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公開番号2025109057
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-24
出願番号2024002748
出願日2024-01-11
発明の名称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
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 13/25 20160101AFI20250716BHJP(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】より早い時間で移動位置を決定し、発電出力をより多く得ることが可能となる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提供する。
【解決手段】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と、風力発電装置の位置情報、水上の風向き情報、水上の風速情報を取得する取得部と、事前の測定あるいは計算によって得た風向きおよび風速に対する風力発電装置の位置を定めたレイアウトテーブルを記憶する記憶部と、風向きおよび風速の測定値あるいは予測値に基づいて、レイアウトテーブルを参照する参照部と、レイアウトテーブルを参照した情報に応じて、風力発電装置の位置を定めるレイアウト情報を決定する決定部と、を備え、レイアウトテーブルは所定の範囲の風速については一定の風速値を用いて風力発電装置の位置が定められる。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
浮体により水上に浮かべられた複数の風力発電装置と、前記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、
水上の風向きを計測する少なくとも１つの風向計から前記風向き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、
事前の測定あるいは計算によって得た風向きおよび風速に対する前記風力発電装置の位置を定めたレイアウトテーブルを記憶する記憶部と、
前記風向きおよび風速の測定値あるいは予測値に基づいて、前記レイアウトテーブルを参照する参照部と、
前記レイアウトテーブルを参照した情報に応じて、前記風力発電装置の位置を定めるレイアウト情報を決定する決定部と、
を備え、
前記レイアウトテーブルは所定の範囲の風速については一定の風速値を用いて前記風力発電装置の位置が定められる、
水上風力発電システム。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記レイアウト情報に応じて少なくとも一部の前記風力発電装置を移動させる移動装置を、更に備える、
請求項１に記載の水上風力発電システム。
【請求項３】
前記レイアウトテーブルが有する情報において、所定の値以上の風速については、前記風力発電装置の位置の変更を行わないように定められている、
請求項１に記載の水上風力発電システム。
【請求項４】
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、少なくとも１つの前記風力発電装置の下流側の乱流強度を計算する乱流強度計算部を、更に備え、
前記決定部は、前記乱流強度を更に用いて前記風力発電装置の位置を定める、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水上風力発電システム。
【請求項５】
前記決定部は、前記乱流強度計算部において得られた、所定の値以上の乱流強度については、前記風力発電装置の位置の変更を行わないように前記レイアウト情報を生成する、請求項４に記載の水上風力発電システム。
【請求項６】
前記レイアウトテーブルは
前記風向情報から得られる、風向の時間変化に基づいて、前記風力発電装置の位置を定める、請求項３に記載の水上風力発電システム。
【請求項７】
前記風力発電装置は、風車羽根と、前記風車羽根の回転によって電力を発生する発電機と、前記発電機を納めるナセルを備え、
前記風車羽根のピッチ、あるいは、前記発電機の回転速度や発電出力を制御するインダクション制御、あるいは、前記ナセルの方位の制御と組み合わせる、
請求項３に記載の水上風力発電システム。
【請求項８】
前記レイアウト情報に基づいて、現在位置での水上風力発電装置の発電出力と、前記レイアウト情報に応じて水上風力発電装置２を移動させた場合の位置での水上風力発電装置の発電出力の差分を出力の増加量として計算する発電出力計算部と、
前記レイアウト情報に基づいて、水上風力発電装置を移動させる際に要するコストを計算する移動コスト計算部と、を更に備え、
前記決定部は、前記増加量が、前記コストよりよも所定値以上大きい場合に、前記移動装置を移動させる制御信号を水上風力発電装置の風車制御装置に出力する、請求項２に記載の水上風力発電システム。
【請求項９】
位置情報取得部が、浮体により水上に浮かべられた複数の風力発電装置と、前記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、
風向情報取得部が、水上の風向きを計測する少なくとも１つの風向計から前記風向き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、
レイアウトテーブル参照部が、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、事前の測定あるいは計算によって得た風向きおよび風速あるいは乱流強度に対する前記風力発電装置の位置を定められ、記憶部に記憶されたレイアウトテーブルを参照するステップと、
を含み、
前記レイアウトテーブルは所定の範囲の風速については一定の風速値を用いて風車位置が定められる、
水上風力発電方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
