極東極楽 ごくとうごくらく

豊饒なセカンドライフを求め大還暦までの旅日記

革命的な風力タービン Ⅹ

2017年02月21日 | 環境工学システム論

    

     30  情熱のままに / 離為火(りいか) 

                                  

    ※ 離の卦は、火、太陽を象徴する。また明であり、知性である。燃え
      つくこ
とから、付着することでもある。この卦は上下とも離(り)
      であり、いやがうえにも明るい太陽、火のような情熱、
そして明晰
      な知性を表わす。自己の立場にしっかり根を据えて(付着)、能力
      をあるかぎり発揮すべき
時である。しかし、情熱にまかせてやや軽
      率な行動に走る傾向もある。「牝牛
を養えば、吉」――牝牛のよう
      な柔順さをあわせ持つことが大切である。

 

   

【RE100倶楽部:スマート風力タービンの開発 29】 

さて、この「革命的な風力タービン」」シリーズも今夜で終わりとなる。発電量の大き
さではなく、高性能でタフでいて環境にマッチした自律分散型のスマート風力タービン
の開発が目標にあった。さらに、付け加えるべきは、耐用年数を20年としている。こ
こでは、カット・アウト風速すなわち過回転防止技術
を取り上げる終わりとする。

 Feb. 16, 2017

一般に、強風時に垂直軸揚力型風車が過回転となると、①速度制御機構や強力なブレー
キが必要になる、②また、ブレーキ破損時には、垂直軸揚力型風車が過回転により破損
してしまう恐れもある。③さらに、フラップの開閉に電力が必要であるという問題もあ
る。ところで、垂直軸型風力タービンには、ⓐ揚力型風車と、ⓑ抗力型風車とがあり、
これら垂直軸揚力型と、垂直軸抗力型には、上図のように、①直線翼垂直軸風車のよう
な揚力型は、高周速比で風力効率が高くなる特徴があり、②サポニウス風車のような抗
力型は低周速比で風車効率が得られる特徴がある。また、③高周速比の揚力型は騒音が
大きくなる特徴をもつ。中には、この揚力型と抗力型――小径ブレードは、サボニウス
型のブレードから成るとともに、大径ブレードは、ダリウス型のブレードから成る――
の、つまり、風速比の大小の領域に対応でき、過回転防止(=過電流切断回路)を組み
込んだ発電機から構成される下記特許も提案されている。
  特許5882174/2016.3.9
 【符号の説明】 

1  風力発電装置 2  小径ブレード 3  大径ブレード 4  発電手段 5  磁力支持手段 6 
支承手段 7  遮断手段 L  軸部材 

これらを踏まえ、過回転防止技術の事例の新規考案を参考に俯瞰してみる。例えば。
下図の「特開2004-104975 風力発電装置」では、渦電流ブレーキ30は、風車ロータ4
を制動して回転数を減少可能に構成されている。具体的には、渦電流ブレーキ30は、
本体31と、この本体31内に収容されたコイル32およびロータ33とを含み、風車
ロータ4の回転に連動し、円板状のロータ33が回転する中でコイル32に直流電圧が
印加されて電磁石となると、ロータ33に渦電流が流れロータ33の回転抵抗を増大し
て制動される構成である。

このロータ33は、銅やアルミニウム等で円板状に形成され、交流発電機9を介して風
車ロータ4と連結された
ブレーキ制御手段20は、交流発電機9の出力電力が設定値以
となった場合、余剰出力電力を渦電流ブレーキ30へ供給して作動させる手段である。
ここでは、この実施形態は、交流発電機9として同期型発電機を選定し、ロータ回転数
に比例し出力電力が増大する。したがって、交流発電機9の出力電力から風車ロータ4
の回転数を算出している。ところで、ブレーキ制御手段20は、交流発電機9の出力電
力が設定値以上となった場合、余剰出力電力(余剰直流電圧)を渦電流ブレーキ30へ
供給し作動させ、風車ロータ4は、渦電流ブレーキ30で制動し、その回転数増加が抑
えられる。なお、この際、ブレーキ制御手段20とバッテリ充放電コントロールユニッ
ト12とは並列接続となることから、バッテリ14に充電しながら風車ロータ4の回転
数も制御できるとしている。

