JP2016098787A - ウィンドファーム、風力発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電出力の向上などを実現可能な、ウィンドファームなどを提供する。
【解決手段】ウィンドファームは、風車１と気流発生装置６１とを有し、風車が予め定められた設置領域に複数設置されている。風車は、ロータ４にブレード４２が取付けられている。気流発生装置は、絶縁材料で形成された基体に第１電極と第２電極とが設けられ、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されることによって気流を発生する。ここで、複数の風車は、設置領域で吹く風の風向きのうち、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向きにおいて、上流側に位置する第１の風車１Ａと、その第１の風車よりも下流側に位置する第２の風車１Ｂとを有する。そして、気流発生装置は、その複数の風車のうち、第１の風車に設けられたブレードに設置されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ウィンドファーム、風力発電システムに関する。

風力発電システムは、ロータにブレード（風車翼）が取付けられている風車を有し、再生可能エネルギーである風力エネルギーを利用してロータを回転させることによって、発電を行う。

風力発電システムにおいては、ブレードの表面に剥離流れが発生し、発電量が変動する場合がある。たとえば、風速や風向きが急に変動したときには、ブレードの周りにおける速度三角形が定格点から大きくずれるため、剥離流れが広い範囲で発生する。風速や風向きの急な変動に対しては、ヨー角やピッチ角の調整では十分に対応することが容易でない。このため、風力発電システムにおいては、発電出力を安定に維持することが困難であって、効率を高めることが容易でない場合がある。

この対策のために、気流発生装置をブレードの表面に設置することが提案されている。気流発生装置は、一対の電極が誘電体を介して離れるように設けられており、その一対の電極の間に電圧が印加されることによって気流を発生する。これにより、剥離流れの発生を抑制して、ブレード４２の揚力を高めることができるので、発電出力を向上させることができる。つまり、気流発生装置をブレードの表面に設置することによって、「揚力向上効果」が得られる（たとえば、特許文献１，２）。

具体的には、中型風車（定格３０ｋＷ）、大型風車（メガワットクラス）において、気流発生装置をブレードの表面に設置することによって、発電出力を十分に向上可能なことが確認されている（非特許文献１から３参照）。また、気流発生装置を用いて剥離流れを抑制することによって、ブレードの下流における圧損が１／２から１／３に低減されることが確認されている（非特許文献４参照）。

図８は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置が設置された風車を模式的に示す斜視図である。

風車１は、たとえば、アップウィンド形のプロペラ風車であって、図８に示すように、タワー２、ナセル３、ロータ４、および、風向風速計測部５を備えている。

風車１のうち、タワー２は、垂直方向に沿って延在しており、地中に埋め込まれた基台（図示省略）に下端部が固定されている。

風車１のうち、ナセル３は、タワー２の上端部に設置されている。ナセル３は、ヨー角θｙの調整のために、タワー２の上端部において垂直方向を軸にして回転可能に支持されている。

風車１のうち、ロータ４は、ナセル３の一方の側端部に回転可能に支持されており、水平方向を回転軸として回転方向Ｒに回転する。ロータ４は、ハブ４１と複数のブレード４２とを備えている。

ロータ４において、ハブ４１は、半楕円体状の先端カバーを含み、風上から風下へ向かうに伴って外周面の外径が大きくなるように形成されている。ロータ４において、複数のブレード４２のそれぞれは、ハブ４１を中心にして回転方向Ｒに間を隔てて取付けられている。たとえば、３枚のブレード４２が設けられており、それぞれは、ピッチ角αの調整のために、一端がハブ４１に回転可能に支持されている。

図９は、風力発電システムにおいて、一のブレード４２を示す図である。図９においては、ブレード４２の翼厚方向に沿った断面を示している。

図９に示すように、ブレード４２においては、気流発生装置６１が設置されている。また、図８に示すように、複数のブレード４２のそれぞれにおいては、気流発生装置６１が、複数、翼スパン方向に並ぶように設置されている。気流発生装置６１の詳細については、後述する。