浮体により水上に浮かべられた複数の風力発電装置と、前記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、
水上の風向きを計測する少なくとも１つの風向計から前記風向き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、事前の測定あるいは計算によって得た風向きおよび風速あるいは乱流強度に対する風力発電装置の位置を定め、かつ、所定の範囲の風速については一定の風速値を用いて風力発電装置の位置を定めるレイアウトテーブルを参照するステップと、
を実行させる水上風力発電プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水上風力発電技術に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
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（特許文献１）。
【０００３】
また、空気力学的な風車ウエイクを最小化するべく、風向を含むパラメータの組に応じて風力発電装置を移動させるように構成する技術も知られている（特許文献２、３）。さらに、風車の配置を決めるため、最適化手法と数値解析手法を組み合わせた技術も知られている（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５４１０１７２号公報
特許第６１１７１０５号公報
特願２０２３－７２５８７号公報
【非特許文献】
【０００５】
Ｓ．Ｍ．Ｆ．Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ，ｅｔａｌ． “Ｗａｋｅｌｏｓｓｅｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｓｗｉｔｈｍｏｖｅａｂｌｅｆｌｏａｔｉｎｇｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ．” Ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，８９，１，ｐｐ．９３３－９４１（２０１５）
Ｌ．Ｖｏｌｌｍｅｒ，ｅｔａｌ． “Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇｔｈｅｗａｋｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｏｆａｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ：ａｎＬＥＳｓｔｕｄｙ”，ＷｉｎｄＥｎｅｒｇｙＳｃｉｅｎｃｅ，１，１２９－１４１（２０１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、風車ウエイクをより小さくするために、風向を含むパラメータの数を増加したり、風向などのパラメータをより精度よく予測したり推定したりしようとすると、風力発電装置の移動先位置を決定するまで要する時間が増大し、風力発電装置が移動した後に最適位置で発電できる時間が減るために、発電出力も減少してしまう。
【０００７】
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ように風力発電装置を移動させる際に、より早い時間で移動位置を決定し、発電出力をより多く得ることが可能となる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提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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と、風力発電装置の位置を計測する位置計測機器から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、水上の風向きを計測する少なくとも１つの風向計から風向き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つの風速計から風速を示す風速情報を取得する風速情報取得部と、事前の測定あるいは計算によって得た風向きおよび風速に対する風力発電装置の位置を定めたレイアウトテーブルを記憶する記憶部と、風向きおよび風速の測定値あるいは予測値に基づいて、レイアウトテーブルを参照する参照部と、レイアウトテーブルを参照した情報に応じて、風力発電装置の位置を定めるレイアウト情報を決定する決定部と、
を備え、レイアウトテーブルは所定の範囲の風速については一定の風速値を用いて風力発電装置の位置が定められる。
【発明の効果】
【０００９】
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可能となる水上風力発電技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態の水上風力発電システムの全体構成を示す斜視図。
水上風力発電装置と風況観測装置を示す側面図。
水上風力発電装置のレイアウトを示す平面図。
風車ウエイクが生じている水上風力発電システムを示す側面図。
第１実施形態の管理コンピュータを示すブロック図。
風向、風速に対するレイアウトパターンを決めるテーブルの例を示す図。
風向、風速に対する最適ヨー角を決めるテーブルの例を示す図。
第１実施形態の水上風力発電方法を示すフローチャート。
第２実施形態の管理コンピュータを示すブロック図。
第２実施形態の水上風力発電方法を示すフローチャート。
第３実施形態の管理コンピュータを示すブロック図。
第３実施形態の水上風力発電方法を示すフローチャート。
【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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