JP2024083160A - Wind power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、風力発電装置に関する。 This disclosure relates to a wind power generation device.
風力発電装置として、例えば、特許文献1に記載の風力発電装置がある。 An example of a wind power generation device is the wind power generation device described in Patent Document 1.
特許文献1の風力発電装置は、いわゆる浮体式洋上風力発電装置である。洋上風力発電装置は陸上風力発電装置と比べて、効率的な発電や風車の大型化が可能で実用化が進んでいる。 The wind power generation device in Patent Document 1 is a so-called floating offshore wind power generation device. Compared to land-based wind power generation devices, offshore wind power generation devices can generate power more efficiently and have larger wind turbines, and are becoming more widely used.
ところで、浮体式洋上風力発電装置では、波や風の影響を受けて風車が揺動し、風車が一定以上傾斜すると稼働が停止し、発電効率が低下するという課題がある。 However, floating offshore wind turbines have the problem that the turbines sway due to the effects of waves and wind, and if they tilt beyond a certain level, they stop operating and power generation efficiency decreases.
また、揺動時に浮体と海底とを繋ぎとめるチェーン等の係留ラインに衝撃的な張力が負荷する場合があり、係留ラインが損傷することや、風車の浸水領域が大きくなり、腐食域が大きくなるなどのメンテナンス面の課題もある。 In addition, when the float sways, an impact tensile force may be applied to the mooring lines, such as chains, that connect the float to the seabed, causing damage to the mooring lines and increasing the flooded area of the wind turbine, which can lead to maintenance issues such as increased corrosion areas.
本開示は上記事実を考慮し、傾斜を抑制することを可能とする風力発電装置の提供を目的とする。 Taking the above facts into consideration, this disclosure aims to provide a wind power generation device that makes it possible to suppress tilt.
第1の態様に係る風力発電装置は、風を受けて回転するローターを備えた風車と、前記ローターの回転力を受けて発電する発電機と、前記風車を支持する主浮体と、前記主浮体を取り囲むように前記主浮体から離間した位置に配置され、少なくとも一部、または全体が水面よりも上側に位置する複数の副浮体と、前記主浮体と前記副浮体とを連結する連結部材と、を有する。 The wind power generation device according to the first aspect comprises a wind turbine with a rotor that rotates when exposed to wind, a generator that generates electricity by receiving the rotational force of the rotor, a main float that supports the wind turbine, a number of secondary floats that are arranged at a distance from the main float so as to surround the main float and are at least partially or entirely located above the water surface, and a connecting member that connects the main float and the secondary float.
第1の態様に係る風力発電装置は、ローターが風を受けて回転すると、ローターの回転力を受けて発電機が発電を行う。 In the wind power generation device according to the first aspect, when the rotor rotates in response to the wind, the generator generates electricity by receiving the rotational force of the rotor.
第1の態様に係る風力発電装置では、主浮体に風車が支持されており、主浮体の浮力によって水面よりも上側に風車を位置させることができる。 In the wind power generation device according to the first aspect, the wind turbine is supported on the main float, and the buoyancy of the main float allows the wind turbine to be positioned above the water surface.
比較的大きな波や風を受けると、風車が波の進行方向下流側、または風の流れの下流側へ傾斜しようとするが、風車が傾斜すると、風車の傾斜する側の副浮体が水に沈むため、該副浮体に浮力が生じる。 When hit by relatively large waves or wind, the wind turbine tends to tilt downstream in the direction of the wave's movement or the wind's flow. When the wind turbine tilts, the secondary float on the side where the wind turbine is tilting sinks into the water, creating buoyancy on the secondary float.
該浮力は、連結部材を介して風車を支持する主浮体に伝達され、傾斜を発現させる力に対する復元力として働き、副浮体が設けられていない場合に比較して風車の傾斜が抑制される。これにより、風車の傾斜を抑制することが可能となる。 The buoyancy is transmitted to the main floating body that supports the wind turbine via the connecting member and acts as a restoring force against the force that causes the wind turbine to tilt, suppressing the tilt of the wind turbine compared to when the secondary floating body is not provided. This makes it possible to suppress the tilt of the wind turbine.
第2の態様に係る風力発電装置は、第1の態様に係る風力発電装置において、4個以上の前記副浮体が、周方向に等間隔に配置されている。 The wind power generation device according to the second aspect is the wind power generation device according to the first aspect, in which four or more of the secondary floating bodies are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
第2の態様に係る風力発電装置では、4個以上の副浮体が、周方向に等間隔に配置されているため、副浮体が3個以下の場合に比較して、様々な方向からの波や風に対して風車の傾斜を抑制することができる。 In the wind power generation device according to the second aspect, four or more secondary floats are arranged at equal intervals in the circumferential direction, so the tilt of the wind turbine can be suppressed due to waves and wind from various directions, compared to a case in which there are three or fewer secondary floats.
第3の態様に係る風力発電装置は、第1の態様、または第2の態様に係る風力発電装置において、周方向に隣り合う一方の前記副浮体と他方の前記副浮体とが、周方向連結部材で連結されている。 The wind power generation device according to the third aspect is the wind power generation device according to the first or second aspect, in which one of the secondary floating bodies adjacent to the other in the circumferential direction is connected by a circumferential connecting member.