風車１のうち、風向風速計測部５は、図８に示すように、ブレード４２の風下において、ナセル３の上面に取付けられている。風向風速計測部５が風速および風向きについて計測したデータは、制御部（図示省略）に出力される。そして、その計測データに応じて、制御部がヨー角θｙやピッチ角αの調整を行う。また、その計測データに応じて、制御部が気流発生装置６１の動作を制御する。

図１０，図１１は、風力発電システムにおいて、気流発生装置６１を模式的に示す図である。図１０は斜視図である。図１１（ａ）は、断面図であり、図１１（ｂ）は、上面図である。図１１（ａ）は、図１１（ｂ）においてＸ−Ｘ部分の断面に相当する。図１０、図１１（ａ）、および、図１１（ｂ）では、気流発生装置６１がブレード４２（図９参照）に設置される前の状態を示している。

図１０，図１１に示すように、気流発生装置６１は、基体６１１と第１電極６２１と第２電極６２２とを含む。気流発生装置６１は、基体６１１に第１電極６２１と第２電極６２２とが設けられており、厚みが、たとえば、数ｍｍである。気流発生装置６１は、たとえば、プレス加工、押出成形加工などの種々の加工によって形成される。

気流発生装置６１のうち、基体６１１は、誘電材料（絶縁体）で形成されている。たとえば、基体６１１は、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂（シリコンゴム）、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などの樹脂を用いて形成されており、柔軟である。この他に、基体６１１については、たとえば、マイカ紙にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグシートを複数積層させて構成させたものであってもよい。

気流発生装置６１のうち、第１電極６２１と第２電極６２２とのそれぞれは、たとえば、金属材料などの導電材料で形成されている。

第１電極６２１は、直線状に延在している板状体である。第１電極６２１は、表面電極であって、基体６１１の表面（上面）に設けられている。ここでは、第１電極６２１は、上面が露出しており、上面以外の面（下面，側面）が、基体６１１に接するように配置されている。

第２電極６２２は、第１電極６２１と同様に、直線状に延在している板状体である。第２電極６２２は、内部電極であって、第１電極６２１と異なり、基体６１１の内部に設けられている。つまり、第２電極６２２は、上面、下面，側面が基体６１１に接しており、第１電極６２１よりも深い位置に配置されている。また、第２電極６２２は、第１電極６２１が延在する延在方向（第１の方向，長手方向）と同じ方向に、直線状に延在している。ここでは、第２電極６２２は、第１電極６２１の延在方向（第１の方向）に直交する方向（第２の方向）において、第１電極６２１と並ぶように配置されている。

図９に示したように、気流発生装置６１は、ブレード４２の面に設けられている。気流発生装置６１は、第１電極６２１が設けられた表面（上面）とは反対の面（下面）が（図１１（ａ）参照）、ブレード４２の翼背側の面に密着するように、ブレード４２に接着されている。また、気流発生装置６１は、ブレード４２において翼背側の面（上面）のうち前縁ＬＥの側の部分に、第１電極６２１および第２電極６２２が設置されている。第１電極６２１と第２電極６２２とのそれぞれは、前縁ＬＥから後縁ＴＥに向かって順次並ぶように設置されている。

この他に、図８に示したように、気流発生装置６１は、複数のブレード４２のそれぞれにおいて、複数が翼スパン（翼幅）方向に並ぶように設置されている。ここでは、複数の気流発生装置６１のそれぞれは、互いが間を隔てて設置されており、第１電極６２１および第２電極６２２の延在方向（第１の方向）が、翼スパン（翼幅）方向に沿っている。

図示を省略しているが、気流発生装置６１において、第１電極６２１と第２電極６２２とのそれぞれは、接続配線（図示省略）を介して、電圧印加部（図示省略）に電気的に接続されている。電圧印加部は、プラズマ電源であって、制御部（図示省略）から出力される制御信号に応じて、第１電極６２１と第２電極６２２との間に電圧を印加することによって、気流発生装置６１の表面（上面）に、誘電体バリア放電によるプラズマ気流を発生させる。たとえば、低周波のパルス変調波でパルス変調された高周波の電圧が、第１電極６２１と第２電極６２２との間に印加されて、気流が間歇的に発生する。気流は、たとえば、第１電極６２１側から第２電極６２２側へ向かって流れるように誘起され、剥離流れの発生が抑制される。

