JP2023072587A - Sea-based wind power generation system, sea-based wind power generation method, and sea-based wind power generation program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、水上風力発電技術に関する。 Embodiments of the present invention relate to floating wind power generation technology.
上流側の風力発電装置の影響で下流側の風力発電装置の発電出力が低下する風車ウエイクという現象がある。従来、浮体で風力発電装置を洋上に浮かべた洋上ウインドファームにおいて、風力発電装置の係留索を巻取装置で巻き取ってその位置を調整し、上流側の風力発電装置の真後ろに下流側の風力発電装置が設置されないようにする技術が知られている。しかし、流体が関与する現象は複雑であり、複数の風車ウエイクが相互に干渉する場合もある。そのため、単に上流側の風力発電装置の真後ろに下流側の風力発電装置が設置されているか否かだけで発電出力が決まるものではない。例えば、下流側の風力発電装置を、上流側の風力発電装置の真後ろから、ずらすことによって、発電出力がより著しく低下する場合もある。 There is a phenomenon called wind turbine wake, in which the power output of the downstream wind power generator is reduced due to the influence of the wind power generator on the upstream side. Conventionally, in an offshore wind farm in which a wind power generator floats on the sea with a floating body, the mooring cable of the wind power generator is wound with a winder to adjust its position, and the wind power generator on the downstream side is directly behind the wind power generator on the upstream side. Techniques are known to prevent the installation of power generators. However, phenomena involving fluids are complex and multiple wind turbine wakes may interfere with each other. Therefore, the power output is not determined simply by whether or not the downstream wind turbine generator is installed directly behind the upstream wind turbine generator. For example, by displacing the downstream wind turbine generator from directly behind the upstream wind turbine generator, the power output may be significantly reduced.
本発明が解決しようとする課題は、風車ウエイクの影響で生じる発電出力の低下を抑制することができる水上風力発電技術を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a water-based wind power generation technology capable of suppressing a decrease in power generation output caused by wind turbine wakes.
本発明の実施形態に係る水上風力発電システムは、浮体により水上に浮かべられた複数の風力発電装置の位置を計測する位置計測機器から前記風力発電装置の位置を示す位置情報を取得する位置情報取得部と、水上の風向を計測する少なくとも１つの風向計から前記風向を示す風向情報を取得する風向情報取得部と、水上の風速を計測する少なくとも１つの風速計から前記風速を示す風速情報を取得する風速情報取得部と、前記位置情報と前記風向情報と前記風速情報に基づいて、風車ウエイクがそれぞれの前記風力発電装置に与える影響を評価する風車ウエイク評価部と、前記風車ウエイクの評価に応じて少なくとも一部の前記風力発電装置のレイアウトを変更するためのレイアウト情報を生成するレイアウト生成部と、を備える。 A waterborne wind power generation system according to an embodiment of the present invention acquires position information indicating the positions of a plurality of wind power generation devices from a position measuring device that measures the positions of a plurality of wind power generation devices floated on the water by a floating body. a wind direction information acquisition unit that acquires wind direction information indicating the wind direction from at least one anemoscope that measures the wind direction above water; and acquires wind speed information that indicates the wind speed from at least one anemometer that measures wind speed above water. a wind speed information acquisition unit that performs the wind speed information acquisition, a wind turbine wake evaluation unit that evaluates the influence of the wind turbine wake on each of the wind turbine generators based on the position information, the wind direction information, and the wind speed information; and a layout generation unit that generates layout information for changing the layout of at least a part of the wind turbine generator.
本発明の実施形態により、風車ウエイクの影響で生じる発電出力の低下を抑制することができる水上風力発電技術が提供される。 Embodiments of the present invention provide a water-based wind power generation technology capable of suppressing a decrease in power generation output caused by wind turbine wakes.
（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、水上風力発電システム、水上風力発電方法および水上風力発電プログラムの実施形態について詳細に説明する。まず、第１実施形態について図１から図６を用いて説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of a water wind power generation system, a water wind power generation method, and a water wind power generation program will be described in detail with reference to the drawings. First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.