第3の態様に係る風力発電装置は、周方向に隣り合う一方の副浮体と他方の副浮体とが、周方向連結部材で連結されているため、副浮体を主浮体に対して連結部材のみで連結する場合に比較して、連結部材の変形を抑制し、耐久性を高めることができる。 In the wind power generation device according to the third aspect, adjacent secondary floats are connected to each other in the circumferential direction by a circumferential connecting member, so deformation of the connecting member can be suppressed and durability can be increased compared to when the secondary floats are connected to the main float only by a connecting member.
第4の態様に係る風力発電装置は、第1の態様~第3の態様に係る風力発電装置において、前記副浮体は、金属よりも比重の軽い弾性材料からなる中空構造体である。 The wind power generation device according to the fourth aspect is the wind power generation device according to the first to third aspects, in which the secondary floating body is a hollow structure made of an elastic material having a specific gravity lighter than that of metal.
副浮体を、金属よりも比重の軽い弾性材料からなる中空構造体とすることで、該副浮体を、金属製の副浮体に比較して軽量化することができる。 By making the secondary float a hollow structure made of an elastic material with a lower specific gravity than metal, the secondary float can be made lighter than secondary floats made of metal.
以上説明したように本開示の風力発電装置によれば、姿勢を水平に保つことが可能となる。 As described above, the wind turbine generator disclosed herein can maintain a horizontal position.
[第1の実施形態]
図1乃至図4を用いて、本開示の第1の実施形態に係る風力発電装置10について説明する。
[First embodiment]
A wind turbine generator 10 according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to Figs. 1 to 4 .
図1に示すように、風力発電装置10は、一例として、中空構造で、円柱形状とされた鋼製の主浮体22を備えている。 As shown in FIG. 1, the wind power generation device 10, for example, has a hollow, cylindrical steel main float 22.
図1、及び図2に示すように、主浮体22の中心部には、タワー14が立設されている。主浮体22とタワー14とは、一例としてボルト、溶接等で固定されている。 As shown in Figures 1 and 2, the tower 14 is erected in the center of the main float 22. The main float 22 and the tower 14 are fixed together, for example, by bolts, welding, etc.
図1に示すように、主浮体22は、上側の一部が水面WFよりも上側となるように浮力が決められている。即ち、タワー14は、水面WFよりも上側に位置しており、波が比較的小さい場合は、水がタワー14に当たらないようになっている。 As shown in FIG. 1, the buoyancy of the main float 22 is determined so that a portion of its upper side is above the water surface WF. In other words, the tower 14 is positioned above the water surface WF, and water does not hit the tower 14 when the waves are relatively small.
図3に示すように、タワー14の上部にはナセル16が設けられており、ナセル16には、ローター18の回転で発電する発電機20が収容されている。タワー14は、一例として中空構造であり、鋼板等で形成されている。タワー14の内部は、雨水、海水等が進入しないように密閉されている。 As shown in FIG. 3, a nacelle 16 is provided on top of the tower 14, and the nacelle 16 houses a generator 20 that generates electricity by rotating a rotor 18. The tower 14 has a hollow structure, for example, and is made of steel plates or the like. The inside of the tower 14 is sealed to prevent the intrusion of rainwater, seawater, etc.
上記タワー14、ナセル16、ローター18、発電機20に関しては、従来一般の構造のものを用いることができる。本実施形態では、ハブ18A、及びブレード18Bでローター18が構成されており、タワー14、ナセル16、ローター18で風車11が構成されている。 The tower 14, nacelle 16, rotor 18, and generator 20 may have a conventional structure. In this embodiment, the rotor 18 is made up of the hub 18A and blades 18B, and the tower 14, nacelle 16, and rotor 18 make up the wind turbine 11.
図1に示すように、本実施形態の風車11は、一例として、プロペラ型と呼ばれる水平軸風車である。 As shown in FIG. 1, the wind turbine 11 of this embodiment is, as an example, a horizontal axis wind turbine known as a propeller type.
図2に示すように、主浮体22には、連結部材24が取り付けられている。主浮体22と連結部材24とは、一例としてボルト、溶接等で固定されている。 As shown in FIG. 2, a connecting member 24 is attached to the main float 22. The main float 22 and the connecting member 24 are fixed to each other, for example, by bolts, welding, etc.
連結部材24は、主浮体22から放射方向(径方向外側)へ向けて延びる複数本(本実施形態では4本)が設けられており、各連結部材24の端部には、副浮体26が固定されている。 There are multiple connecting members 24 (four in this embodiment) extending radially (diametrically outward) from the main float 22, and the secondary float 26 is fixed to the end of each connecting member 24.
また、周方向に隣り合う一方の副浮体26と他方の副浮体26とは、円弧状の周方向連結部材28で連結されている。 In addition, adjacent sub-floats 26 are connected to each other by an arc-shaped circumferential connecting member 28.
