PL214873B1 - Elektrownia wiatrowa oraz sposób wznoszenia elektrowni wiatrowej - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy konstrukcji elektrowni wiatrowej oraz sposobu wznoszenia elektrowni wiatrowej.

Dotychczas przy wznoszeniu elektrowni wiatrowej najpierw budowano fundament, następnie wznoszono maszt elektrowni wiatrowej, a potem na wierzchołku masztu montowano maszynownię i wirnik wraz z łopatami wirnika. Następnie instalowano moduły energetyczne, takie jak transformator, szafy rozdzielcze, ewentualnie falownik, instalację średniego napięcia itd. Prawie wszystko to robiono w niewielkim budynku przeznaczonym do tego celu na zewnątrz elektrowni wiatrowej.

Publikacja DE 198 16 483.1 zaproponowała już umieszczenie transformatora w maszcie w jego wnętrzu, bez potrzeby wznoszenia budynku transformatorowni z własnym fundamentem. Natomiast DE 201 02 051 U1 ujawnia instalację wiatrową z masztem, wewnątrz którego umieszcza się silnik i generator i w którym jest miejsce na transformator i inny sprzęt techniczny.

Według opisu patentowego DE 10145414,7 (polski analog P.367357) „Sposób budowania elektrowni wiatrowej i elektrownia wiatrowa” elektrownia wiatrowa ma maszt wsparty na fundamencie oraz moduł energetyczny montowany na fundamencie masztu przed wzniesieniem samego masztu.

Celem wynalazku jest zabezpieczenie wrażliwych modułów elektrowni wiatrowej przed niszczącym wpływem wody zwłaszcza morskiej oraz wilgoci, jak również opracowanie udoskonalonego sposobu jej wznoszenia.

Według stanu techniki (DE 10145414,7) moduł energetyczny umieszczono w pojemniku, którego ściany są usytuowane pomiędzy ścianą masztu, a modułem energetycznym. Moduł energetyczny ma swój własny pojemnik lub jest umieszczony w oddzielnym pomieszczeniu wewnątrz masztu elektrowni wiatrowej.

Według wynalazku elektrownia wiatrowa zawierająca fundament, maszt, który jest wsparty na fundamencie, generator oraz moduł energetyczny posiadający wiele urządzeń elektrycznych i podporę, przy czym wśród tych urządzeń elektrycznych znajduje się co najmniej jeden transformator, za pomocą którego energia elektryczna wytwarzana przez generator elektrowni wiatrowej jest transformowana do średniego napięcia lub wysokiego napięcia oraz dalsze zespoły, za pomocą których energia elektryczna wytworzona przez generator elektrowni wiatrowej jest sterowana i/albo dostarczana, i/albo przetwarzana, przy czym podpora jest umieszczona na fundamencie elektrowni wiatrowej i mieści urządzenia elektryczne modułu energetycznego, a szerokość i/albo długość modułu energetycznego jest mniejsza niż średnica masztu elektrowni wiatrowej w obszarze fundamentu, zaś moduł energetyczny jest umieszczony w pojemniku posiadającym ścianę, która jest umieszczona pomiędzy ścianą masztu a modułem energetycznym, charakteryzuje się tym, że pojemnik jest przystosowany do wodoszczelnego i/albo hermetycznego zabezpieczenia modułu energetycznego. Korzystnie pojemnik jest rurą, o przekroju cylindrycznym. Korzystnie jest również, gdy w pojemniku znajduje się oddzielne pomieszczenie dostępne jako pomieszczenie wymiany i/albo odpoczynku pracowników obsługi technicznej elektrowni wiatrowej. Najkorzystniej pojemnik posiada środki do wodoszczelnego zamykania, zapobiegające przed dostaniem się wilgoci i/albo powietrza zawierającego sól do wnętrza pojemnika.

Wewnątrz masztu znajduje się chłodzący kanał powietrzny, który korzystnie jest dostosowany do wprowadzania ochłodzonego powietrza do wnętrza pojemnika. Do cyrkulacji wprowadzane jest najkorzystniej to samo powietrze bez potrzeby dodawania powietrza z zewnątrz, zaś do wprowadzenia powietrza do chłodzącego kanału powietrznego dostosowana jest dmuchawa.

Elektrownia według wynalazku jest najkorzystniej morską elektrownią wiatrową.

Według wynalazku sposób wznoszenia takiej elektrowni wiatrowej polega na tym, że moduł energetyczny umieszcza się w pojemniku, przy czym moduł energetyczny przed wznoszeniem masztu montuje się na fundamencie albo też moduł energetyczny jest już zamontowany w maszcie fabrycznie podczas produkcji masztu. Najkorzystniej pojemnik z modułem energetycznym jest już umieszczony fabrycznie w maszcie elektrowni wiatrowej i przymocowany do niego. Natomiast według innego rozwiązania pojemnik z modułem energetycznym jest umieszczony na fundamencie elektrowni wiatrowej przed wzniesieniem masztu.

