NO822188L

NO822188L - Fremgangsmaate for utnyttelse av vindenergi.

Info

Publication number: NO822188L
Application number: NO822188A
Authority: NO
Inventors: Vincenzo Gervasio; Antonio Rossi
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1981-07-07
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1983-01-10
Also published as: SE8204113L; GB2101691B; NL8202722A; CA1192950A; DK303782A; GR76200B; FR2509385A1; CH649817A5; FR2509385B1; SE8204113D0; IE53230B1; BE893785A; IE821629L; IT8122777A0; US4556801A; IT1167547B; LU84259A1; GB2101691A; FI822402A0; FI822402L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for unytt-else av vindenergi for produksjon av elektrisk strøm med konstant frekvens. Det største problem som oppstår ved utnyttelse av vindenergi til strømproduksjon ligger i den store variasjon i vinden, hvilken er dårlig tilpasset til å dekke behovet for elektrisk strøm, hvilket følger et helt annet.mønster. Det har blitt frembragt og eksperimen-tert med mange typer systemer for akkumulering, også med gode resultater, men dette stiller ofte meget strenge krav til systemene, som ofte blir kostbare både når det gjelder produksjon og drift.

Det er mulig å utnytte vindenergi som den eneste energi-kilde for strømproduksjon (direkte kobling mellom vindrotoren, synkron - eller induksjonsgeneratoren og kraftnettet), men dette gir maksimal utnyttelse av vindenergien bare innen et bestemt område for omdreiningshastigheten, og medfører således lav gjennomsnittligvvirkningsgrad for systemet.

Dette problem kan bare løses ved at det benyttes meget komp-liserte innretninger (rotor med innstillbare blader, komp-liserte styresystemer osv.) hvilket vil føre til høye omkost-ninger for produksjon og drift. Dersom det anvendes en vindrotor med faste blader (og som dermed er solid og pålitelig), må det tilføres suplérendé energi for å holde omdreiningshastigheten til vindrotoren i et område for maksimal utnyttelse av vindenergien når vindhastigheten varierer. En vindrotor med faste blader kan absorbere vindenergi under optimale forhold, ved en omdreiningshastighet som avhenger av vindhastigheten. Følgelig, dersom det skal opprettholdes optimale forhold for opptak av energi, er det umulig å drive en elektrisk generator som er direkte koblet til vindrotorens aksel med konstant omdreiningshastighet.

I henhold til norsk patentansøkning nr. 81.3094 er kilden for den suplerende energi en primær drivanordning/f.eks. en for-brenningsmotor, idet effekten fra denne styres i forhold til behovet, for å opprettholde den nødvendige omdreiningshastighet .

Ved fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse er vindrotoren koblet til en likestrømsmotor og en elektrisk generator, som drives med konstant omdreiningshastighet. Denne kobling oppnås ved hjélp av en differensial-anordning. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan også gjennomføres ved hjelp av et system av en eller flere vindrotorer, en eller flere likestrøms hjelpemotorer og en eller flere elektriske generatorer. Flere innkoblede elektriske elementer kan muliggjøre forbedret variasjon i systemet for å oppnå bedre virkningsgrad.

Oppfinnelsen vil fremgå klarere av den følgende beskrivelse, under henvisning til de vedføyde tegninger, som illustrerer fremgangsmåten.

De tre elementene (generatoren 2, elektromotoren 4 og vindrotoren 1) er mekanisk sammenkoblet ved hjelp av en differensial 3, som ved hjelp av en pinjong er koblet til generatoren 2, idet én aksel er koblet til elektromotoren 4 og den annen aksel er koblet til vindrotoren 1.

Ved hjelp av denne kobling virker differensialen som en innretning som summerer omdreiningshastighetene, slik at når omdreiningshastigheten til elektromotoren 4 varieres på passende måte, kan variasjoner i omdreiningshastigheten til vindrotoren kompenseres for, slik at det til generatoren 2 overføres en effekt som er lik summen av de momentane effekter fra elektromotoren 4 og vindrotoren 1, med konstant omdreiningshastighet. Fig. 2 viser variasjonen i dreiemoment Z (fig. 2A) og effekt Y (fig. 2B) fra vindrotoren (med faste blader) når dens omdreiningshastighet varierer, for forskjellige vindhastigheter (V^,<v>2,<v>3). Fig. 2B viser også en kurve gjennom punktene for maksimal vindrotoreffekt. Fig. 2A viser en kurve gjennom alle de verdier for dreiemomentet som tilsvarer maksimal effekt. Dersom omdreiningshastigheten til vindrotoren kan variere på passende måte når vindhastigheten varierer, kan vindrotoren hele tiden arbeide under maksimale forhold med hensyn til effekt. Ved å velge karakteristikk for elektromotoren (dreiemoment som funksjon av omdreiningshastighet),er det mulig å oppnå en variasjon i dreiemomentet (Z') med omdreiningshastigheten (W') av den type som er vist i fig. 3, og dette er nøyaktig analogt med kurven vist i fig. 2A (med unntak av retningen til w'-aksen sammen-lignet med retning av W-aksen).

