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公開番号2024126410
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023034773
出願日2023-03-07
発明の名称風力発電装置および風力発電装置の運転方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F03D 7/04 20060101AFI20240912BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】回転軸を支持する軸受の損傷を防止する。
【解決手段】実施の形態による風力発電装置は、鉛直方向に延びるタワーと、タワーに支持されたナセルと、ナセルに収容された発電機と、ナセルの前方に配置され、風力により回転して回転エネルギを生成するブレードと、ナセルに軸受を介して回転可能に支持され、ブレードにより生成された回転エネルギを発電機に伝達する回転軸と、少なくとも風向を計測する風況計測器と、ナセルをタワーに対してヨー方向に回転させるヨー駆動装置と、ヨー駆動装置を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、ヨー駆動装置を制御して、鉛直方向から見たときに回転軸の回転軸線が風向に対して傾くようにナセルをヨー方向に回転させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
鉛直方向に延びるタワーと、
前記タワーに支持されたナセルと、
前記ナセルに収容された発電機と、
前記ナセルの前方に配置され、風力により回転して回転エネルギを生成するブレードと、
前記ナセルに軸受を介して回転可能に支持され、前記ブレードにより生成された前記回転エネルギを前記発電機に伝達する回転軸と、
少なくとも風向を計測する風況計測器と、
前記ナセルを前記タワーに対してヨー方向に回転させるヨー駆動装置と、
前記ヨー駆動装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記ヨー駆動装置を制御して、前記鉛直方向から見たときに前記回転軸の回転軸線が前記風向に対して傾くように前記ナセルを前記ヨー方向に回転させる、風力発電装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記風況計測器は、風速も計測し、
前記制御装置は、前記風速に基づいて、前記回転軸線の前記風向に対する傾き角度を決定する、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記風速が所定風速よりも大きい場合、前記ナセルを前記ヨー方向における第１方向に回転させ、前記風速が前記所定風速よりも大きい場合、前記ナセルを前記ヨー方向における前記第１方向とは反対側の第２方向に回転させる、請求項２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記傾き角度に応じた前記発電機の出力低下量に基づいて、前記傾き角度を決定する、請求項２または３に記載の風力発電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記風力発電装置の起動時に前記ヨー駆動装置を制御して、前記鉛直方向から見たときに前記回転軸の回転軸線が前記風向に対して傾くように前記ナセルを前記ヨー方向に回転させる、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記風力発電装置の運転中に前記ヨー駆動装置を制御して、前記鉛直方向から見たときに前記回転軸の回転軸線が前記風向に対して傾くように前記ナセルを前記ヨー方向に回転させる、請求項１に記載の風力発電装置。
【請求項７】
鉛直方向に延びるタワーと、前記タワーに支持されたナセルと、前記ナセルに収容された発電機と、前記ナセルの前方に配置され、風力により回転して回転エネルギを生成するブレードと、前記ナセルに軸受を介して回転可能に支持され、前記ブレードにより生成された回転エネルギを前記発電機に伝達する回転軸と、を備えた風力発電装置の運転方法であって、
風向を計測する風況計測工程と、
前記鉛直方向から見たときに前記回転軸の回転軸線が前記風向に対して傾くように前記ナセルをヨー方向に回転させるナセル回転工程と、を備える、風力発電装置の運転方法。
【請求項８】
前記風況計測工程において、風速も計測し、
前記ナセル回転工程において、前記風速に基づいて、前記回転軸線の前記風向に対する傾き角度を決定する、請求項７に記載の風力発電装置の運転方法。
【請求項９】
前記ナセル回転工程において、前記風速が所定風速よりも大きい場合、前記ナセルを前記ヨー方向における第１方向に回転させ、前記風速が前記所定風速よりも大きい場合、前記ナセルを前記ヨー方向における前記第１方向とは反対側の第２方向に回転させる、請求項８に記載の風力発電装置の運転方法。
【請求項１０】