図１の符号１は、第１実施形態の水上風力発電システムである。この水上風力発電システム１は、沖合の海洋３上に浮かべられた複数の水上風力発電装置２を備える。水上風力発電装置２とは、風Ｗの力を利用して風車を回し、その回転運動により発電を行うものである。多数の水上風力発電装置２が林立して設けられることで、洋上ウインドファームが構築されている。例えば、それぞれの水上風力発電装置２の間の距離が、等間隔になるように平面視で格子状に配置されている。
ここで、上流側（風上側）の水上風力発電装置２の影響で下流側（風下側）の水上風力発電装置２の発電出力が低下する風車ウエイクという現象がある。洋上ウインドファームでは、風車ウエイクによる発電損失の影響が大きく、発電出力が低下してしまう。特に、日本国内で計画されている洋上ウインドファームでは、欧州の洋上ウインドファームと比較して、水上風力発電装置２同士の間の距離が短く、風車ウエイクのリスクが高い。
Here, there is a phenomenon called a wind turbine wake in which the power output of the downstream (leeward) surface
本実施形態の水上風力発電システム１では、少なくとも一部の水上風力発電装置２が移動し、水上風力発電装置２の平面視のレイアウト（図３）が適宜変更可能となっている。風況に応じて最適なレイアウトとすることで、風車ウエイクの影響で生じる発電出力の低下を抑制することができる。また、発電計画に沿った発電出力が得られるようになる。
In the waterborne wind
図２に示すように、水上風力発電装置２は、水上設備として、ハブ４を中心軸として回転する複数枚のブレード５を備える。これらのブレード５に風Ｗが当たることでハブ４を中心軸として回転し、ナセル６の内部に設けられた発電機（図示略）が発電を行う。本実施形態では、揚力型風車であり、かつ水平軸風車であるアップウインド型のプロペラ型風車を例示する。
As shown in FIG. 2, the waterborne
なお、ハブ４の内部には、ブレード５のピッチ角を変更する可変ピッチ機構（図示略）が設けられている。また、ナセル６の内部には、ブレーキ装置（図示略）などが設けられている。さらに、ナセル６の方位を変更する方位変更機構（図示略）なども設けられている。また、増速機（図示略）が設けられる場合もある。このナセル６は、海洋３上に立つタワー７の上部に設けられている。
A variable pitch mechanism (not shown) for changing the pitch angle of the blades 5 is provided inside the
また、水上風力発電装置２は、水中設備として、タワー７を海洋３上に浮かべるための浮体８と、浮体８を係留する係留索９と、発電した電力を陸地まで送るための送電ケーブル１０とを備える。
The water-based
なお、係留索９は、浮体８を海底に繋ぎとめる巨大な金属製のチェーンである。１つの浮体８に対して複数本の係留索９が設けられている。これらの係留索９の下端は、海底に固定されており、水上風力発電装置２が、浮体８により浮かんでいる状態であっても海流で流されずに済む。
The
また、水上風力発電装置２は、係留索９で定位置に完全に固定されているものではなく、所定の範囲内であれば水平方向に移動が可能である。つまり、係留索９は、水上風力発電装置２の移動が可能な程度の長さに調整されている。なお、水上風力発電装置２は、係留索９の巻き取りと送り出しを行う捲揚機（図示略）を備えても良い。
Moreover, the water-based
また、水上風力発電装置２は、水上風力発電装置２を水平方向に移動させる移動装置１１を備える。この移動装置１１は、浮体８の下部に取り付けられている。なお、移動装置１１は、浮体８の側部に取り付けられても良い。さらに、複数の移動装置１１が、浮体８に取り付けられても良い。
In addition, the water
移動装置１１は、例えば、水中で推進力を得るためのスクリュー１２と、このスクリュー１２を駆動させるモータ（図示略）と、スクリュー１２の向きを変更する推力変更機構（図示略）などで構成されている。なお、移動装置１１は、スクリュー１２以外の他の機構を用いて水上風力発電装置２を移動させるものでも良い。例えば、浮体８の上部または側部に、風Ｗを受けて浮体８を移動させるための帆または翼のような移動装置１１が取り付けられても良い。
The
また、移動装置１１は、水上風力発電装置２を水平方向に移動させるのみならず、水上風力発電装置２をヨー回転させても良い。
Further, the
また、１つの浮体８が１つの水上風力発電装置２に対応して設けられているが、１つの浮体８で複数の水上風力発電装置２を浮かべるものでも良い。
Also, although one
また、水上風力発電装置２は、現在の位置を計測する位置計測機器１３を備える。例えば、位置計測機器１３は、ナセル６の上部に設けられており、衛星測位システムから受信した電波に基づいて、水上風力発電装置２の現在の位置を計測する。
In addition, the water
また、水上風力発電装置２は、風車制御装置１４を備える。この風車制御装置１４は、例えば、ナセル６の方位の制御、ブレード５のピッチ角の制御、移動装置１１の制御を行うために設けられている。さらに、風車制御装置１４は、通信機器（図示略）を備えている。そして、風車制御装置１４は、位置計測機器１３で計測した水上風力発電装置２の現在の位置を示す位置情報を遠隔地（地上局）の本部にある管理コンピュータ３０（図５）に送信する。
In addition, the water
なお、本実施形態では、風車制御装置１４が自動的に水上風力発電装置２を制御する態様を例示するが、その他の態様であっても良い。例えば、風車制御装置１４は、水上風力発電システム１の管理者（ユーザ）の入力操作を受け付けて水上風力発電装置２を制御するようにしても良い。つまり、風車制御装置１４は、管理者の手動操作により水上風力発電装置２を制御するための遠隔操作装置でも良い。
In addition, in this embodiment, the mode in which the wind
図１に示すように、水上風力発電システム１は、海洋３上に浮かべられた複数の風況観測装置２０を備える。これらの風況観測装置２０は、海洋３上の風向と風速を観測するために設けられている。
As shown in FIG. 1 , the waterborne wind
図２に示すように、風況観測装置２０は、海洋３上に立つタワー２１と、タワー２１を海洋３上に浮かべるための浮体２２と、浮体２２を係留する係留索２３とを備える。さらに、風況観測装置２０は、海洋３上の風向を計測する風向計２４と、海洋３上の風速を計測する風速計２５とを備える。風向計２４と風速計２５は、タワー２１の上部に設けられている。
As shown in FIG. 2 , the wind
なお、本実施形態では、風向計２４と風速計２５が風況観測装置２０に設けられているが、その他の態様であっても良い。例えば、風向計２４と風速計２５が水上風力発電装置２に設けられていても良い。
Although the
風況観測装置２０は、通信機器（図示略）を備えている。そして、風況観測装置２０は、風向計２４で計測した風向を示す風向情報と、風速計２５で計測した風速を示す風速情報を、遠隔地（地上局）の本部にある管理コンピュータ３０（図５）に送信する。
The wind
本実施形態の水上風力発電システム１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現される管理コンピュータ３０で構成される。さらに、本実施形態の水上風力発電方法は、各種プログラムを管理コンピュータ３０に実行させることで実現される。
The waterborne wind
