風力発電に用いられる制御について

質問

風力発電システムのメカニカル制御に関する研究を行おうと思っています。
風力発電における制御には、ヨウ・ピッチ制御等が知られていますが、
それ以外にも制御を必要としている問題があるのでしょうか？
また、ヨウ・ピッチ制御に関して、今以上に考慮すべき点はありますか？

その他、研究のテーマとして「風力発電にはこういう制御もあるよ」というのがあれば情報をお願いします。

回答No.2

perceus

hiroyuki_16さんは、機械工学を専攻されているのでしょうか？風力発電は機械工学や流体力学あるいは航空工学の専門家が多い分野です。しかしながら”発電”というからには、電気工学的な切り口も必要かと思います。（質問の内容からは外れますがお許しを）
太陽光発電は、太陽電池の特性からＭＰＰＴ（最大電力追従制御）を行っています。私は、風力発電にもこの技術は応用できると思っています。風力発電も風速と風車の回る速度をある一定の比率にすることにより理想的には、最大効率で運転することが可能です。それを発電機の出力電圧だけで制御できれば、風速計も回転数計も不要となり、より高い精度で制御が可能と考えられます。
私の経験として、ヨーだのピッチだのを風速の変動に応じて制御するのはとても大変なことでした。最終的には、風任せがいい、と思ってしまったくらいですから。（笑）

回答No.1

oodaiko

hiroyuki_16さんこんにちは

はじめにお断りしておきますが、わたしは風力発電については一般的な知識しかありません。
またメカニカル制御についてもそれほど知識があるわけではないので、以下は素人の意見と
して受け止めていただきたいと思います。
「こんなことはとうに知ってます」というレベルの話であれば御容赦願います。

研究と言うより実用的な部分での話ですが、強風対策は制御メカニズムの中に是非とも組み
込んでおく必要があります。
効率を追求するなら出来るだけ弱い風でも発電できるようにしておきたいところですが、逆に
弱い風でも回るような風車ほど強風にも弱くなると思います。台風などの強風の時は翼を
折って回転しないようにしておかないと、装置が壊れます。
強風は一定して吹くわけではなく、突風として突然吹いてきたり、あるいは台風の時も常に
吹き続けるのではなく一時的に弱くなったりと息をしています。ですから時定数や応答特性
を考慮せず、単純に風速を測ってある程度を越えたら、（もしくは風車の回転数がある程度
に上がったら）羽を折り、下がったら羽を戻す、という制御ではうまくいかないかも知れません。
（ヨウ制御をするのなら強風の時は折るのではなく上向きにするのかな？）

水力発電はダムをつかって最初から水流を調整できるので、水の流量や流速はある程度一定
であると仮定出来ます。しかし、風力発電は本当に自然そのままの風を利用するので
その分制御は難しくなると思います。素人考えでは応答特性の設計が特に難しそうです。
（というかそれが制御設計のメインですけどね(^^;）
風洞などを使ってある程度風の流量や流速を制御してから発電する、というのも一つの手
ですが、まあよほどの強い風が年間を通じて吹く土地でない限り効率が悪過ぎて実用に
ならないでしょうね(^^;

あと御質問の件から多少離れますが……
風力発電は多分、実験でも実用でもある程度風向風速が一定であると期待できるような平坦な
（もちろん周りに気流を乱す建築物などもない）場所に設置されることを前提として設計され
ているはずです。
そこで研究テーマとして、あえて都心のビルの谷間のような風の変動が激しい場所で利用
できるようなものを設計してみる、というのはどうでしょう
おそらく制御はもちろん、構造からして平坦な場所で使うものとは違う設計が必要になると思います。