4本の連結部材24は周方向に90°の間隔で配置されている。言い換えれば、4本の連結部材24は周方向に等間隔で配置されている。各連結部材24の長さLは、全て同一である。なお、連結部材24は周方向に等間隔で配置されていなくてもよく、各連結部材24の長さLは、全て同一でなくてもよい。ローター18がタワー14の軸線に対して水平方向に変位してタワー上に設けられている場合、風車の重心が水平方向にずれる為、浮力の補助機構(連結部材24、副浮体26、周方向連結部材28など)もバランスをとるために非線対称になるパターンも考えられる為である。風車11の姿勢を鉛直にするには、風車11が傾かないように、一部の連結部材24の長さ変えたり、副浮体26の間隔を一部分で変える等して上記補助機構を非線対称の配置とし、風力発電装置10全体のバランスを取ることが好ましい。 The four connecting members 24 are arranged at 90° intervals in the circumferential direction. In other words, the four connecting members 24 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. The length L of each connecting member 24 is the same. The connecting members 24 do not have to be arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the length L of each connecting member 24 does not have to be the same. If the rotor 18 is displaced horizontally relative to the axis of the tower 14 and installed on the tower, the center of gravity of the wind turbine will shift horizontally, so the buoyancy auxiliary mechanism (connecting member 24, secondary float 26, circumferential connecting member 28, etc.) may also have a non-linearly symmetrical pattern in order to balance. In order to make the attitude of the wind turbine 11 vertical, it is preferable to change the length of some of the connecting members 24 or change the spacing of the secondary float 26 in part so that the wind turbine 11 does not tilt, and to balance the entire wind power generation device 10.
本実施形態の副浮体26は、一例として中空構造とされた鋼製の球体である。なお、副浮体26の形状は球形に限定されず、円柱形状、中央部が膨らんだ樽形状、立方体形状等であってもよい。 In this embodiment, the secondary float 26 is, as an example, a hollow steel sphere. Note that the shape of the secondary float 26 is not limited to a sphere, and may be a cylinder, a barrel shape with a bulging center, a cube, etc.
連結部材24、及び周方向連結部材28は、一例として、鋼材等で形成することができ、一例として、副浮体26は連結部材24、及び周方向連結部材28にボルト、溶接等で固定されている。 The connecting member 24 and the circumferential connecting member 28 can be formed, for example, from steel material, and, for example, the secondary floating body 26 is fixed to the connecting member 24 and the circumferential connecting member 28 by bolts, welding, or the like.
なお、副浮体26を構成する材料は鋼に限らず、弾性材料、一例として、加硫ゴム、ウレタン樹脂等の弾性を有する合成樹脂(エラストマー樹脂)であってもよい。例えば、副浮体26は、ゴムなどの弾性材料からなる内部に空気が充填された中空構造体であってもよい。副浮体26を、金属よりも比重の軽い弾性材料からなる中空構造体とすることで、該副浮体26を、金属製の副浮体に比較して軽量化することができる。副浮体26を構成する弾性材料には、補強用のコードや織物シート等が埋設されていてもよい。 The material constituting the secondary float 26 is not limited to steel, and may be an elastic material, such as vulcanized rubber, urethane resin, or other elastic synthetic resin (elastomer resin). For example, the secondary float 26 may be a hollow structure made of an elastic material such as rubber, with air filled inside. By making the secondary float 26 a hollow structure made of an elastic material with a lower specific gravity than metal, the secondary float 26 can be made lighter than a secondary float made of metal. Reinforcing cords, woven sheets, etc. may be embedded in the elastic material constituting the secondary float 26.
図1に示すように、各副浮体26は、水面WF(図1において、波が立っていない平坦な水面)よりも上側に位置しており、かつ水面WFと平行な同一平面上に配置されている。また、図1に示す例では、各副浮体26は、浮力が発生しないように水面WFの上側に位置している。 As shown in FIG. 1, each secondary floating body 26 is located above the water surface WF (a flat water surface without waves in FIG. 1) and is arranged on the same plane parallel to the water surface WF. Also, in the example shown in FIG. 1, each secondary floating body 26 is located above the water surface WF so as not to generate buoyancy.
図1に示すように、本実施形態の風力発電装置10は、従来の浮体式洋上風力発電装置と同様に、係留ライン34によって海底(図示省略)に係留することができる。 As shown in FIG. 1, the wind turbine 10 of this embodiment can be moored to the seabed (not shown) by mooring lines 34, similar to conventional floating offshore wind turbines.
なお、発電機20で発電された電力は、一例として、送電線36を介して陸地へ送電することができる。 In addition, the electricity generated by the generator 20 can be transmitted to land via a power transmission line 36, for example.