次に、管理コンピュータ３０のシステム構成を図５に示すブロック図を参照して説明する。この管理コンピュータ３０は、水上風力発電装置２と風況観測装置２０を統括的に管理する。
Next, the system configuration of the
管理コンピュータ３０は、通信部３１と入力部３２と出力部３３と記憶部３４と制御部３５とを備える。なお、管理コンピュータ３０の各構成は、必ずしも１つのコンピュータに設ける必要はない。例えば、これらの構成が、ネットワークで互いに接続された複数のコンピュータで実現されても良い。
The
通信部３１は、インターネットなどの通信回線を介して他のコンピュータと通信を行う。例えば、通信部３１は、水上風力発電装置２および風況観測装置２０と通信を行う。なお、本実施形態では、管理コンピュータ３０と他のコンピュータがインターネットを介して互いに接続されているが、その他の態様であっても良い。例えば、管理コンピュータ３０と他のコンピュータがＷＡＮ（Wide Area Network）または携帯通信網を介して互いに接続されても良い。
The
入力部３２には、管理コンピュータ３０を使用する管理者（ユーザ）の操作に応じて所定の情報が入力される。この入力部３２には、マウスまたはキーボードなどの入力装置が含まれる。つまり、これら入力装置の操作に応じて所定の情報が入力部３２に入力される。
Predetermined information is input to the
出力部３３は、所定の情報の出力を行う。管理コンピュータ３０には、解析結果の出力を行うディスプレイなどの画像の表示を行う装置が含まれる。つまり、出力部３３は、ディスプレイに表示される画像の制御を行う。なお、ディスプレイはコンピュータ本体と別体であっても良いし、一体であっても良い。
The
なお、本実施形態の管理コンピュータ３０は、ネットワークを介して接続される他のコンピュータが備えるディスプレイに表示される画像の制御を行っても良い。その場合には、他のコンピュータが備える出力部３３が、本実施形態の解析結果の出力の制御を行っても良い。
Note that the
なお、本実施形態では、画像の表示を行う装置としてディスプレイが例示されるが、その他の態様であっても良い。例えば、紙媒体に情報を印字するプリンタがディスプレイの替りとして用いられても良い。つまり、出力部３３が制御する対象として、プリンタが含まれても良い。
In addition, although a display is exemplified as a device for displaying an image in the present embodiment, other modes may be used. For example, a printer that prints information on a paper medium may be used as an alternative to the display. In other words, a printer may be included as a target controlled by the
記憶部３４は、水上風力発電システム１の制御に必要な各種情報を記憶する。例えば、記憶部３４には、位置情報、風向情報、風速情報、レイアウト情報などが記憶される。ここで、レイアウト情報は、水上風力発電装置２のレイアウトを変更するための情報である。
The
制御部３５は、管理コンピュータ３０を統括的に制御する。この制御部３５は、位置情報取得部３６と風向情報取得部３７と風速情報取得部３８と乱流強度計算部３９と風車ウエイク評価部４０と発電出力計算部４１とレイアウト生成部４２とを備える。これらは、メモリまたはＨＤＤに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで実現される。
The
図３に示すように、まず、それぞれの水上風力発電装置２の基準位置２Ａがあるものとする。ここで、所定の方向から風Ｗが吹いているものとし、この風Ｗの風向と風速を風況観測装置２０（図１）が観測する。これに基づいて、管理コンピュータ３０（図５）は、風車ウエイクの影響で生じる発電出力の低下を抑制するための最適な位置２Ｂを解析する。
As shown in FIG. 3, first, it is assumed that there is a
例えば、管理コンピュータ３０は、風車ウエイクの影響および風車ウエイクの相互作用を計算する。なお、この計算のために所定の工学モデル（モデルの数式）を予め設定しておき、風向と風速に応じて所定の解析結果が出力されるものでも良い。さらに、大気安定度と風向の変動が解析されても良い。
For example, the
また、基準となる水上風力発電装置２に与える風車ウエイクの影響を解析するときに、基準となる水上風力発電装置２の上流側の水上風力発電装置２から受ける風車ウエイクの影響のみならず、基準となる水上風力発電装置２の下流側の水上風力発電装置２に与える風車ウエイクの影響も解析される。そして、基準となる水上風力発電装置２の最適な位置２Ｂが解析される。なお、基準となる水上風力発電装置２は、基準位置２Ａに固定しつつ、その周囲の水上風力発電装置２を最適な位置２Ｂに移動させるものでも良い。
Further, when analyzing the influence of the wind turbine wake on the reference waterborne
そして、管理コンピュータ３０は、それぞれの水上風力発電装置２の最適な位置２Ｂを示すレイアウト情報を出力する。それぞれの水上風力発電装置２は、レイアウト情報に基づいて移動装置１１（図２）を制御して最適な位置２Ｂまで移動する。
The
図４に示すように、管理コンピュータ３０は、水平方向の風Ｗの流動のみならず、垂直方向（上下方向）の風Ｗの流動についても解析する。例えば、所定の水上風力発電装置２の後方側には、風車ウエイクの原因となる乱流領域Ｔが形成される。
As shown in FIG. 4, the
ここで、上流側の水上風力発電装置２により生じる乱流領域Ｔの上方の層Ｌから下方に向かって流れ込む気流Ｆが生じる場合がある。管理コンピュータ３０は、この気流Ｆが有する運動エネルギーが下流側の水上風力発電装置２に与える影響も解析する。例えば、この気流Ｆの乱流強度が高い領域を利用することができれば、風車ウエイクの影響が低減されるばかりか、下流側の水上風力発電装置２の発電出力を高められる場合がある。
Here, an airflow F may be generated that flows downward from the upper layer L of the turbulent region T generated by the upstream water
次に、第１実施形態の水上風力発電方法について図６のフローチャートを用いて説明する。なお、前述の図面を適宜参照する。以下のステップは、水上風力発電方法に含まれる少なくとも一部の処理であり、他のステップが水上風力発電方法に含まれていても良い。 Next, the water wind power generation method of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In addition, the aforementioned drawings will be referred to as appropriate. The following steps are at least part of the processing included in the method for generating wind power on water, and other steps may be included in the method for generating wind power on water.