特開２００８−２５４３４号公報 特開２０１２−２４９５１０号公報

第４１回 可視化情報シンポジウム講演論文集、PP.241-246 第３４回 風力エネルギー利用シンポジウム、PP.360-363 第３５回 風力エネルギー利用シンポジウム、PP.240-243 Asian Congress on Gas Turbine 2012, ACGT2012-1058

ウィンドファームは、より多くの発電量を得るために、予め定められた設置領域に複数の風車が設置された風力発電システムである。ウィンドファームにおいては、たとえば、コストを抑制するために、複数の風車の全てに気流発生装置を設置することができない場合がある。このため、発電出力を十分に向上させることが困難な場合がある。

また、風力発電システムにおいて、ブレードに気流発生装置を設置したときには、エロージョンによって気流発生装置が侵食されて損傷する場合がある。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、発電出力の向上、エロージョンの発生防止などのうち少なくとも１つを実現可能な、ウィンドファーム、風力発電システムを提供することである。

実施形態のウィンドファームは、風車と気流発生装置とを有し、風車が予め定められた設置領域に複数設置されている。風車は、ロータにブレードが取付けられている。気流発生装置は、絶縁材料で形成された基体に第１電極と第２電極とが設けられ、第１電極と第２電極との間に電圧が印加されることによって気流を発生する。ここで、複数の風車は、設置領域で吹く風の風向きのうち、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向きにおいて、上流側に位置する第１の風車と、その第１の風車よりも下流側に位置する第２の風車とを有する。そして、気流発生装置は、その複数の風車のうち、第１の風車に設けられたブレードに設置されている。

図１は、第１実施形態に係るウィンドファームにおいて、複数の風車１が配置された様子を示す図である。 図２は、第１実施形態に係るウィンドファームにおいて、「流入風増大効果」を示す図である。 図３は、第１実施形態に係るウィンドファームにおいて、「流入風増大効果」を示す図である。 図４は、第１実施形態の変形例に係るウィンドファームにおいて、複数の風車１が配置された様子を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置が設置された風車を模式的に示す図である。 図６は、第２実施形態の変形例に係るウィンドファームにおいて、複数の風車１が配置された様子を示す図である。 図７は、第２実施形態の変形例に係るウィンドファームにおいて、複数の風車１が配置された様子を示す図である。 図８は、関連技術に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置が設置された風車を模式的に示す斜視図である。 図９は、風力発電システムにおいて、一のブレードを示す図である。 図１０は、風力発電システムにおいて、気流発生装置を模式的に示す図である。 図１１は、風力発電システムにおいて、気流発生装置を模式的に示す図である。

実施形態について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
［Ａ］構成等
図１は、第１実施形態に係るウィンドファームにおいて、複数の風車１が配置された様子を示す図である。図１は、側面図であって、複数の風車１の一部を示している。

図１では、ウィンドファームにおいて複数の風車が設置された設置領域で吹く風の風向きのうち、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向きにおいて、互いに隣り合って並ぶ２つの風車１に関して示している。ここでは、卓越風向Ｐｗ（年間を通じて最も頻度が高い風向き）に沿って並ぶ２つの風車１を例示している。このため、仮に、北から南へ向かって吹く風が卓越風であって卓越風向Ｐｗが北南方向である場合には、図１に示す２つの風車１は、その北南方向に並んだ風車であり、左側の風車１Ａ（第１の風車）が上流側（北側）に位置し、右側の風車１Ｂ（第２の風車）が下流側（南側）に位置する。

