator of the first wind turbine unit and the output of the generator of the second wind turbine unit are substantially the same. Thus, the generator and the device on the downstream side of the generator can be shared between the first and second wind turbines. Therefore, the initial cost can be reduced as compared with the case where different types of generators and the like are employed in the first and second wind turbines. In addition, by achieving commonality of devices and the like, the maintainability can be improved, and therefore the running cost can be reduced.
The predetermined wind speed may be determined based on the altitude distribution of the wind speed.
Further, in the above configuration, the generator of the first wind turbine unit and the generator of the second wind turbine unit rotate at the rated rotational speed, so that the capability of the generator of each wind turbine unit can be maximized.
また、本発明の一態様に係る風力発電装置は、前記第１風車部のロータ直径及び前記第２風車部のロータ直径は、各前記風車部が所定の風速の風を受けた際に、前記第１風車部に作用するスラスト力と、前記第２風車部に作用するスラスト力とが略同一となるように設定されてもよい。 In the wind turbine generator according to one aspect of the present invention, the diameter of the rotor of the first wind turbine unit and the diameter of the rotor of the second wind turbine unit may be different from each other when each wind turbine unit receives wind of a predetermined wind speed. The thrust force acting on the first wind turbine portion may be set to be substantially the same as the thrust force acting on the second wind turbine portion.
上記構成では、風力発電装置に所定の風速の風が吹いた場合に、第１風車部に作用するスラスト力と、前記第２風車部に作用するスラスト力とが略同一となる。このように、第１風車部と第２風車部とに作用するスラスト力が略同一である場合には、第１風車部及び第２風車部を支持する支持構造を同様のものとすることができる。これにより、第１風車部及び第２風車部間で、支持構造を共通化することができるので、第１風車部と第２風車部とにおいて異なった支持構造を採用する場合と比較して、イニシャルコストを低減することができる。また、支持構造の共通化を図ることによって、メンテナンス性を向上させることができるので、ランニングコストも低減することができる。
なお、所定の風速とは、風速の高度分布に基づいて決定してもよい。
また、第１風車部と第２風車部とに作用するスラスト力を略同一とすることで、支持構造のメンテナンス時期や寿命を比較的近くすることができるので、よりメンテナンス性を向上させることができる。
In the above configuration, when wind of a predetermined wind speed blows on the wind turbine, the thrust force acting on the first wind turbine portion and the thrust force acting on the second wind turbine portion become substantially the same. Thus, when the thrust forces acting on the first and second wind turbines are substantially the same, the support structure for supporting the first and second wind turbines may be the same. it can. As a result, since the support structure can be made common between the first and second wind turbines, as compared with the case where different support structures are adopted in the first and second wind turbines, Initial cost can be reduced. In addition, the maintenance property can be improved by achieving the common support structure, so that the running cost can be reduced.
The predetermined wind speed may be determined based on the altitude distribution of the wind speed.
Further, by making the thrust forces acting on the first windmill part and the second windmill part substantially the same, the maintenance timing and the life of the support structure can be made relatively close, so that the maintenance performance can be further improved. it can.
また、本発明の一態様に係る風力発電装置は、前記第１風車部のロータ直径及び前記第２風車部のロータ直径は、各々、導入される風の所定の風速に基づいて、前記第１風車部の周速と、前記第２風車部の周速とが略同一となるように設定されてもよい。 In the wind turbine generator according to one aspect of the present invention, the rotor diameter of the first wind turbine unit and the rotor diameter of the second wind turbine unit may each be determined based on a predetermined wind speed of the introduced wind. The circumferential speed of the wind turbine may be set to be substantially the same as the circumferential speed of the second wind turbine.
また、本発明の一態様に係る風力発電装置は、前記第１風車部のロータ直径及び前記第２風車部のロータ直径は、各々、導入される風の所定の風速に基づいて、前記第１風車部の出力と、前記第２風車部の出力とが略同一となるように設定されてもよい。 In the wind turbine generator according to one aspect of the present invention, the rotor diameter of the first wind turbine unit and the rotor diameter of the second wind turbine unit may each be determined based on a predetermined wind speed of the introduced wind. The output of the wind turbine unit and the output of the second wind turbine unit may be set to be substantially the same.
本発明によれば、タワー部に作用する応力の増大を抑制することができる。 According to the present invention, an increase in stress acting on the tower portion can be suppressed.