Dette er f.eks. mulig med en uavhengig magnetisert likestrøms-motor, i hvilken det skjer en koordinert styring av både ankerspenningen og magnetiseringen som funksjon av omdreiningshastigheten.

Dersom en slik elektromotor er tilkoblet ved hjelp av differensialmekanismen vist i fig. 1, til en vindrotor og til en elektrisk generator som er tilkoblet et strømnett med konstant frekvens, oppnås de forhold som er illustrert i fig. 4, der absisseaksen representerer omdreiningshastigheten W til vindrotoren, økende fra venstre mot høyre, og omdreiningshastigheten til hjelpemotoren, økende fra høyre mot venstre. Z-aksen viser dreiemomentet til vindrotoren når omdreiningshastigheten til vindrotoren varierer, for tre verdier av vindhastigheten (V^, V^, V^)/og Z'-aksen viser dreiemomentet til elektromotoren når omdreiningshastigheten til elektromotoren varierer. Avstanden 0-0' utgjør den konstante sum av disse to omdreiningshastigheter, som overføres til generatoren ved hjelp av differensialmekanismen.

Punktene P^, P^/P^ i fig- 4 representerer punkter med stabil drift for systemet når vindhastigheten varierer, og på grunn av sammenhengen mellom karakteristikk-kurven til den valgte elektromotor og kurven i fig. 2a som sammenbinder de punkter der dreiemomentet til vindrotoren tilsvarer dens maksimale effekt, er virkningen at når vinden varierer, arbeider vindrotoren som er tilkoblet elektromotoren på denne måte hele tiden med maksimal effekt.

Dersom systemet er tilkoblet forbruker-installasjoner ved hjelp av en krets som ikke er koblet til andre generatorer, mangler den regulerende virkning fra strømnettet på frekven-sen som skyldes det synkroniserende dreiemoment til generatoren, og følgelig kan summen av omdreiningshastighetene til de to motorene.(vindmotoren og elektromotoren), represen-tert ved avstanden 0-0' i fig. 4, holdes konstant bare ved å opprettholde belastningen på generatoren konstant, og dette er mulig ved å benytte en forbruker-installasjon som er lavt prioritert og derfor kan tilføres varierende effekt.

Den nødvendige strøm for drift av hjelpemotoren (motoren 4 .•

i fig. 1) kan tilføres fra strømnettet eller alternativt frembringes av generatoren 2 vist i fig. 1, idet strømmen likerettes og tilføres hjelpemotoren.

Alternativt kan likestrøm dannes direkte, ved å tilkoble

en dynamo (i tillegg til generatoren 2) til systemet, sammen med et system av bufferbatterier som virker som. et lag-ringssystem.

Likestrøm kan også dannes ved hjelp av en konvensjonell vindmotor med faste blander, koblet til et batterisystem og mon-tert i en enhet sammen med en eller flere vindmotorer som omfatter en innretning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Endelig kan likestrøm dannes av en fotoelektrisk generator som er tilkoblet systemet.

Claims

1. Fremgangsmåte for utnyttelse av vindenergi for produksjon av elektrisk strøm med konstant frekvens, karakterisert ved at en vindrotor er koblet ved hjelp av en innretning for summering av omdreiningshastighet, til en likestrøms hjelpe-elektromotor og til en generator som drives med konstant omdreiningshastighet, hvilken mekanisme omfatter en differensial som har sin pinjong tilkoblet generatoren og sin ene aksel tilkoblet elektromotoren, idet den annen aksel er tilkoblet vindrotoren.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at elektromotoren har et dreiemoment, avhengig av omdreiningshastigheten, som opp-rettholder en omdreiningshastighet for vindrotoren som representerer maksimale forhold med hensyn til effekt.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at elektromotoren er av en type med uavhengig magnetisering, idet både ankerspenningen og magnetiseringen styres på en koordinert måte i samsvar med omdreiningshastigheten.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at strømtilførselen til elektromotoren tilføres fra et strømnett, i likerettet til-stand.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at strømtilførselen til elektromotoren tilføres fra generatoren, i likerettet til-stand .

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at strømtilførselen til elektromotoren produseres av en dynamo som er tilkoblet systemet .

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at strømtilførselen til elektromotoren produseres av en hjelpe-vindmotor som er tilkoblet systemet.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at strømtilførselen til elektromotoren tilføres fra et fotoelektrisk system.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at strømtilførselen til elektromotoren er tilkoblet et bufferbatteri-system som virker som et akkumulatorsystem.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-9, karakterisert ved at koblingen mellom elementene i hele systemet, nemlig vindrotoren, elektromotoren, vekselstrømsgeneratoren og likestrømsgeneratoren, er dannet ved bruk av flere elementer av samme type.