なお、風向きの頻度（Ｆ）とは、たとえば、１６方位のそれぞれにおいて吹いた風が測定された時間数（Ｔｃ）が、全ての測定時間数（Ｔａ）から静穏な時間数（Ｔｂ）を差し引いた時間数（Ｔａ−Ｔｂ）に対する割合である（つまり、Ｆ＝Ｔｃ／（Ｔａ−Ｔｂ））。静穏な時間数（Ｔｂ）とは、風速が０．４ｍ／ｓ以下の状態であることが測定された時間数である。

図１に示すように、ウィンドファームは、複数の風車１と共に、複数の気流発生装置６１を有する。

ウィンドファームにおいて、複数の風車１は、上記の関連技術（図８参照）の場合と同様に、アップウィンド形のプロペラ風車であって、ロータ４にブレード４２が取付けられている。

複数の風車１は、水平方向において間を隔てて配置されている。つまり、複数の風車１のうち、卓越風向Ｐｗにおいて、上流側に位置する風車１Ａと、その風車１Ａよりも下流側に位置する風車１Ｂとのそれぞれは、間を隔てて設置されている。たとえば、複数の風車１の間の距離Ｗ（タワー２の中心軸の間の距離）がブレード４２の回転直径Ｄに対して１０倍以上になるように、複数の風車１のそれぞれが配置されている（Ｗ≧１０Ｄ）。

また、卓越風向Ｐｗにおいて、上流側に位置する風車１Ａに設けられたブレード４２の回転面と、下流側に位置する風車１Ｂに設けられたブレード４２の回転面とが、互いに卓越風向Ｐｗで重複する部分を含むように、複数の風車１が設置されている。

ウィンドファームにおいて、気流発生装置６１は、上記の関連技術の場合（図８から図１１参照）と同様に構成されている。つまり、図１では図示を省略しているが、気流発生装置６１は、絶縁材料で形成された基体６１１に第１電極６２１と第２電極６２２とが設けられ、第１電極６２１と第２電極６２２との間に電圧が印加されることによって気流を発生するように構成されている。

本実施形態では、気流発生装置６１は、複数の風車１の全てには設置されておらず、複数の風車１の一部に設置されている。

具体的には、気流発生装置６１は、図１に示すように、複数の風車１のうち、卓越風向Ｐｗにおいて上流に位置する風車１Ａ（第１の風車）に設置されている。ここでは、気流発生装置６１は、上記の関連技術の場合（図８参照）と同様に、ブレード４２において、複数が翼スパン（翼幅）方向の全体に渡って、間を隔てて並ぶように設置されている。

これに対して、卓越風向Ｐｗにおいて、上流に位置する風車１Ａ（第１の風車）よりも下流に位置する風車１Ｂ（第２の風車）には、気流発生装置６１が設置されていない。

［Ｂ］まとめ（効果など）
以上のように、本実施形態では、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向き（たとえば、卓越風向Ｐｗ）において、上流に位置する風車１Ａ（第１の風車）に気流発生装置６１を設置し、その下流に位置する風車１Ｂ（第２の風車）には、気流発生装置６１を設置していない。既に述べたように、風車１Ａに気流発生装置６１を設置したときには、「揚力向上効果」が得られる。つまり、気流発生装置６１を駆動して気流を発生させることによって、ブレード４２の表面において剥離流れが発生することを抑制し、ブレード４２の揚力を高めることができる。

詳細については後述するが、風車１Ａに気流発生装置６１を設置したときには、「揚力向上効果」の他に、「流入風増大効果」が得られる。具体的には、風車１Ａのブレード４２に流入する流入風がブレード４２に堰き止められて、その流入風の風速が低下することを、気流発生装置６１を用いて気流を発生させることによって緩和可能である。つまり、風車１Ａのブレード４２に流入する流入風の風速を増大させることができる。