以下に、本発明に係る風力発電装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る風力発電装置１は、１つのタワー部２と、タワー部２に接続された複数の支持部材３と、各支持部材３に設置された風車部４などを備える。風力発電装置１は、発生した電力を電力系統へ送電するために系統連系されており、陸上又は洋上に設置される。
Hereinafter, an embodiment of a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the
タワー部２は、一方向に長い構造を有し、軸方向が設置面に対して垂直方向となるようにタワー部２の基礎部（基部）５が設置面に設けられる。タワー部２は、複数の長尺状部材等が組み合わされて構成される。タワー部２の詳細については後述する。
The
支持部材３は、例えば一方向に長い部材であり、一端側である基部がタワー部２と接続され、他端側である先端側において風車部４を支持する。１本の支持部材３に、１台の風車部４が設置される場合、風車部４と同数の支持部材３がタワー部２に接続される。支持部材３は、円柱状等の長尺状部材でもよいし、複数の部材が組み合わされたトラス構造を有する部材でもよい。また、支持部材３は、圧縮力を主に負担する長尺状部材３ａと、引張力を負担するワイヤ部材３ｂなどから構成されてもよく、必要な剛性、強度を有すれば形状はこれらに限らない。本実施形態では、長尺状部材３ａとワイヤ部材３ｂとを有する構成となっている。
The support member 3 is, for example, a member elongated in one direction, and a base on one end side is connected to the
各支持部材３に設置された風車部４は、ナセル６と、ロータ軸７と、ナセル６に収容される発電機と、ロータ軸７の先端に設置されたハブ９に設けられた複数枚（例えば３枚）の翼８などを有する。ロータ軸７と、ハブ９と、複数枚の翼８とで、ロータ１１を構成している。また、本実施形態に係る風力発電装置１は、翼８がタワー部２やナセル６の風上側に配置されるいわゆるアップウィンド式の風力発電装置である。
The
ナセル６は、支持部材３の上部又は下部に設置され、内部に増速機（図示省略）、発電機（図示省略）などを備える。ナセル６の一端側には、ハブ９が設けられる。ロータ軸７は、ほぼ水平な軸線周りに回転可能である。ロータ軸７の一端側には、ハブ９が設けられる。ロータ軸７の他端側は、例えば直接的に発電機に接続され、又は、増速機若しくは油圧ポンプ・油圧モータを介して発電機に接続される。発電機は、ロータ軸７が軸周りに回転することによって生じる回転力によって駆動し発電する。
The
翼８は、ハブ９において、放射状に複数枚取り付けられる。複数枚の翼８は、風を受けることによって、ロータ軸７を中心にして回転する。翼８は、ピッチ制御用の旋回輪軸受を介してハブ９に接続され、翼長方向に延在する翼軸周りに回動可能である。これにより、翼８のピッチ角が調整される。
A plurality of wings 8 are attached radially at the
ナセル６は、支持部材３に対して略水平面上で旋回して、ハブ９の方向を風向きに合わせ、翼８の回転面を風向きに正対させる。ナセル６が略水平面上で旋回することをヨー（yaw）旋回という。ナセル６は、ナセル６と支持部材３に接続されたヨー旋回輪軸受を介して旋回する（第１ヨー旋回）。
The
支持部材３には、タワー部２と接続される接続部１０が設けられる。接続部１０は、タワー部２の周囲に設けられ、例えばリング形状を有する。支持部材３は、支持部材３の接続部１０を介してタワー部２と接続される。タワー部２は、接続部１０を介してのみ支持部材３から伝達される荷重を受け、他の部分では、支持部材３から伝達される荷重を受けない。また、接続部１０は、軸受構造などを備えて、略水平面内においてタワー部２の周囲にて回動可能な構成を有している。
The support member 3 is provided with a
これにより、接続部１０は、略水平面内においてタワー部２の周囲にて回動可能であるため、接続部１０と接続された支持部材３に支持された各風車部４も、水平面内においてタワー部２の周囲にて回動し、風車部４はヨー（yaw）旋回が可能である（第２ヨー旋回）。
Thereby, since the
本実施形態に係る風力発電装置１は、４つの風車部４を有している。４つの風車部４は、２つの下段風車部（第２風車部）４Ｂと、下段風車部４Ｂよりも上方に位置する２つの上段風車部（第１風車部）４Ａとで構成されている。
The
２つの下段風車部４Ｂは、水平方向に並んで配置されている。また、下段風車部４Ｂは、地面から高さｈ２の位置に設けられ、下段風車部４Ｂのロータ１１Ｂのロータ直径は、Ｄ２に設定されている。
２つの上段風車部４Ａは、水平方向に並んで配置されている。また、上段風車部４Ａは、地面から高さｈ１の位置に設けられ、上段風車部４Ａのロータ１１Ａのロータ直径は、Ｄ１に設定されている。
なお、ロータ直径とは、風車部４の翼８がロータ軸７を中心として回転した際の、翼８の外端部の回転軌跡の直径を意味している。図１では、各風車部４の翼８の外端部の回転軌跡を１点鎖線で示している。また、風車部４の高さとは、地表面１３から風車部４のハブ９の中心までの最短距離を意味している。
The two
The two upper
The rotor diameter means the diameter of the rotation trajectory of the outer end portion of the wing 8 when the wing 8 of the
上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１は、下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２よりも小さく設定されている。換言すれば、上段風車部４Ａの翼８Ａの翼長が、下段風車部４Ｂの翼８Ｂの翼長よりも短く設定され、上段風車部４Ａの受風面積が下段風車部４Ｂの受風面積よりも小さく設定されている。
また、上段風車部４Ａと下段風車部４Ｂとは、ロータ１１のみが異なっており、その他の装置（ナセル６や発電機等）は、同じ装置が設けられおり、上段風車部４Ａと下段風車部４Ｂ間で共通化されている。
The rotor diameter D1 of the upper stage
The upper
次に、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２の設定方法について説明する。