Szczególną zaletą takiej konstrukcji, zwłaszcza w odniesieniu do morskich elektrowni wiatrowych, jest to, że w sytuacji gdy woda dostanie się do wnętrza masztu, uniknie się szkodliwego jej oddziaływania na moduł energetyczny i zamontowane w nim elementy wyposażenia elektrycznego.

Jeżeli transformator i inne części modułu energetycznego, takie jak instalacje łączeniowe, falowniki itd., są umieszczone w oddzielnym pomieszczeniu wewnątrz elektrowni wiatrowej, łatwo możPL 214 873 B1 na je również oddzielić od reszty powietrza otoczenia wewnątrz masztu elektrowni wiatrowej. W pewnych okolicznościach w elektrowni wiatrowej może to być bardzo ważne, jeżeli działa ona jako morska elektrownia wiatrowa i dlatego nie jest nieprawdopodobne wystąpienie pewnej zawartości soli w powietrzu. Zamknięcie wrażliwych elektrycznie części w pojemniku oznacza, że w zasadzie mogą być one zabezpieczone przed zawierającym sól wewnętrznym powietrzem w maszcie elektrowni wiatrowej, na przykład przez wyposażenie modułu energetycznego w zamknięcie obsługiwane przez personel. Jeżeli potrzebne jest chłodzenie części elektrycznych wewnątrz takiego pojemnika, wówczas konstrukcja może mieć odpowiednie chłodzące kanały powietrzne, które prowadzą do wnętrza masztu i przykładowo przebiegają również wzdłuż ściany masztu, a poprzez które powietrze może być wprowadzane w chłodzące kanały powietrzne (za pomocą dmuchawy), a następnie przechodzi w stanie ochłodzonym z powrotem do zamkniętego pojemnika, tak że to samo powietrze cyrkuluje zawsze wewnątrz zamkniętego pojemnika i nie trzeba dodawać do niego powietrza, które w pewnych okolicznościach zawiera sól, w pozostałej części wnętrza masztu.

Moduł energetyczny w pojemniku w odróżnieniu od poprzednich konstrukcji elektrowni wiatrowych może być już umieszczony na fundamencie elektrowni wiatrowej po jego zbudowaniu przed wzniesieniem masztu, albo też pojemnik z modułem energetycznym jest już montowany i mocowany wewnątrz masztu fabrycznie, tak że wznoszenie elektrowni wiatrowej jest również możliwe bez elektrycznych części morskich elektrowni wiatrowych, które są wrażliwe na wilgoć i parę wodną, szkodliwie oddziaływującą przy wznoszeniu takich elektrowni.

Moduły energetyczne są w miarę możliwości już prefabrykowane i zamontowane na elementach wsporczych tak, że za pomocą żurawia, który w każdym wypadku jest potrzebny do wznoszenia elektrowni wiatrowej, moduły energetyczne mogą być umieszczone na fundamencie masztu lub na pomoście, a całą procedurę tworzenia systemu, zwłaszcza układanie kabli i cały proces przygotowania systemu elektrowni wiatrowej przez ustawianie modułów sterujących, szafek rozdzielczych itd., można przeprowadzać w chronionej przestrzeni, przy czym działania te można rozpocząć po wzniesieniu masztu.

Szczególnie korzystne jest również, jeżeli podpory modułów energetycznych i/albo pojemników na moduły energetyczne mają od spodu stopy wsporcze, które z kolei spoczywają na uprzednio umieszczonych płytach na fundamencie masztu. Płyty te są już wprowadzone i zamocowane w fundamencie przy jego wykonywaniu w określonych miejscach, tak że późniejszy montaż modułów energetycznych można przeprowadzać bardzo łatwo.

Wreszcie jest również bardzo korzystne, jeżeli przewidziane są puste rury na kable wychodzące z elektrowni wiatrowej, zwłaszcza na kable energetyczne, kable sterowania itd. Ściągi są przewidziane dla tych pustych rur w fundamencie elektrowni wiatrowej oraz powyżej fundamentu, by mocować te puste rury w określonym miejscu. W tym celu ściągi są przytrzymywane za pomocą ramion mocujących, które z kolei są znów dokładnie określone w częściach fundamentu lub w dolnej sekcji systemu zasilania kabli, a zwłaszcza są ułożone tak, że kable, które wychodzą z modułu energetycznego w fundament, mają znormalizowaną, najkrótszą i optymalną trasę.

Środki według wynalazku ułatwiają zatem również cały montaż elektryczny elektrowni wiatrowej przez prefabrykowanie poszczególnych modułów lub normalizację takich elementów, jak ściągi pustych rur, podpory modułów energetycznych itd., przy wykonywaniu fundamentu.

Cały czas wznoszenia elektrowni wiatrowej można znacznie skrócić środkami według wynalazku. Ponadto koszty całej procedury budowy elektrowni wiatrowej można dzięki wynalazkowi zmniejszyć bez konieczności akceptowania żadnych niedogodności technicznych.