図２は、第１実施形態に係るウィンドファームにおいて、「流入風増大効果」を示す図である。

図２では、流入風の風速ｖと、その頻度Ｎとの関係を示している。ここでは、横軸は、流入風の風速ｖ（ｍ／ｓ）であって、縦軸は、頻度Ｎ（個）である。そして、気流発生装置６１を用いて気流を発生させる場合（Ｏｎ）と気流を発生させない場合（Ｏｆｆ）とのそれぞれに関して示している。なお、図２において、流入風の風速ｖは、気流を発生させる場合（Ｏｎ）と気流を発生させない場合（Ｏｆｆ）とを１０分ごとに繰り返して交互に行なったときに、ナセル３の上に設置した超音波風速計（図示省略）を用いて、計測した値の平均値である。

図２に示すように、流入風は、気流発生装置６１を用いて気流を発生させる場合（Ｏｎ）の方が気流を発生させない場合（Ｏｆｆ）よりも、高い風速ｖにおいて頻度Ｎが大きくなっている。この結果から、「流入風増大効果」が得られることが判る。

図２と同様に、図３は、第１実施形態に係るウィンドファームにおいて、「流入風増大効果」を示す図である。

図３（ａ），図３（ｂ）は、３次元流体解析を行った結果であって、半径方向（翼スパン方向）の位置ｒと、流入風の風速ｖとの関係を示している。ここでは、横軸は、半径方向の位置ｒを示しており、左端側がブレード４２の翼根側であって、右端側がブレード４２の翼端側である。また、縦軸は、流入風の風速ｖを示している。そして、剥離流れの発生が無い条件であって気流発生装置６１を用いて気流を発生させる場合に相当するとき（Ｏｎ）と、剥離流れの発生が有る条件であって気流を発生させない場合に相当するとき（Ｏｆｆ）とのそれぞれに関して示している。図３（ａ）は、風車の上流側であって、風車の回転直径Ｄを０．６倍した距離（つまり、０．６Ｄ）が離れた部分の結果を示している。図３（ｂ）は、風車の上流側であって、風車の回転直径Ｄを０．４倍した距離（つまり、０．４Ｄ）が離れた部分の結果を示している。

図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、気流発生装置６１を用いて気流を発生させる場合に相当するとき（Ｏｎ）の方が、気流を発生させない場合に相当するとき（Ｏｆｆ）よりも、流入風の風速ｖが高い。ここでは、半径方向（翼スパン方向）の位置ｒの全体に渡って、気流を発生させる場合に相当するとき（Ｏｎ）の方が気流を発生させない場合に相当するとき（Ｏｆｆ）よりも、流入風の風速ｖが高くなっている。これにより、上記と同様に、「流入風増大効果」が得られることが判る。特に、ブレード４２のスパン方向のうちコード長が大きい翼根部分から翼中央部分の間においては、気流発生装置６１による「流入風増大効果」が大きい。

このため、本実施形態のウィンドファームにおいて、気流発生装置６１が設置された上流側の風車１Ａ（第１の風車）に流入する流入風は、気流発生装置６１が設置されない場合よりも、「流入風増大効果」によって、風速が高くなる。これに伴って、その上流側の風車１Ａ（第１の風車）を通過した風も風速が高くなるので、その下流側に位置する風車１Ｂ（第２の風車）に流入する流入風も高くなる。年間の平均風速が０．１ｍ／ｓ増大したときには、年間の発電量が数％増大する。その結果、気流発生装置６１が設置されない下流側に位置する風車１Ｂ（第２の風車）においても、発電効率を増大させることができる。

つまり、本実施形態のウィンドファームにおいて、気流発生装置６１が設置された上流側の風車１Ａ（第１の風車）は、「揚力向上効果」と共に「流入風増大効果」によって、発電効率を高めることができる。更に、本実施形態では、気流発生装置６１が設置されていない下流側の風車１Ｂ（第２の風車）においても、上流側の風車１Ａ（第１の風車）で生じる「流入風増大効果」によって、発電効率を高めることができる。

したがって、本実施形態のウィンドファームにおいては、複数の風車１の全てに気流発生装置６１を設置することができない場合であっても、発電出力を効果的に向上することができる。