Next, a method of setting the rotor diameter D1 of the upper
上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２は、各風車部４に導入される風の所定の風速に基づいて設定される。すなわち、本実施形態では、各風車部４毎に、導入される風速を応じて、ロータ直径Ｄ１，Ｄ２を設定している。
図２に示すように、一般に、風は地表の凹凸（地表面の粗度）による摩擦で減速するため、地表から離れると（すなわち、高度が上がると）風速が速くなる。このため、本実施形態に係る風力発電装置１では、各風車部４のロータ直径Ｄ１，Ｄ２を設定する際に考慮する所定の風速は、風速の高度分布に基づいて決定する。
具体的には、下段風車部４Ｂの高度はｈ２であるので（図１参照）、高度分布から下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２は、風速Ｖ２に基づいて設定される。また、上段風車部４Ａの高度はｈ１であるので、高度分布から上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１は、風速Ｖ１に基づいて設定される。なお、図２からもわかるように、Ｖ１＞Ｖ２の関係にある。
すなわち、風力発電装置１に対して風が吹いた場合に、風速の高度分布により、上段風車部４Ａに導入される風の風速が下段風車部４Ｂに導入される風の風速より速くなる。
The rotor diameter D1 of the upper stage
As shown in FIG. 2, in general, the wind is decelerated by friction due to surface irregularities (roughness of the ground surface), so that the wind speed becomes faster as it goes away from the ground surface (that is, as the altitude increases). For this reason, in the
Specifically, since the height of the lower
That is, when the wind blows on the
また、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２は、各風車部４が所定の風速の風を受けた際の、上段風車部４Ａの発電機の回転数（第１回転数）と、下段風車部４Ｂの発電機の回転数（第２回転数）とが略同一となるように設定される。換言すれば、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２は、所定の風速の風を受けた際の、出力特性が略同一となるように設定される。
すなわち、各風車部４のロータ直径Ｄ１，Ｄ２は、上段風車部４Ａが風速Ｖ１の風を受けた際に、上段風車部４Ａの発電機が回転する回転数と、下段風車部４Ｂが風速Ｖ２の風を受けた際に下段風車部４Ｂの発電機が回転する回転数とが略同一となるように設定されている。
一般に、風車部４が受ける風の風速が速いほど発電機の回転数は上昇し、また、風車部４のロータ直径が大きいほど発電機の回転数は上昇する。したがって、Ｖ１＞Ｖ２の関係にある本実施形態の場合には、Ｄ１＜Ｄ２となる。
The rotor diameter D1 of the upper
That is, the rotor diameters D1 and D2 of each of the
In general, as the wind speed of the wind received by the
また、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２を設定する際に用いられるこの回転数は、上段風車部４Ａ及び下段風車部４Ｂに設けられた発電機の定格回転数となっている。
The number of revolutions used when setting the rotor diameter D1 of the upper
以上のように、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２を設定することで、本実施形態に係る風力発電装置１では、上段風車部４Ａに対して風速Ｖ１の風が導入されると、上段風車部４Ａの発電機は定格回転数で回転し、下段風車部４Ｂに対して風速Ｖ２の風が導入されると、下段風車部４Ｂの発電機は定格回転数で回転する。
As described above, by setting the rotor diameter D1 of the upper
本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
上述のように、風は、地表の凹凸による摩擦で減速する。そのため、地表から離れた上空を吹く風は、摩擦の影響が抑制され、速度が速くなる（図２参照）。
本実施形態では、上方に位置する上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１が、下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２よりも小さい。このように、速度が速い風を受ける上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１が下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２よりも小さいので、上段風車部４Ａ及び下段風車部４Ｂのロータ直径をともにＤ２とした構成と比較して、上段風車部４Ａに作用するスラスト力が低減する。上方に位置する上段風車部４Ａに作用するスラスト力が低減することで、タワー部２の基礎部５において生じるモーメントが小さくなり、タワー部２の基礎部５に作用する荷重が低減する。したがって、タワー部２に作用する応力の増大を抑制することができる。また、タワー部２に作用する応力の増大を抑制することができるので、タワー部２の構造を簡素化し、コスト（ＣＯＥ：Ｃｏｓｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ）を低減することができる。
According to the present embodiment, the following effects are achieved.