まず、ステップＳ１において、それぞれの水上風力発電装置２の位置計測機器１３（図２）は、現在の位置を計測する。ここで、風車制御装置１４（図２）は、位置計測機器１３が計測した現在の位置を示す位置情報を管理コンピュータ３０（図５）に送信する。そして、ステップＳ４に進む。
First, in step S1, the position measuring device 13 (FIG. 2) of each water
ステップＳ１と並列に実行されるステップＳ２において、それぞれの風況観測装置２０の風向計２４（図２）は、海洋３上の風向を計測する。ここで、風況観測装置２０は、この風向を示す風向情報を管理コンピュータ３０に送信する。そして、ステップＳ５に進む。
In step S2, which is executed in parallel with step S1, the anemoscope 24 (FIG. 2) of each wind
ステップＳ１と並列に実行されるステップＳ３において、それぞれの風況観測装置２０の風速計２５（図２）は、海洋３上の風速を計測する。ここで、風況観測装置２０は、この風速を示す風速情報を管理コンピュータ３０に送信する。そして、ステップＳ６に進む。
In step S3, which is executed in parallel with step S1, the anemometer 25 (FIG. 2) of each wind
ステップＳ４において、管理コンピュータ３０の位置情報取得部３６（図５）は、それぞれの水上風力発電装置２から位置情報を取得する。そして、ステップＳ８に進む。
In step S<b>4 , the position information acquisition unit 36 ( FIG. 5 ) of the
ステップＳ５において、管理コンピュータ３０の風向情報取得部３７（図５）は、それぞれの風況観測装置２０から風向情報を取得する。そして、ステップＳ７とステップＳ８に進む。
In step S<b>5 , the wind direction information acquisition unit 37 ( FIG. 5 ) of the
ステップＳ６において、管理コンピュータ３０の風速情報取得部３８（図５）は、それぞれの風況観測装置２０から風速情報を取得する。そして、ステップＳ７とステップＳ８に進む。
In step S<b>6 , the wind speed information acquisition unit 38 ( FIG. 5 ) of the
ステップＳ７において、管理コンピュータ３０の乱流強度計算部３９（図５）は、風向情報と風速情報に基づいて、それぞれの水上風力発電装置２の下流側の乱流強度を計算する。そして、ステップＳ８に進む。
In step S7, the turbulence intensity calculator 39 (FIG. 5) of the
ステップＳ８において、管理コンピュータ３０の風車ウエイク評価部４０（図５）は、それぞれの水上風力発電装置２の位置情報に加えて、少なくとも風向情報と風速情報に基づいて、風車ウエイクがそれぞれの水上風力発電装置２に与える影響を評価する。
In step S8, the wind turbine wake evaluation unit 40 (FIG. 5) of the
追加的または代替的に、風車ウエイク評価部４０は、それぞれの水上風力発電装置２の位置情報に加えて、風向情報と風速情報と乱流強度に基づいて、風車ウエイクがそれぞれの水上風力発電装置２に与える影響を評価する。このようにすれば、乱流強度を含めて風車ウエイクの評価を行うことができる。
Additionally or alternatively, the wind turbine
この乱流強度の評価は、下流側の水上風力発電装置２に当たる気流Ｆ（図４）の運動エネルギーの評価を含む。このようにすれば、乱流強度が高い領域を利用して下流側の水上風力発電装置２の発電出力が高められる。
This turbulence intensity assessment includes an assessment of the kinetic energy of the airflow F (FIG. 4) impinging on the
次のステップＳ９において、管理コンピュータ３０の発電出力計算部４１（図５）は、風車ウエイクの影響を受けた場合のそれぞれの水上風力発電装置２の発電出力を計算する。ここで、発電出力計算部４１は、風車ウエイクの影響を受けた場合の水上風力発電装置２の発電出力の状態を模擬する。
In the next step S9, the power generation output calculation unit 41 (FIG. 5) of the
次のステップＳ１０において、管理コンピュータ３０のレイアウト生成部４２（図５）は、風車ウエイクの評価に応じて少なくとも一部の水上風力発電装置２のレイアウト（位置）を変更するためのレイアウト情報を生成する。
In the next step S10, the layout generation unit 42 (FIG. 5) of the
次のステップＳ１１において、レイアウト生成部４２は、生成されたレイアウト情報に基づいて少なくとも一部の水上風力発電装置２が移動した場合に、それぞれの水上風力発電装置２の発電出力の減少量の合計が最小になるか否かを判定する。ここで、発電出力の減少量の合計が最小になる場合（ステップＳ１１でＹＥＳの場合）は、ステップＳ１２に進む。一方、発電出力の減少量の合計が最小にならない場合（ステップＳ１１でＮＯの場合）は、ステップＳ１３に進む。
In the next step S11, the
つまり、レイアウト生成部４２は、それぞれの水上風力発電装置２の発電出力の減少量の合計が最小になるレイアウト情報を生成する。なお、ステップＳ１１の判定は、いくつかのパターン（例えば、１００パターン）のレイアウト情報を生成し、その中で発電出力の減少量の合計が最小になるレイアウト情報を選択するものでも良い。また、発電出力の減少量の合計が最小になるレイアウト情報が生成されるまで、ステップＳ８からステップＳ１１を繰り返すものでも良い。