［Ｃ］変形例
図４は、第１実施形態の変形例に係るウィンドファームにおいて、複数の風車１が配置された様子を示す図である。図４は、図１と同様に、側面図であって、複数の風車１の一部を示している。

図４では、複数の風車１が設置された設置領域で吹く風の風向きのうち、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向きが複数である場合について示している。ここでは、第１の卓越風向Ｐｗ１と、その第１の卓越風向Ｐｗ１に対向する第２の卓越風向Ｐｗ２とがある場合において、第１の卓越風向Ｐｗ１および第２の卓越風向Ｐｗ２の両者に沿って並ぶ、３つの風車１を例示している。図４においては、第１の卓越風向Ｐｗ１に沿って卓越風が流れるときに、ヨー角θｙが調整された場合の様子を示している。なお、図示を省略するが、第２の卓越風向Ｐｗ２に沿って卓越風が流れるときには、図４に示す状態に対してナセル３が半回転した状態になるように、ヨー角θｙが調整される。

図４に示すように、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向き（第１の卓越風向Ｐｗ１，第２の卓越風向Ｐｗ２など）が複数であるときには、その複数の風向きのそれぞれにおいて上流側に位置する複数の風車１に設けられたブレード４２に、気流発生装置６１を設置する。

たとえば、３つの風車１のうち、第１の卓越風向Ｐｗ１において上流側に位置する風車１Ａに設けられたブレード４２に、気流発生装置６１を設置する。また、第２の卓越風向Ｐｗ２において上流側に位置する風車１Ｃに設けられたブレード４２に、気流発生装置６１を設置する。これに対して、第１の卓越風向Ｐｗ１および第２の卓越風向Ｐｗ２において下流側に位置する風車１Ｂについては、ブレード４２に気流発生装置６１を設置しない。

このように、本変形例では、第１の卓越風向Ｐｗ１および第２の卓越風向Ｐｗ２において上流側に位置する風車１Ａ，１Ｃ（第１の風車）に気流発生装置６１が設置されているので、上記の第１実施形態の場合と同様に、「揚力向上効果」と共に、「流入風増大効果」によって、発電効率を高めることができる。更に、本変形例では、上記の第１実施形態と同様に、気流発生装置６１が設置されていない下流側の風車１Ｂ（第２の風車）においても、上流側の風車１Ａ，１Ｃ（第１の風車）において生じる「流入風増大効果」によって、発電効率を高めることができる。したがって、本変形例のウィンドファームにでは、発電出力を効果的に向上することができる。

なお、上記では、複数の風車１のうち、卓越風向Ｐｗ，Ｐｗ１，Ｐｗ２において最も上流側に位置する一の風車１（１Ａ，１Ｃ）に気流発生装置６１を設置する場合について説明しているが、これに限らない。卓越風向Ｐｗ，Ｐｗ１，Ｐｗ２において上流側に位置する複数の風車１に気流発生装置６１を設置し、下流側に位置する他の風車１に気流発生装置６１を設置しないように、ウィンドファームを構成してもよい。

＜第２実施形態＞
［Ａ］構成等
図５は、第２実施形態に係る風力発電システムにおいて、気流発生装置が設置された風車を模式的に示す図である。図５は、図８と同様に、斜視図である。

図５に示すように、本実施形態の風力発電システムにおいては、風車１に気流発生装置６１を設置したときの状態が、関連技術（図８参照）の場合と異なる。

本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の関連技術の場合（図８参照）と同様である。このため、本実施形態において上記の関連技術の場合と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

本実施形態では、図５に示すように、気流発生装置６１は、上記の関連技術の場合（図８参照）と異なり、ブレード４２のスパン方向において、翼根から翼端の全体に渡るようには、設置されていない。

具体的には、気流発生装置６１は、ブレード４２のスパン方向（ロータ４の径方向）において、翼端側に位置する第１領域Ｒ１に設置されていない。気流発生装置６１は、その翼端側に位置する第１領域Ｒ１よりも、翼根側に位置する第２領域Ｒ２に設置されている。第２領域Ｒ２において、気流発生装置６１は、複数が間を隔てて配置されている。