As described above, the wind is decelerated by the friction due to the unevenness of the ground surface. Therefore, the wind blowing away from the ground surface is less affected by friction and has a higher speed (see FIG. 2).
In the present embodiment, the rotor diameter D1 of the upper stage
また、本実施形態では、風力発電装置１に所定の風速の風が吹いた場合に、上段風車部４Ａの発電機の回転数と、下段風車部４Ｂの発電機の回転数とが略同一となる。すなわち、上段風車部４Ａの発電機の出力と、下段風車部４Ｂの発電機との出力とが略同一となる。これにより、上段風車部４Ａ及び下段風車部４Ｂ間において、発電機及び発電機の後流側の装置を共通化することができる。したがって、上段風車部４Ａと下段風車部４Ｂとで、異なった種類の発電機等を採用する場合と比較して、イニシャルコストを低減することができる。また、装置等の共通化を図ることによって、メンテナンス性を向上させることができるので、ランニングコストも低減することができる。
Further, in the present embodiment, when wind having a predetermined wind velocity is blown to the
また、本実施形態では、所定の風速の風を受けた場合に、上段風車部４Ａの発電機及び下段風車部４Ｂの発電機が定格回転数で回転する。
上段の風車部及び下段の風車部のロータ直径を同一とした場合、導入される風の風速の差により、上段の風車部の発電機の回転数と、下段の風車部の発電機の回転数とが異なる。したがって、同一の発電機等を用いた場合、両方の風車部の発電機の回転数を定格回転数とすることができない。仮に、上段の風車部及び下段の風車部のロータ直径を、上段の風車部の発電機の回転数が定格回転数となるように設定した場合、上段の風車部よりも風速の遅い風が導入される下段の風車部の発電機では、定格回転数よりも低い回転数で発電機が回転する。したがって、下段の風車部での発電効率が低下する。また、仮に、上段の風車部及び下段の風車部のロータ直径を、下段の風車部の発電機の回転数が定格回転数となるように設定した場合、下段の風車部よりも風速の速い風が導入される上段の風車部には、定格回転数で回転する風速よりも早い風速の風が導入されることとなる。これにより、下段の風車部では、エネルギーのロスが発生してしまう。
一方、本実施形態では、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１と下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２とを異なる直径として、所定の風速の風を受けた場合に、上段風車部４Ａの発電機及び下段風車部４Ｂの発電機が定格回転数で回転するので、発電効率の低下を抑制しつつ、エネルギーのロスの発生も抑制することができる。
Further, in the present embodiment, when the wind having a predetermined wind speed is received, the generator of the upper
When the rotor diameters of the upper wind turbine and the lower wind turbine are the same, the rotational speed of the generator of the upper wind turbine and the rotational speed of the lower wind turbine are determined by the difference in wind speed of the introduced wind. It is different. Therefore, when the same generator etc. are used, the rotation speed of the generator of both windmill parts can not be made into a rated rotation speed. Assuming that the rotor diameters of the upper wind turbine unit and the lower wind turbine unit are set such that the rotational speed of the generator of the upper wind turbine unit becomes the rated rotation speed, a wind whose wind speed is slower than that of the upper wind turbine unit is introduced. In the lower-stage windmill generator, the generator rotates at a rotational speed lower than the rated rotational speed. Therefore, the power generation efficiency in the lower wind turbine unit is reduced. In addition, if the rotor diameters of the upper wind turbine unit and the lower wind turbine unit are set such that the rotational speed of the generator of the lower wind turbine unit becomes the rated rotation speed, the wind speed is faster than that of the lower wind turbine unit. In the upper stage of the wind turbine unit into which is introduced, wind having a wind speed faster than the wind speed rotating at the rated rotation speed is introduced. As a result, energy loss occurs in the lower wind turbine unit.