JP2004-104975A 2004.4.2

また、下図の「特開2016-017448 過回転を防止可能な垂直軸抗力型風車、及びこれを用
いた風力発電装置」では、
装置構成を大型化、複雑化することのない簡単な構造で、
暴風による風車の過回転を防止し、その破損を回避できる風力発電装置を提供する
、ク
ロスフロー型の風車を備える風力発電装置で、各回転翼は、それぞれ翼形の断面形状を
もち、風車の回転軸を中心とする放射軸線との交差角度が風車に回転力を発生しうる初
期角度から風車の回転力を低減させる所定角度までの範囲で回動可能に支持され、これ
らの回転翼をそれぞれ初期角度位置に付勢し、かつ、風速に応じて各回転翼を所定角度
位置まで回動可能とさせるバネ部材が各回転翼に対応して設けた風力発電装置(特開20
03-148322)、あるいは、
永久磁石を用いた電磁誘導により、風車翼に装着した電導
板を介して、風力エネルギーを電流(電力)として取り出すことができるような風力発
電システムがあり、その中で風車翼の外周をリング状に覆うことにより、発電施設の強
度・安全性を高めることのできる防護機能を付加した装置(特開2008-09671を例示し、

 

このように、従前においても強風等による風車の過回転を防止し、羽根や発電装置を保
護する風力発電機構については種々提案されているが、①過回転を防止する機構が羽根
毎に個別に設けられているため、構造の複雑化、②さらには、投資コスト増、等の問題
があり、③また、過回転防止機構を設けたとしても、此れを構成する複数個の機構のう
ち何れかが破損したり、風向等の理由から意図するように作動しなかった場合には、強
風の際の過回転を十分に防ぐことができない恐れがもあるとして、代替考案――過回転
を防止の複雑な機構を一元化し、簡易な構造によって強風等による風車の過回転を防止
できる垂直軸抗力型風車及び風力発電装置を提供する。

【符号の説明】

11 上側回転盤  12 下側回転盤  13 羽根部材  14 回転軸  15 締結部材孔  16 孔部 
21  レール部材  22 ガイド部材  23 上側プレート  24 下側プレート 25 支持棒 26 締結
部材   27 軸受部   28 回転部材  31 回転軸接合部  41 土台  42 発電部  43 連結部材
51  カバー部材   52 開口部  53 風向板  54 上板  55 吊り下げ支持部材  81 連結部材

【要約

中心に設置された回転軸と、この回転軸から放射状に広がる連結部材と、この連結部材
により回転軸に連結される、回転軸と同心円で、等間隔に配置された複数の羽根部材で
高清される風車モジュールと、この風車モジュールの周囲を包囲すると共に、この回転
軸とは独立し、軸回りに回転自在な筒状のカバー部材51から構成し、このカバー部材
周囲には正対する位置に2つの開口部52を設けると共に、周囲及び/又は上面には板
状に突出する風向板53を設けたことを特徴とする垂直軸抗力型風車を強風等による風
車の過回転を防止でき、限定された土地でも有効的に、そして効率的な風力発電を可能
にするため、装置本体を複数積層可能な垂直軸抗力型風車及び風力発電装置を提供する。

さらには、下図の「特開2016-205255 複合風車」では、この複合風車1で、垂直軸揚
力型風車10と、垂直軸抗力型風車20と、垂直軸揚力型風車10と垂直軸抗力型風車
20との間でトルクが伝達されるようにそれらを連結し、または、トルクが伝達されな
いようにそれらを切離す連結・切離し部30とを備え、連結・切離し部30は、垂直軸
揚力型風車10の回転数が垂直軸抗力型風車20の回転数よりも小さい弱風時にこれら
を連結し、垂直軸揚力型風車10の回転数が過回転数よりも小さくかつ垂直軸抗力型風
車20の回転数よりも大きい中風時にそれらを切離し、垂直軸揚力型風車10の回転数
が過回転数以上の強風時にそれらを連結することで、弱風での起動性を向上させ、かつ
、強風での過回転を抑制することができる複合風車を提供している。