［Ｂ］まとめ（効果など）
ブレード４２のうち、スパン方向において翼端側に位置する第１領域Ｒ１は、翼根側に位置する第２領域Ｒ２よりも、相対周速度が大きい。このため、この第１領域Ｒ１においては、エロージョンの発生によって気流発生装置が損傷しやすい。しかし、本実施形態の風力発電システムにおいては、上記したように、気流発生装置６１は、ブレード４２のスパン方向において、翼端側に位置する第１領域Ｒ１に設置されず、その第１領域Ｒ１よりも翼根側に位置する第２領域Ｒ２に設置されている。

したがって、本実施形態の風力発電システムでは、気流発生装置６１がエロージョンの発生によって損傷することを効果的に防止することができる。

また、上述したように、ブレード４２のスパン方向のうちコード長が大きい翼根部分から翼中央部分の間においては、気流発生装置６１による「流入風増大効果」が大きい。このため、本実施形態では、気流発生装置６１を翼根側に位置する第２領域Ｒ２に設置するので、「流入風増大効果」を十分に得ることができる。

本実施形態において、第２領域Ｒ２は、たとえば、ブレード４２のスパン方向のうち、風車１について定格運転が行われるときに相対周速度が６０ｍ／ｓ以下になる領域であることが好ましい。この場合には、気流発生装置６１がエロージョンの発生によって損傷することを更に効果的に防止可能である。

たとえば、回転直径Ｄが６６ｍである風車１の場合において定格運転時の回転数が２１ｒｐｍであるとき、スパン長の８０％に位置する部分の相対周速度Ｖは、５８ｍ／ｓになる（ｒ＝（６６／２）×０．８，ω＝２π×（２１／６０），Ｖ＝ｒω＝５８）。このため、たとえば、ブレード４２のスパン方向においては、翼根から、スパン長に対して８０％の距離が離れた部分までの間に、気流発生装置６１を設置することが好ましい。

［Ｃ］変形例
上記の第２実施形態においては、単一の風車１を有する風力発電システムにおいて、ブレード４２の第１領域Ｒ１に気流発生装置６１を設置せずに、第１領域Ｒ１よりも翼根側に位置する第２領域Ｒ２に気流発生装置６１を設置する場合について説明したが、これに限らない。複数の風車１を有する風力発電システムであるウィンドファームにおいて、上記の第２実施形態の場合と同様に、気流発生装置６１をブレード４２に設置してもよい。

図６は、第２実施形態の変形例に係るウィンドファームにおいて、複数の風車１が配置された様子を示す図である。図６は、図１と同様に、側面図であって、複数の風車１の一部を示している。

図６では、図１と同様に、ウィンドファームにおいて複数の風車が設置された設置領域で吹く風の風向きのうち、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向きにおいて、互いに隣り合って並ぶ２つの風車１に関して示している。ここでは、卓越風向Ｐｗ（年間を通じて最も頻度が高い風向き）に沿って並ぶ２つの風車１を例示している。

図６に示すように、複数の風車１のうち、卓越風向Ｐｗにおいて上流側に位置する風車１Ａ（第１の風車）のブレード４２に対して、上記の第２実施形態の場合（図５参照）と同様に、気流発生装置６１を設置してもよい。つまり、卓越風向Ｐｗにおいて上流側に位置する風車１Ａ（第１の風車）を構成するブレード４２のスパン方向において、翼端側に位置する第１領域Ｒ１に気流発生装置６１を設置せずに、その翼端側に位置する第１領域Ｒ１よりも翼根側に位置する第２領域Ｒ２に気流発生装置６１を設置してもよい。

図７は、第２実施形態の変形例に係るウィンドファームにおいて、複数の風車１が配置された様子を示す図である。図７は、図４と同様に、側面図であって、複数の風車１の一部を示している。