On the other hand, in the present embodiment, when the rotor diameter D1 of the upper stage
また、一般に、風力発電装置に用いるロータには、ロータ直径に基づいて規格化された４種類（クラスI、クラスII等）のロータがある。規格化された４種類のロータの中には、定格風速（発電機を定格で回転させる風速）が１０％程度異なるロータ直径のものがある（例えば、クラスIの定格風速は、クラスIIの定格風速よりも１０％程度速くなっている）。
風力発電装置１として、風車部４を４つ備え、それぞれの風車部４の定格出力を４ＭＷとした場合には、例えば、下段風車部４Ｂの高さｈ２は略８０ｍとなり、上段風車部４Ａの高さｈ１は略２００ｍとなる。このとき、風速の高度分布（図２参照）から、高度２００ｍでの風速は、高度８０ｍでの風速よりも、略１０％程度速くなっている。
これにより、上段風車部４ＡにクラスIのロータを用いるとともに、下段風車部４ＢにクラスIIのロータを用いることで、上段風車部４Ａ及び下段風車部４Ｂの発電機の回転数（すなわち、出力特性）が同一となる。
したがって、このような場合には、上段風車部４Ａ及び下段風車部４Ｂに対して、規格化されたロータを採用することができる。規格化されたロータを採用することができる場合には、新たにロータの設計等を行う必要がないため、コストを低減することができる。
Also, in general, there are four types (class I, class II, etc.) of rotors standardized based on the rotor diameter in a rotor used for a wind turbine. Among the four types of standardized rotors, there are rotor diameters that differ by about 10% in rated wind speed (speed at which the generator is rotated at rated) (for example, rated wind speed in class I is rated in class II) It is about 10% faster than the wind speed).
When four
Thereby, while using a rotor of class I for upper
Therefore, in such a case, standardized rotors can be adopted for the upper stage
なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。 The present invention is not limited to the invention according to the above-described embodiment, and appropriate modifications can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、上記実施形態では、上段風車部４Ａの発電機の回転数と、下段風車部４Ｂの発電機の回転数とが略同一となるように、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２を設定していたが、各風車部４のロータ直径の設定基準はこれに限定されない。
例えば、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２は、各々、導入される風の所定の風速に基づいて、上段風車部４Ａに作用するスラスト力と、下段風車部４Ｂに作用するスラスト力とが略同一となるように設定してもよい。
For example, in the above embodiment, the rotor diameter D1 of the upper
For example, the rotor diameter D1 of the upper stage
このような構成とすることで、風力発電装置１に所定の風速の風が吹いた場合に、上段風車部４Ａに作用するスラスト力と、下段風車部４Ｂに作用するスラスト力とが略同一となる。このように、上段風車部４Ａと下段風車部４Ｂとに作用するスラスト力が略同一である場合には、上段風車部４Ａ及び下段風車部４Ｂを支持する支持構造（支持部材３等）を同様のものとすることができる。これにより、上段風車部４Ａ及び下段風車部４Ｂ間で、支持構造を共通化することができるので、上段風車部４Ａと下段風車部４Ｂとにおいて異なった支持構造を採用する場合と比較して、イニシャルコストを低減することができる。また、支持構造の共通化を図ることによって、メンテナンス性を向上させることができるので、ランニングコストも低減することができる。
また、上段風車部４Ａと下段風車部４Ｂとに作用するスラスト力を略同一とすることで、支持構造のメンテナンス時期や寿命を比較的近くすることができるので、よりメンテナンス性を向上させることができる。
With such a configuration, the thrust force acting on the upper
Further, by making the thrust forces acting on the upper stage
また、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２は、各々、導入される風の所定の風速に基づいて、上段風車部４Ａの周速と、下段風車部４Ｂの周速とが略同一となるように設定されてもよい。ここでいう周速とは、各風車部４の翼８の外周端部（先端部）の回転（移動）速度を意味している。
また、上段風車部４Ａのロータ直径Ｄ１及び下段風車部４Ｂのロータ直径Ｄ２は、各々、導入される風の所定の風速に基づいて、上段風車部４Ａの出力と、下段風車部４Ｂの出力とが略同一となるように設定されてもよい。
Further, the rotor diameter D1 of the upper