(作用、効果)
本実施形態の風力発電装置10では、比較的大きな波や風を受けると、図4に示すように、風力発電装置10の風車11が、波WAの進行方向下流側(矢印A方向側)、または風(図示せず)の流れの下流側(一例として、図4における左側)へ傾斜しようとするが、風車11が傾斜すると、風車11の傾斜する側の副浮体26(図4では、左側の副浮体26)が水に沈むため、該副浮体26に浮力Fが生じる。
(Action, Effect)
In the wind power generation device 10 of this embodiment, when relatively large waves or wind are received, as shown in Figure 4, the wind turbine 11 of the wind power generation device 10 tends to tilt downstream in the direction of wave WA (in the direction of arrow A) or downstream in the flow of wind (not shown) (as an example, the left side in Figure 4). However, when the wind turbine 11 tilts, the secondary float 26 on the tilting side of the wind turbine 11 (in Figure 4, the left secondary float 26) sinks in the water, and a buoyancy F is generated on the secondary float 26.
該浮力Fは、連結部材24を介して風車11を搭載する主浮体22に伝達され、傾斜を発現させる力に対する復元力として働き、副浮体26が設けられていない場合に比較して風車11の傾斜が抑制される。言い換えれば、風力発電装置10を水平に保つことが可能となり、風車11が過剰に傾斜して、風力発電装置10の稼働が停止することが抑制される。
さらに、風車11が急に動いて傾斜しようとしたとき、傾斜側の副浮体26が水に沈み込もうとするが、その際に、副浮体26は水から大きな抵抗を受け、急な沈み込み、即ち、風車11の急な動きを抑制することができる。
The buoyancy F is transmitted to the main floating body 22 on which the wind turbine 11 is mounted via the connecting member 24, and acts as a restoring force against the force that causes the wind turbine 11 to tilt, thereby suppressing tilting of the wind turbine 11 compared to the case where the secondary floating body 26 is not provided. In other words, it becomes possible to keep the wind turbine 10 horizontal, and the wind turbine 11 is prevented from tilting excessively, which would cause the wind turbine 11 to stop operating.
Furthermore, when the wind turbine 11 moves suddenly and tries to tilt, the secondary floating body 26 on the tilting side tries to sink into the water, but at that time, the secondary floating body 26 encounters large resistance from the water, and the sudden sinking, i.e., the sudden movement of the wind turbine 11, can be suppressed.
また、風車11の傾斜が抑制される、言い換えれば、風力発電装置10が水平に保たれることで、係留ライン34に衝撃的な張力が負荷することが抑制され、係留ライン34が損傷することを抑制できる。 In addition, the inclination of the wind turbine 11 is suppressed; in other words, the wind power generation device 10 is kept horizontal, which suppresses the application of shock tension to the mooring line 34 and thus prevents the mooring line 34 from being damaged.
また、風車11が過剰に傾斜することが抑制されるため、浸水領域(水に潜って水に触れる領域)が大きくなることが抑制され、腐食域(例えば、タワー14の表面)が大きくなることが抑制される。 In addition, excessive tilting of the wind turbine 11 is prevented, which prevents the flooded area (area submerged in water and in contact with water) from becoming larger, and prevents the corrosion area (e.g., the surface of the tower 14) from becoming larger.
本実施形態の風力発電装置10においては、4個の副浮体26が、周方向に等間隔に配置されているため、副浮体26が3個以下の場合に比較して、様々な方向からの波や風に対して風車11の傾斜を抑制することができる。 In the wind power generation device 10 of this embodiment, the four secondary floats 26 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, so that the inclination of the wind turbine 11 due to waves and wind from various directions can be suppressed compared to when there are three or fewer secondary floats 26.
本実施形態の風力発電装置10においては、周方向に隣り合う一方の副浮体26と他方の副浮体26とが、周方向連結部材28で連結されているため、副浮体26を主浮体22に対して連結部材24のみで連結する場合に比較して、連結部材24の変形を抑制し、耐久性を向上することができる。 In the wind power generation device 10 of this embodiment, one secondary float 26 and the other secondary float 26 adjacent in the circumferential direction are connected by a circumferential connecting member 28, so deformation of the connecting member 24 can be suppressed and durability can be improved compared to when the secondary float 26 is connected to the main float 22 by only the connecting member 24.
なお、副浮体26は、一例として、0.13m2以上の体積を有するものが好ましい。
副浮体26の体積が小さすぎると、副浮体26の1個当たりの浮力が小さいため、副浮体26の数を多く必要とする。
In addition, it is preferable that the secondary floating body 26 has a volume of 0.13 m2 or more, for example.
If the volume of the secondary floating bodies 26 is too small, the buoyancy of each secondary floating body 26 is small, and therefore a large number of secondary floating bodies 26 are required.
連結部材24の長さL(主浮体22から副浮体26までの長さ)は、一例として、0.1m以上、20m以下とすることが好ましい。 The length L of the connecting member 24 (the length from the main float 22 to the secondary float 26) is preferably, for example, 0.1 m or more and 20 m or less.