In other words, the
なお、レイアウト生成部４２でレイアウト情報が生成される場合には、係留索９によって規定される水上風力発電装置２の移動可能な範囲、または水上風力発電装置２同士が干渉しない範囲などを制約条件として計算が行われる。
Note that when the layout information is generated by the
ステップＳ１２において、レイアウト生成部４２は、発電出力の減少量の合計が最小になるレイアウト情報を出力する。ここで、管理コンピュータ３０は、このレイアウト情報をそれぞれの水上風力発電装置２に送信する。そして、ステップＳ１４に進む。
In step S12, the
一方、ステップＳ１３において、レイアウト生成部４２は、レイアウト情報における水上風力発電装置２の位置を修正する。そして、ステップＳ８に戻る。ここで、風車ウエイク評価部４０は、修正後の水上風力発電装置２の位置に基づいて、再び風車ウエイクの評価を行う。
On the other hand, in step S13, the
ステップＳ１４において、それぞれの水上風力発電装置２の風車制御装置１４（図２）は、風車移動処理を実行する。ここで、それぞれの風車制御装置１４は、移動装置１１を制御し、水上風力発電装置２の位置をレイアウト情報に応じた適切な位置に移動させる。このようにすれば、発電出力の低下が抑制される位置に水上風力発電装置２を移動させることができる。
In step S14, the wind turbine control device 14 (FIG. 2) of each of the waterborne
なお、風車移動処理は、少なくとも一部の水上風力発電装置２を移動させる処理である。また、風車移動処理には、ナセル６の方位の制御と、ブレード５のピッチ角の制御が含まれる。そして、ステップＳ１からステップＳ３に戻る。
Note that the windmill moving process is a process of moving at least a portion of the waterborne
第１実施形態では、ステップＳ１からステップＳ１４を繰り返すことで、風車ウエイクの影響で発電出力が減少したときの減少量を最小にすることができる。 In the first embodiment, by repeating steps S1 to S14, it is possible to minimize the amount of decrease when the power generation output decreases due to the wind turbine wake.
なお、第１実施形態の水上風力発電方法では、管理コンピュータ３０が出力したレイアウト情報に基づいて、風車制御装置１４が水上風力発電装置２を移動させているが、その他の態様であっても良い。例えば、管理コンピュータ３０が出力したレイアウト情報に基づいて、ユーザが遠隔操作で水上風力発電装置２を移動させても良い。つまり、第１実施形態の水上風力発電方法は、管理コンピュータ３０が、少なくともステップＳ４からステップＳ１３までの処理を実行するものであれば良い。
In addition, in the method for generating water wind power according to the first embodiment, the wind
なお、第１実施形態では、風向情報と風速情報と乱流強度に基づいて、風車ウエイクの評価が行われているが、その他の態様であっても良い。例えば、風向情報と風速情報のみに基づいて、風車ウエイクの評価が行われても良い。 In the first embodiment, wind turbine wake is evaluated based on wind direction information, wind speed information, and turbulence intensity, but other modes may be used. For example, wind turbine wake may be evaluated based only on wind direction information and wind speed information.
なお、水上風力発電装置２が動く方向は、風向と直交する方向が良い。このようにすれば、最低限の移動距離で風車ウエイクを回避することができる。また、上流側の水上風力発電装置２を移動させる場合において、下流側の水上風力発電装置２は、上流側の水上風力発電装置２と逆の方向に移動させるようにしても良い。このようにすれば、最低限の移動距離で上流側の水上風力発電装置２に起因する風車ウエイクを回避することができる。
It should be noted that the direction in which the waterborne
なお、所定の水上風力発電装置２を移動させると、水上風力発電システム１の全体の発電出力が減少する場合は、所定の水上風力発電装置２を移動させないようにしても良い。
In addition, when the power generation output of the entire waterborne wind
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図７から図８を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. The same reference numerals are assigned to the same components as those shown in the above-described embodiment, and overlapping descriptions are omitted.