Further, the rotor diameter D1 of the upper stage
また、本実施形態では、上段風車部４Ａと下段風車部４Ｂの２段構成の風力発電装置１について説明したが、図３に示すように、風力発電装置１’の風車部４を３段以上としてもよい。３段以上とした場合には、例えば、図３に示すように、上段の風車部４ほどロータ直径を小さく設定してもよい。この時、最上段の風車部４Ｃにおける翼８Ｃの翼長及びロータ１１Ｃのロータ直径Ｄ３は、設置高度ｈ３に応じた風速の風が導入された際の発電機の回転数が、他の風車部４の発電機の回転数と略同一となるように設定される。
なお、３段以上の風車部４を有する構成とした場合、必ずしも図３で示すように、上段の風車部４ほどロータ直径を小さく設定する必要はない。
Moreover, although this embodiment demonstrated the two-stage
In addition, when it is set as the structure which has three or more steps | paragraphs of
また、本実施形態では、アップウィンド式の風力発電装置１について説明したが、本発明は、翼８がタワー部２やナセル６の風下側に配置されるいわゆるダウンウィンド式の風力発電装置にも適用可能である。
Further, although the upwind
１ 風力発電装置
２ タワー部
３ 支持部材
４ 風車部
４Ａ 上段風車部（第１風車部）
４Ｂ 下段風車部（第２風車部）
５ 基礎部（基部）
６ ナセル
７ ロータ軸
８ 翼
９ ハブ
１０ 接続部
１１ ロータ
DESCRIPTION OF
4B Lower stage windmill part (2nd windmill part)
5 Base (base)
6
Claims (5)
ロータ軸と、前記ロータ軸に設けられた翼と、前記ロータ軸の回転力によって発電する発電機とをそれぞれ有する複数の風車部と、
前記タワー部と接続され、前記風車部を支持する支持部材と、
を備える風力発電装置であって、
複数の前記風車部は、第１風車部と、該第１風車部よりも下方に位置する第２風車部とを有し、
前記第１風車部のロータ直径は、前記第２風車部のロータ直径よりも小さい風力発電装置。 The tower section,
A plurality of wind turbines each having a rotor shaft, a blade provided on the rotor shaft, and a generator that generates electric power by the rotational force of the rotor shaft;
A support member connected to the tower portion and supporting the wind turbine portion;
A wind power generator comprising
The plurality of wind turbine units includes a first wind turbine unit and a second wind turbine unit positioned below the first wind turbine unit,
The diameter of a rotor of said 1st windmill part is a wind power generator whose diameter is smaller than the rotor diameter of said 2nd windmill part.
前記第１回転数及び前記第２回転数は定格回転数である請求項１に記載の風力発電装置。 The rotor diameter of the first wind turbine unit and the rotor diameter of the second wind turbine unit are each a first rotation that is the number of revolutions of the generator of the first wind turbine unit based on a predetermined wind speed of the introduced wind. And the second number of rotations, which is the number of rotations of the generator of the second wind turbine unit, is set to be substantially the same.
The wind turbine generator according to claim 1, wherein the first rotation speed and the second rotation speed are rated rotation speeds.
The rotor diameter of the first wind turbine unit and the rotor diameter of the second wind turbine unit are respectively an output of the first wind turbine unit and an output of the second wind turbine unit based on a predetermined wind speed of the introduced wind. The wind turbine generator according to claim 1, wherein the wind turbines are set to be substantially the same.
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