連結部材24の長さLが短すぎると、復元力(副浮体26の浮力×長さLで決まる)が不十分となる。一方、連結部材24の長さLが長すぎると、連結部材24の重量が大きくなるため、連結部材24の重量を支持する主浮体22の浮力を大きくする必要が生じ、主浮体22のサイズが大型化する。また、連結部材24の長さLが長すぎると、連結部材24、及び連結部材24と主浮体22との接合部分に大きな応力が生じる。 If the length L of the connecting member 24 is too short, the restoring force (determined by the buoyancy of the secondary float 26 times the length L) will be insufficient. On the other hand, if the length L of the connecting member 24 is too long, the weight of the connecting member 24 will be large, making it necessary to increase the buoyancy of the main float 22 that supports the weight of the connecting member 24, and the size of the main float 22 will increase. In addition, if the length L of the connecting member 24 is too long, large stress will be generated in the connecting member 24 and in the joint between the connecting member 24 and the main float 22.
図1に示すように、本実施形態では、副浮体26が平坦な水面WFの上側に位置しているが、副浮体26は、図1に示すように、下端が平坦な水面WFに接していてもよく、図示は省略するが、下端が水面WFから若干離間していてもよい。 As shown in FIG. 1, in this embodiment, the secondary float 26 is positioned above the flat water surface WF, but the lower end of the secondary float 26 may be in contact with the flat water surface WF as shown in FIG. 1, or, although not shown, the lower end may be slightly spaced from the water surface WF.
例えば、全ての副浮体26を水没させるように設けた場合、波、風によってタワー14が傾斜した際の復元力(詳しくは、風車11が傾斜した側の副浮体26を反対側の副浮体26対比で水に沈み込ませることで生じる復元力)は、本実施形態対比で生じ難くなる。 For example, if all the secondary floats 26 are submerged, the restoring force when the tower 14 tilts due to waves or wind (more specifically, the restoring force generated by submerging the secondary float 26 on the side where the wind turbine 11 is tilted in comparison with the secondary float 26 on the opposite side) is less likely to occur compared to this embodiment.
このため、副浮体26の下端が平坦な水面WFに接するように副浮体26を設けた場合(副浮体26の下部の一部が水没している場合など)、タワー14が傾斜した際に十分な復元力を得るには、該副浮体26に生じる浮力を、副浮体26全体を完全に水没させた際の浮力の10%未満となるように副浮体26の高さ位置を決めることが好ましい。
言い換えれば、副浮体26は、体積の90%以上が、水面WFよりも上側となるように設けることが好ましい。
Therefore, when the secondary float 26 is installed so that its lower end is in contact with the flat water surface WF (for example, when part of the lower part of the secondary float 26 is submerged), in order to obtain sufficient restoring force when the tower 14 tilts, it is preferable to determine the height position of the secondary float 26 so that the buoyancy generated in the secondary float 26 is less than 10% of the buoyancy when the entire secondary float 26 is completely submerged.
In other words, it is preferable that the secondary floating body 26 is provided so that 90% or more of its volume is above the water surface WF.
副浮体26は、下端が平坦な水面WFから若干離間していてもよいが、その場合、風車11が鉛直方向に対して一定角度(例えば、10°)以上傾斜した際に、傾斜側の副浮体26の少なくとも一部が水に沈み込んで浮力が生ずるように、各副浮体26を設けることが好ましい。 The secondary floats 26 may have their lower ends spaced slightly away from the flat water surface WF, but in that case, it is preferable to position each secondary float 26 so that when the wind turbine 11 is tilted at a certain angle (e.g., 10°) or more relative to the vertical, at least a portion of the secondary float 26 on the tilted side sinks in the water, generating buoyancy.
[第2の実施形態]
図5~図8を用いて、本開示の第2の実施形態に係る風力発電装置10について説明する。なお、第1の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
Second Embodiment
A wind turbine generator 10 according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to Figures 5 to 8. Note that the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
図5に示すように、本実施形態の風力発電装置10では、タワー14が、主浮体22の上に滑り支承110を介して支持されている。 As shown in FIG. 5, in the wind power generation device 10 of this embodiment, the tower 14 is supported on the main floating body 22 via a sliding bearing 110.
本実施形態のタワー14は、底部がタワーベース板120に固定されている。図5~図7に示すように、滑り支承110は、タワーベース板120に取り付けられる支承部130と、主浮体22に取り付けられ支承部130に当接し支承部130を支持する滑り板140と、を備えている。 In this embodiment, the tower 14 has its bottom fixed to a tower base plate 120. As shown in Figures 5 to 7, the sliding bearing 110 includes a bearing portion 130 attached to the tower base plate 120, and a sliding plate 140 attached to the main float 22, abutting against the bearing portion 130 and supporting the bearing portion 130.
滑り支承110は、タワーベース板120と主浮体22との間に設置される免震装置として用いることができる。滑り支承110を備えた免震装置は、風により、タワー14に横からの曲げ力が作用した際に、支承部130と滑り板140上とを相対的に滑らせることができる。また、タワーベース板120に固定されたタワー14は、滑り支承110によって免震性能を与えられる。 The sliding bearing 110 can be used as a seismic isolation device installed between the tower base plate 120 and the main floating body 22. A seismic isolation device equipped with the sliding bearing 110 can allow the support part 130 and the sliding plate 140 to slide relative to each other when a lateral bending force acts on the tower 14 due to wind. In addition, the tower 14 fixed to the tower base plate 120 is given seismic isolation performance by the sliding bearing 110.