図７に示すように、第２実施形態の管理コンピュータ３０は、前述の第１実施形態の構成（図５）に加えて、風況予測部４３を備える。この風況予測部４３は、管理コンピュータ３０が取得した風向情報と風速情報に基づいて、後に生じる風向と風速とを予測する。
As shown in FIG. 7, the
次に、第２実施形態の水上風力発電方法について図８のフローチャートを用いて説明する。第２実施形態の水上風力発電方法は、前述の第１実施形態のステップ（図６）に加えて、ステップＳ５ＡとステップＳ６Ａが追加されている。他のステップは、第１実施形態と同様である。なお、図７に示すブロック図を適宜参照する。 Next, a water wind power generation method according to a second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In addition to the steps (FIG. 6) of the first embodiment, steps S5A and S6A are added to the water wind power generation method of the second embodiment. Other steps are the same as in the first embodiment. Note that the block diagram shown in FIG. 7 will be referred to as appropriate.
図８に示すように、ステップＳ５の次に進むステップＳ５Ａにおいて、管理コンピュータ３０の風況予測部４３は、将来の風向を予測する。そして、ステップＳ７とステップＳ８に進む。
As shown in FIG. 8, in step S5A following step S5, the wind
ステップＳ６の次に進むステップＳ６Ａにおいて、風況予測部４３は、将来の風速を予測する。そして、ステップＳ７とステップＳ８に進む。
In step S6A following step S6, the wind
ステップＳ７において、管理コンピュータ３０の乱流強度計算部３９は、予測された風向と風速に基づいて、それぞれの水上風力発電装置２の下流側の乱流強度を計算する。つまり、将来の乱流強度が予測される。そして、ステップＳ８に進む。
In step S7, the
ステップＳ８において、管理コンピュータ３０の風車ウエイク評価部４０は、それぞれの水上風力発電装置２の位置情報に加えて、予測される風向と風速と乱流強度に基づいて、風車ウエイクがそれぞれの水上風力発電装置２に与える影響を評価する。このようにすれば、実際に水上風力発電装置２に当たる風Ｗの影響が事前に予測されるため、発電出力の低減をさらに抑制することができる。
In step S8, the wind turbine
例えば、水上風力発電装置２がレイアウト情報に基づいて適切な位置まで移動する場合に、その移動時間に１０分かかるとする。ここで、風況予測部４３は、この移動時間に相当する１０分後の風向と風速を予測する。この予測に基づいてレイアウト情報が生成され、水上風力発電装置２が移動を開始したとすると、その移動が完了する時点（１０分後）に、丁度予測通りの風向と風速になる。そのため、発電出力の低減を充分に抑制することができる。また、風況予測と組み合わせたレイアウトの変更により、発電出力の予測もできる。特に、発電計画に合わせた発電出力が得られる。
For example, assume that it takes 10 minutes to move the waterborne
なお、所定の閾値に応じてレイアウトを変更するか否かの判定が行われても良い。例えば、風車ウエイクの影響が無い場合の発電出力と比較して、風車ウエイクの影響が有る場合の発電出力が５０％以下になる場合に、水上風力発電装置２を移動させるようにしても良い。このようにすれば、水上風力発電装置２が頻繁に移動される事態を抑制し、水上風力発電装置２の移動にかかるエネルギーを節約することができる。
It should be noted that whether or not to change the layout may be determined according to a predetermined threshold value. For example, when the power output with the influence of the wind turbine wake is 50% or less of the power output without the influence of the wind turbine wake, the waterborne
第２実施形態では、風向と風速の予測に応じて水上風力発電装置２が移動することにより、発電計画通りの発電出力を得ることができる。
In the second embodiment, the power generation output as planned can be obtained by moving the waterborne
なお、第２実施形態では、風向の予測と風速の予測と乱流強度に基づいて、風車ウエイクの評価が行われているが、その他の態様であっても良い。例えば、風向の予測のみに基づいて、風車ウエイクの評価が行われても良い。 In the second embodiment, wind turbine wake is evaluated based on wind direction prediction, wind speed prediction, and turbulence intensity, but other modes may be used. For example, an assessment of wind turbine wake may be made based solely on wind direction prediction.
水上風力発電システム、水上風力発電方法および水上風力発電プログラムを第１実施形態から第２実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。 The waterborne wind power generation system, the waterborne wind power generation method, and the waterborne wind power generation program have been described based on the first embodiment to the second embodiment, but the configuration applied in any one embodiment is applied to the other embodiment. Alternatively, configurations applied in each embodiment may be combined.
なお、前述の実施形態のフローチャートにおいて、必ずしも各ステップの前後関係が固定されるものでなく、一部のステップの前後関係が入れ替わっても良い。また、一部のステップが他のステップと直列に実行されても良いし、並列に実行されても良い。 Note that in the flowcharts of the above-described embodiments, the anteroposterior relationship of each step is not necessarily fixed, and the anteroposterior relationship of some steps may be changed. Also, some steps may be executed in series with other steps, or may be executed in parallel.