前記ナセル回転工程において、前記傾き角度に応じた前記発電機の出力低下量に基づいて、前記傾き角度を決定する、請求項８または９に記載の風力発電装置の運転方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、風力発電装置および風力発電装置の運転方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
風力発電装置は、タワーに支持されたナセルと、ナセルに収容された発電機と、ナセルの前方に配置されたブレードと、ナセルに軸受を介して回転可能に支持された回転軸と、を備えている。風力によりブレードが回転することで、その回転エネルギが回転軸を介してナセル内の発電機に伝達され、発電機による発電が行われる。
【０００３】
また、一般に、風力発電装置は、風速および風向を計測する風況計測器と、ナセルをタワーに対してヨー方向に回転させるヨー駆動装置とを備えている。ヨー駆動装置によりナセルをヨー方向に回転させることで、回転軸の回転軸線が風向に沿うようにナセルのヨー方向の向きが調整される。
【０００４】
上述した風力発電装置では、ロータのブレードとハブがナセルの前方に位置している。このため、回転軸を支持する軸受には、水平軸まわりにロータの自重分のモーメント荷重が作用する。一方、風の乱れにより、ブレードは様々な方向および大きさの力を受ける。このため、軸受にも様々な方向および大きさのモーメント荷重が作用する。この風によるモーメント荷重は、ロータの自重分のモーメント荷重と同じ水平軸まわりの方向にも作用し得る。このとき、軸受には水平軸まわりに大きなモーメント荷重が作用し、軸受は最も過酷な状況に置かれる。この場合、軸受が損傷するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１９－０７４０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、回転軸を支持する軸受の損傷を防止することができる風力発電装置および風力発電装置の運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態による風力発電装置は、鉛直方向に延びるタワーと、タワーに支持されたナセルと、ナセルに収容された発電機と、ナセルの前方に配置され、風力により回転して回転エネルギを生成するブレードと、ナセルに軸受を介して回転可能に支持され、ブレードにより生成された回転エネルギを発電機に伝達する回転軸と、少なくとも風向を計測する風況計測器と、ナセルをタワーに対してヨー方向に回転させるヨー駆動装置と、ヨー駆動装置を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、ヨー駆動装置を制御して、鉛直方向から見たときに回転軸の回転軸線が風向に対して傾くようにナセルをヨー方向に回転させる。
【０００８】
実施の形態による風力発電装置の運転方法は、鉛直方向に延びるタワーと、タワーに支持されたナセルと、ナセルに収容された発電機と、ナセルの前方に配置され、風力により回転して回転エネルギを生成するブレードと、ナセルに軸受を介して回転可能に支持され、ブレードにより生成された回転エネルギを発電機に伝達する回転軸と、を備えた風力発電装置の運転方法である。風力発電装置の運転方法は、風向を計測する風況計測工程と、鉛直方向から見たときに回転軸の回転軸線が風向に対して傾くようにナセルをヨー方向に回転させるヨー方向回転工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本実施の形態によれば、回転軸を支持する軸受の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本実施の形態による風力発電装置を示す模式図である。
図２は、図１の風力発電装置を上方から見た図である。
図３は、図１の風力発電装置のロータおよび軸受を拡大して示す図である。
図４は、図３の軸受に作用する水平軸まわりのモーメント荷重を示す図である。
図５は、ブレードに作用する力を説明するための図であって、ブレードを上方から見たときの断面図である。
図６は、ヨーミスアライメント発生時に上半部を回転するブレードを上方から見たときの断面図である。
図７は、ヨーミスアライメント発生時に下半部を回転するブレードを上方から見たときの断面図である。
図８は、風速８ｍ／ｓ時の各傾き角度における軸受に作用する水平軸まわりのモーメント荷重を示す図である。
図９は、風速１２ｍ／ｓ時の各傾き角度における軸受に作用する水平軸まわりのモーメント荷重を示す図である。
図１０は、風速１６ｍ／ｓ時の各傾き角度における軸受に作用する水平軸まわりのモーメント荷重を示す図である。
図１１は、風速２０ｍ／ｓ時の各傾き角度における軸受に作用する水平軸まわりのモーメント荷重を示す図である。
図１２は、各風速における傾き角度と軸受に作用する水平軸まわりのモーメント荷重の関係を示す図である。
図１３は、各風速における傾き角度と発電機の出力低下量の関係を示す図である。
図１４は、各風速における傾き角度と評価指標値の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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