図6、及び図7に示すように、タワーベース板120には、底面122にボルト孔125が形成され、後述するように支承部130のフランジ131がボルト接合される。 As shown in Figures 6 and 7, the tower base plate 120 has bolt holes 125 formed in the bottom surface 122, and the flange 131 of the support part 130 is bolted to it, as described below.
(支承部)
支承部130は、タワー14を支え続ける部材である。支承部130は、ローター18、ナセル16、タワー14、タワーベース板120等の荷重を主浮体22に伝える部材である。支承部130は、タワーベース板120の底面122に取り付けられるフランジ131と、フランジ131の下部に形成され、振動を吸収する振動吸収体132と、振動吸収体132の下部に形成され滑り板140の滑り面141と当接する滑り材133とを含んで構成されている。
(Support section)
The support part 130 is a member that continues to support the tower 14. The support part 130 is a member that transmits the loads of the rotor 18, the nacelle 16, the tower 14, the tower base plate 120, etc., to the main floating body 22. The support part 130 is configured to include a flange 131 attached to the bottom surface 122 of the tower base plate 120, a vibration absorber 132 formed on the lower part of the flange 131 and absorbing vibrations, and a sliding member 133 formed on the lower part of the vibration absorber 132 and abutting against a sliding surface 141 of the sliding plate 140.
フランジ131にはボルト挿通孔135が形成され、フランジ131とタワーベース板120とがボルト138で接合されている。フランジ131と、振動吸収体132及び滑り材133とは相互に鉛直方向に接合されている。振動吸収体132は、ゴム132aと鋼板132bとを順に積層した積層ゴムで形成されている。 The flange 131 has bolt insertion holes 135, and the flange 131 and the tower base plate 120 are joined with bolts 138. The flange 131, the vibration absorber 132, and the sliding member 133 are joined to each other in the vertical direction. The vibration absorber 132 is made of laminated rubber in which rubber 132a and steel plate 132b are layered in order.
(滑り板)
滑り板140は、物が表面を滑る板材であり、表面には支承部130の滑り材133が当接する滑り面141が形成されている。滑り面141の表面にはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等が焼結コーティングされている。また滑り板140は支承部130と接合されておらず、水平方向の力が作用した場合、支承部130の滑り材133は滑り面141を滑り可能となる。
(Slide plate)
The sliding plate 140 is a plate material on which an object slides, and has a sliding surface 141 formed on its surface against which the sliding material 133 of the support part 130 abuts. The surface of the sliding surface 141 is sintered and coated with PTFE (polytetrafluoroethylene) or the like. In addition, the sliding plate 140 is not joined to the support part 130, and when a horizontal force is applied, the sliding material 133 of the support part 130 can slide on the sliding surface 141.
図6に示すように、滑り板140は、四角形に形成されている。図6、及び図7に示すように、滑り板140の四隅にはボルト挿通孔145が形成され、主浮体22にはボルト孔155が形成されている。滑り板140は、主浮体22にボルト158で固定されている。 As shown in FIG. 6, the sliding plate 140 is formed in a rectangular shape. As shown in FIG. 6 and FIG. 7, bolt insertion holes 145 are formed in the four corners of the sliding plate 140, and bolt holes 155 are formed in the main float 22. The sliding plate 140 is fixed to the main float 22 with bolts 158.
図5、及び図6に示すように、風力発電装置10は、ダンパー160と、変位規制部材162とを備えている。 As shown in Figures 5 and 6, the wind power generation device 10 is equipped with a damper 160 and a displacement restriction member 162.
主浮体22の上面には、滑り板140の各辺と対向した位置にダンパー160が設置されている。ダンパー160は、タワーベース板120の水平方向の揺れを抑制する減衰力を発生する。言い換えれば、ダンパー160は、減衰力を発生する。ダンパー160としては、オイルダンパー、空気ダンパー、減衰率の大きなゴム等の粘弾性体を用いることができ、特に形式は問わない。 Dampers 160 are installed on the upper surface of the main floating body 22 at positions facing each side of the sliding plate 140. The dampers 160 generate a damping force that suppresses the horizontal shaking of the tower base plate 120. In other words, the dampers 160 generate a damping force. As the dampers 160, oil dampers, air dampers, viscoelastic bodies such as rubber with a large damping rate, etc. can be used, and there is no particular restriction on the type.
主浮体22とタワーベース板120とは、主浮体22とタワーベース板120との相対変位を規制する変位規制部材162で連結されている。変位規制部材162は、一例としてゴムで被覆した金属製のチェーンを挙げることができ、タワーベース板120の必要以上の変位を規制するストッパの役目を有している。なお、変位規制部材162の形式は特に問わず、一例として、主浮体22に固定され、タワーベース板120の端部から水平方向に離間した位置に設けたブロック状のものであってもよい。 The main float 22 and the tower base plate 120 are connected by a displacement restriction member 162 that restricts the relative displacement between the main float 22 and the tower base plate 120. One example of the displacement restriction member 162 is a metal chain covered with rubber, and it acts as a stopper that restricts the tower base plate 120 from being displaced more than necessary. The type of the displacement restriction member 162 is not particularly important, and one example is a block-shaped member that is fixed to the main float 22 and is provided at a position horizontally spaced from the end of the tower base plate 120.