なお、前述の実施形態では、水上風力発電装置２が海洋３上に設けられる態様を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、水上風力発電装置２が湖上に設けられて良い。つまり「水上」という用語は、海上と湖上の意味を含む。
In addition, in the above-described embodiment, an aspect in which the water-based
なお、前述の実施形態では、水上風力発電装置２として、揚力型風車であり、かつ水平軸風車であるアップウインド型のプロペラ型風車を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、水上風力発電装置２が、ダウンウインド型のプロペラ型風車であっても良い。また、水上風力発電装置２が、揚力型風車であり、かつ垂直軸風車であるダリウス型風車、ジャイロミル型風車、垂直翼型風車であっても良い。また、水上風力発電装置２が、抗力型風車であり、かつ垂直軸風車であるサボニウス型風車、パドル型風車、クロスフロー型風車、Ｓ字ロータ型風車であっても良い。また、水上風力発電装置２が、揚力型風車であり、かつ水平軸風車または垂直軸風車であるマグナス型風車であっても良い。
In the above-described embodiment, an upwind propeller type wind turbine, which is a lift type wind turbine and a horizontal axis wind turbine, is exemplified as the
なお、前述の実施形態では、風況観測装置２０が海洋３上の風向と風速を観測しているが、その他の態様であっても良い。例えば、水上風力発電システム１が複数の空中ドローン（図示略）を備えるものであり、これらの空中ドローンが海洋３上の風向と風速を観測しても良い。
In the above-described embodiment, the wind
なお、前述の実施形態では、風車ウエイクの影響を受ける場合に水上風力発電装置２のレイアウトが変更されているが、その他の態様であっても良い。例えば、夜間などの電力消費が少ない時間帯では、風車ウエイクの影響を受ける場合であってもレイアウトの変更が行われなくても良い。また、予め定められた発電計画に基づいて、充分に発電出力を得られる場合には、風車ウエイクの影響を受ける場合であってもレイアウトの変更が行われなくても良い。
In the above-described embodiment, the layout of the waterborne
前述の実施形態のシステムは、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、またはＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。このシステムは、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。 The system of the above-described embodiment includes a control device in which a processor such as a dedicated chip, FPGA (Field Programmable Gate Array), GPU (Graphics Processing Unit), or CPU (Central Processing Unit) is highly integrated, and a ROM (Read Only Memory) or RAM (Random Access Memory), external storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive), display devices such as displays, and input devices such as mice or keyboards and a communication interface. This system can be realized with a hardware configuration using a normal computer.
なお、前述の実施形態のシステムで実行されるプログラムは、ＲＯＭなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。 It should be noted that the program executed by the system of the above-described embodiment is pre-installed in a ROM or the like and provided. Alternatively, this program can be stored as an installable or executable file on a non-transitory computer-readable storage medium such as CD-ROM, CD-R, memory card, DVD, flexible disk (FD), etc. may be stored and provided.
また、このシステムで実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、このシステムは、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。 Also, the program executed by this system may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, downloaded via the network, and provided. In addition, this system can also be configured by combining separate modules that independently perform each function of the constituent elements and are interconnected by a network or a dedicated line.
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、風車ウエイクの評価に応じて少なくとも一部の風力発電装置のレイアウトを変更するためのレイアウト情報を生成するレイアウト生成部を備えることにより、風車ウエイクの影響で生じる発電出力の低下を抑制することができる。 According to at least one embodiment described above, by providing a layout generation unit that generates layout information for changing the layout of at least a part of the wind turbine generator in accordance with the evaluation of the wind turbine wake, the effect of the wind turbine wake is reduced. It is possible to suppress the decrease in power generation output that occurs in
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態またはその変形は、発明の範囲と要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the invention described in the claims and equivalents thereof.
１…水上風力発電システム、２…水上風力発電装置、３…海洋、４…ハブ、５…ブレード、６…ナセル、７…タワー、８…浮体、９…係留索、１０…送電ケーブル、１１…移動装置、１２…スクリュー、１３…位置計測機器、１４…風車制御装置、２０…風況観測装置、２１…タワー、２２…浮体、２３…係留索、２４…風向計、２５…風速計、３０…管理コンピュータ、３１…通信部、３２…入力部、３３…出力部、３４…記憶部、３５…制御部、３６…位置情報取得部、３７…風向情報取得部、３８…風速情報取得部、３９…乱流強度計算部、４０…風車ウエイク評価部、４１…発電出力計算部、４２…レイアウト生成部、４３…風況予測部、Ｆ…気流、Ｌ…層、Ｔ…乱流領域、Ｗ…風。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
水上の風向を計測する少なくとも１つの風向計から前記風向を示す風向情報を取得する風向情報取得部と、
水上の風速を計測する少なくとも１つの風速計から前記風速を示す風速情報を取得する風速情報取得部と、
前記位置情報と前記風向情報と前記風速情報に基づいて、風車ウエイクがそれぞれの前記風力発電装置に与える影響を評価する風車ウエイク評価部と、
前記風車ウエイクの評価に応じて少なくとも一部の前記風力発電装置のレイアウトを変更するためのレイアウト情報を生成するレイアウト生成部と、
を備える、
水上風力発電システム。 a position information acquisition unit that acquires position information indicating the positions of a plurality of wind turbine generators from a position measuring device that measures the positions of a plurality of wind turbine generators floating on water by a floating body;
a wind direction information acquisition unit that acquires wind direction information indicating the wind direction from at least one anemoscope that measures the wind direction above water;
a wind speed information acquisition unit that acquires wind speed information indicating the wind speed from at least one anemometer that measures the wind speed above water;
a wind turbine wake evaluation unit that evaluates the influence of the wind turbine wake on each of the wind turbine generators based on the position information, the wind direction information, and the wind speed information;
a layout generation unit that generates layout information for changing the layout of at least a part of the wind turbine generator according to the evaluation of the wind turbine wake;
comprising
Floating wind power generation system.