【符号の説明】

1,2…複合風車、10…垂直軸揚力型風車、11…第1回転軸部、12…ブレード、
13…支持ストラック、20…垂直軸抗力型風車、21…第2回転軸部、22…ブレー
ド、23…ブレード支持板、30…連結・切離し部、31…第1磁力カップリングディ
スク、31A…磁石、32…第2磁力カップリングディスク、32A…磁石、33…磁
力軸、33A…磁石、34…移動手段、34A…風受板、34B…支持部材、34B1
第1支持部、34B2…第2支持部、34C…付勢部材、34D…風向制御翼、35…
カバー体、40…連結・切離し部、41…第1連結部、42…第2連結部、43…回転
数測定手段、44…制御手段

以上の事例を俯瞰してみてまず最初に複雑であるという印象を受け、実用性にあるいは、
わたし(たち)がイメージしていものとかなりかか離れてものであり、これに対し、①
ブリード風車部(あるいはトルク伝達部)の破損防止過回転防止機構には、シリンドリ
カルな遮断機構の上下開閉で対応(完全シールドしなくても、開閉度で原則可能)し、
②過回転による、過電流には、これらの事例で提案されているブレーキが遮断回路で対
応できると考える。前者①は、風車が破損しない強靭性を備えた機構・構造で対応すれ
ばそれも不用である。

最後に、現在「IoT」(モノのインターネット)という新しい『デジタル革命渦論』
の1つの惑星が誕生する時代である。知恵絞り汗を流せば、金元敏明教授の相反転方式
発電ユニットの考察から始まった、「スマートウインドタービン」という新星が、また
1つこの日本から生まれることとなる。頑張ろう!諸君。

 

  ● 今夜の一曲

ベートーベン: 七重奏曲 Septet, in Es, Op.20

ベートーヴェン初期の傑作で、明るい旋律と堂々としたリズムをもち、作品が公開され
た当初から広く親しまれたとされ、初版が出版される前から海賊版が出回っていたとも
言われている。作曲されたのは1799年から1800年にかけてで、同時期に作曲されたもの
に交響曲第1番などがある。ベートーヴェンの作曲人生の中では古典派音楽の勉強と自
らの独自性を模索する時期といえる。モーツァルトのディヴェルティメントのように、
娯楽的でサロン向けの音楽として書かれているが、旋律やリズム、構成の面などでその
後のベートーヴェンらしい作品の登場を予感させる部分も随所に見られる。第5楽章の
スケルツォはそのひとつである。作曲者によるピアノ三重奏版も存在する。意表を突か
れた、記憶に残る名迷曲の1つである
(出典:Wikipedia)。

【楽曲構成】 

  • 第1楽章 Adagio - Allegro con brio 変ホ長調 4/4拍子 ソナタ形式:ヴァイオリン
  • 第2楽章 Adagio cantabile 変イ長調 9/8拍子:クラリネット
  • 第3楽章 Tempo di Menuetto - Trio 変ホ長調 3/4拍子 メヌエット:弦管楽器
  • 第4楽章 Tema con variazioni: Andante 変ロ長調 2/4拍子 変奏曲
  • 第5楽章 Scherzo (Allegro molto e vivace) - Trio 変ホ長調 3/4拍子 スケルツォ:
         ホルンとヴァイオリンとチェロのトリオ
  • 第6楽章 Andante con moto alla marcia - Presto 変ホ短調 - 変ホ長調 4/4拍子

  

食品加工技術の向上の驚愕の様はこのブログでも掲載してきたが、昨年発売された日清
食品
の「鬼かき揚げ太うどん」のように216円で電子レンジで簡単においしく頂ける
ことに象徴されている。後はこれを楽しく頂ける文化環境の有無ということになる。ま
た、同様にソーラールーフ搭載プリウスのCMも盛んに流されていることに感慨を受け
る。思えば、このブログ10年近くにもなる。ここで書き散らされた情報は、我が国だ
けでなく、米中ソ政府機関などからも検閲(誇大妄想)?されてきた。情報とは、タイ
ムラグはあっても、必ずリークするものであるから、今後も、積極的に発信し続けよう
 、自分に言い聞かせる。そういえば、テレビ、北朝鮮で鯰の養殖に成功したことが放映され
ていたが、「河豚+鯛+鰻」の食感を併せ持つ優良食品として、国民の腹の足しになるなら、
これにこしたことはない。

 Nov. 23, 2016

                                                   

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