図5に示すように、タワーベース板120の外周部分と主浮体22の上面とは、可撓性を有する材料からなる防水カバー164で接続されており、滑り支承110、ダンパー160、及び変位規制部材162等に水がかからないようにしている。 As shown in FIG. 5, the outer periphery of the tower base plate 120 and the upper surface of the main float 22 are connected with a waterproof cover 164 made of a flexible material, which prevents water from getting on the sliding bearing 110, the damper 160, the displacement control member 162, etc.
(作用)
風力発電装置10は、構造上、ローター18が風を受けると、タワー14の基部で曲げが発生し、かつ風の影響から繰り返し荷重を受けることになる。繰り返し荷重は、疲労破壊の原因となる。
(Action)
When the rotor 18 of the wind turbine generator 10 is subjected to wind, bending occurs at the base of the tower 14 and the wind turbine generator 10 is subjected to repeated loads due to the influence of the wind. The repeated loads can cause fatigue failure.
タワー14の基部の疲労破壊を解決する手段として、タワー構造の剛性を上げることが考えられるが、部材厚の増加や重量増加により、コストアップとなってしまう。また、疲労破壊発生後の部材交換には大規模な重機等が必要となり、初期設置時相当の非常に高額なメインテナンスコストが発生してしまう。さらに、部分的な補修は新たな強度的弱点部が発生するだけであり、同様な不具合が継続して発生するため、本質的な対策とはなり得ない。 One way to solve the fatigue failure of the base of the tower 14 is to increase the rigidity of the tower structure, but this would increase costs due to the increased thickness and weight of the components. In addition, large-scale heavy machinery would be required to replace components after fatigue failure occurs, resulting in extremely high maintenance costs equivalent to those incurred at the time of initial installation. Furthermore, partial repairs would only create new strength weaknesses, and similar problems would continue to occur, so this is not an essential solution.
本実施形態の風力発電装置10では、ローター18が風を受け、タワー14の上部に水平方向の外力が入力されると、タワー14を搭載したタワーベース板120と主浮体22との間に水平変位が生じて、タワー14の基部に曲げ応力が生じ難くなる。タワー14の基部に曲げ応力が生じ難くなることで、タワー14の耐久性を向上させることができる。
また、タワー14の耐久性が向上することで、ローター18を大型化し、発電量を増大させることも可能となる。
In the wind power generation device 10 of this embodiment, when the rotor 18 receives wind and a horizontal external force is input to the upper part of the tower 14, a horizontal displacement occurs between the tower base plate 120 on which the tower 14 is mounted and the main floating body 22, making it difficult for bending stress to occur in the base of the tower 14. By making it difficult for bending stress to occur in the base of the tower 14, the durability of the tower 14 can be improved.
In addition, by improving the durability of the tower 14, it becomes possible to enlarge the rotor 18 and increase the amount of power generation.
なお、変位が小さな場合は振動吸収体132がせん断変形することにより変位エネルギーを吸収し、変位が大きくなると、支承部130の滑り材133と滑り板140の滑り面41との間の摩擦限界を超え、支承部130が滑り板140の上を滑る。 When the displacement is small, the vibration absorber 132 absorbs the displacement energy by shear deformation, and when the displacement becomes large, the friction limit between the sliding material 133 of the support part 130 and the sliding surface 41 of the sliding plate 140 is exceeded, and the support part 130 slides on the sliding plate 140.
図8は、支承部130の振動吸収体(積層ゴム部)132の水平変位と水平荷重曲線を示しており、滑りだす前の低荷重領域では、支承部130の積層ゴム部が弾性変形をし、常にタワー14が移動している状態を回避可能となる。支承部130の積層ゴム部の弾性率は、ゴム材質、製品形状で調整することが可能である。
ちなみに、積層ゴム部の弾性率=せん断弾性係数×ゴム部有効面積/ゴム層厚である。
8 shows the horizontal displacement and horizontal load curve of the vibration absorber (laminated rubber part) 132 of the support part 130, in which the laminated rubber part of the support part 130 undergoes elastic deformation in the low load region before the tower 14 starts to slide, making it possible to prevent the tower 14 from constantly moving. The elastic modulus of the laminated rubber part of the support part 130 can be adjusted by the rubber material and product shape.
Incidentally, the elastic modulus of the laminated rubber portion = shear elastic modulus x effective area of rubber portion / rubber layer thickness.
なお、ダンパー160は、タワーベース板120の水平方向の揺れを抑制し、変位規制部材162は、タワーベース板120の必要以上の変位を規制する。 The damper 160 suppresses horizontal shaking of the tower base plate 120, and the displacement restriction member 162 restricts excessive displacement of the tower base plate 120.
本実施形態では、単一の滑り支承110でタワー14を支持したが、タワー14は、複数の滑り支承110で支持してもよい。 In this embodiment, the tower 14 is supported by a single sliding bearing 110, but the tower 14 may be supported by multiple sliding bearings 110.