前記レイアウト生成部は、それぞれの前記風力発電装置の前記発電出力の減少量の合計が最小になる前記レイアウト情報を生成する、
請求項１に記載の水上風力発電システム。 A power generation output calculation unit that calculates the power generation output of each of the wind turbine generators when affected by the wind turbine wake,
The layout generation unit generates the layout information that minimizes the total amount of decrease in the power generation output of each of the wind turbine generators.
The water wind power generation system according to claim 1.
請求項１または請求項２に記載の水上風力発電システム。 a moving device for moving at least a portion of the wind turbine generator according to the layout information;
The water wind power generation system according to claim 1 or 2.
前記風車ウエイク評価部は、予測される前記風向と前記風速に基づいて、前記風車ウエイクがそれぞれの前記風力発電装置に与える影響を評価する、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水上風力発電システム。 a wind condition prediction unit that predicts the wind direction and the wind speed that will occur later based on the wind direction information and the wind speed information;
The wind turbine wake evaluation unit evaluates the influence of the wind turbine wake on each of the wind turbine generators based on the predicted wind direction and wind speed.
The water wind power generation system according to any one of claims 1 to 3.
前記風車ウエイク評価部は、前記位置情報と前記風向と前記風速と前記乱流強度に基づいて、前記風車ウエイクがそれぞれの前記風力発電装置に与える影響を評価する、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水上風力発電システム。 a turbulence intensity calculation unit that calculates turbulence intensity downstream of at least one of the wind turbine generators based on the position information, the wind direction information, and the wind speed information;
The wind turbine wake evaluation unit evaluates the influence of the wind turbine wake on each of the wind turbine generators based on the position information, the wind direction, the wind speed, and the turbulence intensity.
The water wind power generation system according to any one of claims 1 to 4.
請求項５に記載の水上風力発電システム。 the evaluation of the turbulence intensity comprises an evaluation of the kinetic energy of an airflow flowing downward from an upper layer of a turbulent region caused by the upstream wind power plant and impinging on the downstream wind power plant;
The water wind power generation system according to claim 5.
風向情報取得部が、水上の風向を計測する少なくとも１つの風向計から前記風向を示す風向情報を取得するステップと、
風速情報取得部が、水上の風速を計測する少なくとも１つの風速計から前記風速を示す風速情報を取得するステップと、
風車ウエイク評価部が、前記位置情報と前記風向情報と前記風速情報に基づいて、風車ウエイクがそれぞれの前記風力発電装置に与える影響を評価するステップと、
レイアウト生成部が、前記風車ウエイクの評価に応じて少なくとも一部の前記風力発電装置のレイアウトを変更するためのレイアウト情報を生成するステップと、
を含む、
水上風力発電方法。 a position information acquiring unit acquiring position information indicating the positions of the wind turbine generators from a position measuring device that measures the positions of the plurality of wind turbine generators floated on the water by a floating body;
a wind direction information acquisition unit acquiring wind direction information indicating the wind direction from at least one anemoscope that measures the wind direction above water;
a step in which a wind speed information acquisition unit acquires wind speed information indicating the wind speed from at least one anemometer that measures wind speed over water;
a step in which a wind turbine wake evaluation unit evaluates the influence of the wind turbine wake on each of the wind turbine generators based on the position information, the wind direction information, and the wind speed information;
a step of a layout generation unit generating layout information for changing the layout of at least a part of the wind turbine generator according to the evaluation of the wind turbine wake;
including,
Floating wind power generation method.
浮体により水上に浮かべられた複数の風力発電装置の位置を計測する位置計測機器から前記風力発電装置の位置を示す位置情報を取得するステップと、
水上の風向を計測する少なくとも１つの風向計から前記風向を示す風向情報を取得するステップと、
水上の風速を計測する少なくとも１つの風速計から前記風速を示す風速情報を取得するステップと、
前記位置情報と前記風向情報と前記風速情報に基づいて、風車ウエイクがそれぞれの前記風力発電装置に与える影響を評価するステップと、
前記風車ウエイクの評価に応じて少なくとも一部の前記風力発電装置のレイアウトを変更するためのレイアウト情報を生成するステップと、
を実行させる、
水上風力発電プログラム。 to the computer,
a step of acquiring position information indicating the positions of the wind power generators from a position measuring device that measures the positions of a plurality of wind power generators floated on the water by a floating body;
obtaining wind direction information indicative of the wind direction from at least one anemoscope that measures wind direction over water;
obtaining wind speed information indicative of the wind speed from at least one anemometer that measures wind speed over water;
evaluating the impact of a wind turbine wake on each of the wind turbine generators based on the position information, the wind direction information, and the wind speed information;
generating layout information for changing the layout of at least some of the wind turbine generators according to the evaluation of the wind turbine wake;
to run
Floating wind program.
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