図７では、図４と同様に、複数の風車１が設置された設置領域で吹く風の風向きのうち、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向きが複数である場合に関して示している。ここでは、第１の卓越風向Ｐｗ１と、その第１の卓越風向Ｐｗ１に対向する第２の卓越風向Ｐｗ２とがある場合において、第１の卓越風向Ｐｗ１および第２の卓越風向Ｐｗ２の両者に沿って並ぶ、３つの風車１を例示している。

図７に示すように、複数の風車１のうち、第１の卓越風向Ｐｗ１において上流側に位置する風車１Ａ（第１の風車）のブレード４２に対して、上記の第２実施形態の場合（図５参照）と同様に、気流発生装置６１を設置してもよい。つまり、第１の卓越風向Ｐｗ１において上流側に位置する風車１Ａ（第１の風車）を構成するブレード４２のスパン方向において、翼端側に位置する第１領域Ｒ１に気流発生装置６１を設置せずに、その翼端側に位置する第１領域Ｒ１よりも翼根側に位置する第２領域Ｒ２に気流発生装置６１を設置してもよい。

これと同様に、複数の風車１のうち、第２の卓越風向Ｐｗ１において上流側に位置する風車１Ｃ（第１の風車）のブレード４２に対して、上記の第２実施形態の場合（図５参照）と同様に、気流発生装置６１を設置してもよい。つまり、第２の卓越風向Ｐｗ２において上流側に位置する風車１Ｃ（第１の風車）を構成するブレード４２のスパン方向において、翼端側に位置する第１領域Ｒ１に気流発生装置６１を設置せずに、その翼端側に位置する第１領域Ｒ１よりも翼根側に位置する第２領域Ｒ２に気流発生装置６１を設置してもよい。

＜その他＞
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。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１…風車、１Ａ…風車（第１の風車）、１Ｂ…風車（第２の風車）、１Ｃ…風車（第１の風車）、２…タワー、３…ナセル、４…ロータ、５…風向風速計測部、４１…ハブ、４２…ブレード、６１…気流発生装置、６１１…基体、６２１…第１電極、６２２…第２電極。

Claims (6)

1. ロータにブレードが取付けられている風車と、
   絶縁材料で形成された基体に第１電極と第２電極とが設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されることによって気流を発生する気流発生装置と
   を有し、前記風車が予め定められた設置領域に複数設置されているウィンドファームであって、
   前記複数の風車は、前記設置領域で吹く風の風向きのうち、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向きにおいて、上流側に位置する第１の風車と、前記第１の風車よりも下流側に位置する第２の風車とを有し、
   前記気流発生装置は、前記複数の風車のうち、前記第１の風車に設けられた前記ブレードに設置されている、
   ウィンドファーム。
2. 前記設置領域で吹く風の風向きのうち、年間における頻度が予め定めた値よりも高い風向きが複数であるときには、当該複数の風向きのそれぞれにおいて上流側に位置する前記第１の風車に設けられた前記ブレードに、前記気流発生装置が設置されている、
   請求項１に記載のウィンドファーム。
3. 前記気流発生装置は、前記ブレードのスパン方向のうち、翼端側に位置する第１領域に設置されず、前記第１領域よりも翼根側に位置する第２領域に設置されている、
   請求項１または２に記載のウィンドファーム。
4. 前記第２領域は、前記ブレードのスパン方向のうち、前記風車について定格運転が行われるときに相対周速度が６０ｍ／ｓ以下になる領域である、
   請求項３に記載のウィンドファーム。
5. ロータにブレードが取付けられている風車と、
   絶縁材料で形成された基体に第１電極と第２電極とが設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されることによって気流を発生する気流発生装置と
   を有し、
   前記気流発生装置は、前記ブレードのスパン方向のうち、翼端側に位置する第１領域に設置されず、前記第１領域よりも翼根側に位置する第２領域に設置されている、
   風力発電システム。
6. 前記第２領域は、前記ブレードのスパン方向のうち、前記風車について定格運転が行われるときに相対周速度が６０ｍ／ｓ以下になる領域である、
   請求項５に記載の風力発電システム。

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