[第3の実施形態]
図9を用いて、本開示の第3の実施形態に係る風力発電装置10について説明する。なお、第1の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
第1の実施形態の風力発電装置10では、4個の副浮体26を同一円周状に配置したが、本開示はこれに限らず、例えば、図9に示すように、周方向に配置した4個の副浮体26の外周側に、さらに複数の副浮体26を周方向に配置した構成としてもよい。これにより、第1の実施形態よりも大きな復元力を得ることができる。
[Third embodiment]
A wind turbine generator 10 according to a third embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 9. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.
In the wind turbine generator 10 of the first embodiment, the four sub-floats 26 are arranged on the same circumference, but the present disclosure is not limited to this, and for example, as shown in Fig. 9, a configuration may be adopted in which a plurality of sub-floats 26 are further arranged in the circumferential direction on the outer periphery of the four sub-floats 26 arranged in the circumferential direction. This makes it possible to obtain a greater restoring force than in the first embodiment.
[その他の実施形態]
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
[Other embodiments]
While one embodiment of the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the above, and it goes without saying that the present disclosure can be implemented in various modified forms without departing from the spirit and scope of the present disclosure.
第1の実施形態では、4本の連結部材24が主浮体22に取り付けられていたが、連結部材24は、5本以上であってもよい。 In the first embodiment, four connecting members 24 were attached to the main float 22, but the number of connecting members 24 may be five or more.
また、上記実施形態では、複数の副浮体6が周方向に等間隔に設けられていたが、周方向に不等間隔に設けられていてもよい。 In addition, in the above embodiment, multiple secondary floating bodies 6 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, but they may also be arranged at unequal intervals in the circumferential direction.
第1の実施形態では、各連結部材24の長さLが全て同一であったが、各連結部材24の長さLは適宜変更可能であり、各連結部材24の長さLは全ての連結部材24において同一でなくてもよい。 In the first embodiment, the length L of each connecting member 24 was the same, but the length L of each connecting member 24 can be changed as appropriate, and the length L of each connecting member 24 does not have to be the same for all connecting members 24.
第2の実施形態では、滑り支承110でタワー14を支持したが、タワー14は、免震装置で支持してもよい。 In the second embodiment, the tower 14 is supported by a sliding bearing 110, but the tower 14 may also be supported by a seismic isolation device.
上記実施形態の風車11は、プロペラ型と呼ばれる水平軸風車であったが、風車11の形式は上記実施形態のものに限らず、垂直軸風車等、他の形式のものであってもよい。 The wind turbine 11 in the above embodiment was a horizontal axis wind turbine, also known as a propeller type, but the type of the wind turbine 11 is not limited to that in the above embodiment, and may be of other types, such as a vertical axis wind turbine.
10:風力発電装置、11:風車、14:タワー(風車)、18:ローター(風車)、20:発電機、22:主浮体、24:連結部材、26:副浮体、28:周方向連結部材。 10: Wind power generation device, 11: Wind turbine, 14: Tower (wind turbine), 18: Rotor (wind turbine), 20: Generator, 22: Main float, 24: Connecting member, 26: Secondary float, 28: Circumferential connecting member.
Claims (4)
前記ローターの回転力を受けて発電する発電機と、
前記風車を支持する主浮体と、
前記主浮体を取り囲むように前記主浮体から離間した位置に配置され、少なくとも一部、または全体が水面よりも上側に位置する複数の副浮体と、
前記主浮体と前記副浮体とを連結する連結部材と、
を有する風力発電装置。 A windmill with a rotor that rotates when it receives wind,
a generator that receives the rotational force of the rotor and generates electricity;
A main floating body supporting the wind turbine;
A plurality of secondary floats are arranged at a position spaced apart from the main float so as to surround the main float, and are at least partially or entirely located above the water surface;
A connecting member that connects the main floating body and the sub floating body;
A wind power generation device having the above structure.
請求項1に記載の風力発電装置。 Four or more of the secondary floating bodies are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
The wind turbine generator according to claim 1 .
請求項2に記載の風力発電装置。 One of the sub-floats and the other of the sub-floats adjacent to each other in the circumferential direction are connected to each other by a circumferential connecting member.
The wind turbine generator according to claim 2.
請求項1に記載の風力発電装置。
The secondary floating body is a hollow structure made of an elastic material having a lower specific gravity than metal.
The wind turbine generator according to claim 1 .
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022197525A JP2024083160A (en) | 2022-12-09 | 2022-12-09 | Wind power generator |
| PCT/JP2023/037284 WO2024122186A1 (en) | 2022-12-09 | 2023-10-13 | Wind power generation device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022197525A JP2024083160A (en) | 2022-12-09 | 2022-12-09 | Wind power generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024083160A true JP2024083160A (en) | 2024-06-20 |
Family
ID=91539055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022197525A Pending JP2024083160A (en) | 2022-12-09 | 2022-12-09 | Wind power generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024083160A (en) |
-
2022
- 2022-12-09 JP JP2022197525A patent/JP2024083160A/en active Pending
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