Wynalazek zostanie dokładniej objaśniony na podstawie przykładu wykonania przedstawionego na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia widok z góry przygotowywanego fundamentu; fig. 2 przedstawia fundament po zalaniu betonem; fig. 3 przedstawia moduł energetyczny;

fig. 4 przedstawia moduł energetyczny z segmentem masztu podczas nasuwania go na moduł;

fig. 5 przedstawia widok z boku elektrowni wiatrowej;

fig. 6 przedstawia przekrój poprzeczny elektrowni wiatrowej wzdłuż linii A-A z fig. 5;

fig. 7 przedstawia przekrój podłużny przez maszt elektrowni wiatrowej;

fig. 8 przedstawia częściowy widok wnętrza elektrowni wiatrowej;

fig. 9 przedstawia częściowy widok z góry jednego z poziomów pokazanych na fig. 8;

fig. 10 przedstawia częściowy widok z góry poziomu wejściowego (trzeci poziom);

PL 214 873 B1 fig. 11 przedstawia częściowy widok z góry poziomu szafki energetycznej;

fig. 12 przedstawia widok z zewnątrz drzwi wejściowych w ścianie masztu;

fig. 13 przedstawia drzwi z pomostem w przekroju płaszczyzną pionową;

fig. 14 przedstawia drzwi z pomostem w przekroju płaszczyzną poziomą;

fig. 15 przedstawia różne poziomy w częściowym przekroju wzdłużnym dolnej części masztu;

fig. 16 przedstawia w widoku z góry konstrukcję z przestrzenią zamykającą.

Fig. 1 przedstawia widok z góry wstępnie zmontowanego fundamentu przed zalaniem betonem, ze stalowym zbrojeniem 1 i 2, przy czym pusta rurka 3 jest na nim wsparta za pomocą wspornika 4 przy najniższym segmencie masztu. Ponadto widać płyty wsporcze 5, które są przeznaczone do trzymania ramion mocujących 6 w najniższym segmencie masztu (który nie będzie widoczny po zbudowaniu elektrowni wiatrowej).

Pusta rurka 3 służy później do poprowadzenia kabli, takich jak kabel energetyczny, za pomocą którego cała energia elektryczna z elektrowni wiatrowej jest odprowadzana do sieci za pomocą podziemnych kabli. W tym celu często stosuje się nie pojedynczą rurę, ale wiele rur.

Fig. 2 przedstawia segment fundamentu po zalaniu betonem. Puste rurki 3 pozostają w swym poprzednio ustalonym miejscu, a płyty wsporcze 5 również zostały zalane betonem. Podczas betonowania ważne jest, by płyty nośne były dociskane do betonu konstrukcyjnego powodując rozkładanie obciążenia na powierzchni. Beton sięga do górnej krawędzi płyt nośnych i jest starannie ubity przy krawędzi płyty.

Po związaniu betonu ramiona mocujące 6 trzymające płyty nośne 5, jak również ściągi 4 pustych rurek 3 można rozmontować i użyć ponownie przy budowie innych elektrowni.

Po związaniu betonu, podczas budowy pozostałej części elektrowni wiatrowej, nie ustawia się masztu na fundamencie, jak to było zwykle dotychczas, ale najpierw moduł energetyczny 7 umieszcza się na płytach wsporczych 5 (fig. 2, 3 i 4).

Taki moduł energetyczny 7 jest pokazany na fig. 3 jako konstrukcja dwuczęściowa jeszcze bez pojemnika, przy czym moduł energetyczny 7 może również zawierać dalsze części.

Dwie części modułu energetycznego 7 są, w przedstawionym przykładzie wykonania, umieszczone jedna na drugiej, a cały moduł energetyczny 7 złożony jest z dwóch przymocowanych do siebie podpór 8 wspierających z kolei ważne części modułów energetycznych 7, przykładowo transformator, falownik, tablice przełączania, instalację średniego napięcia itd.

Zmontowane ze sobą podpory 8 tworzą ramę i są dokładnie dopasowane tak, że zapewnione jest również niezawodne mocowanie ich do siebie.

Poszczególne podpory 8 mają cztery pionowo usytuowane dźwigary tworzące prostokąt i połączone ze sobą u dołu. Dźwigary te są skręcone śrubami przy swym dolnym i górnym końcu.

Po zamontowaniu modułu energetycznego 7 na fundamencie buduje się maszt 9 (fig. 4) i nasuwa na ten moduł energetyczny 7. W tym celu zewnętrzne wymiary modułu energetycznego 7, szerokość i długość, są mniejsze niż wewnętrzna średnica masztu 9 w dolnym obszarze masztu 9 lub w obszarze fundamentu.

Po wzniesieniu masztu 9 elektrownia wiatrowa zostaje wyposażona jak zwykle w maszynownię, montowany jest wirnik i wykonywane są odpowiednie połączenia elektryczne pomiędzy generatorem a modułem energetycznym 7 w celu uruchomienia instalacji i dołącza się moduł energetyczny 7 (wyjście transformatora) do sieci energetycznej.

Kiedy opisane powyżej puste rurki 3 lub urządzenia przeznaczone do ułożenia kabli zostaną już zamocowane w określonym przewidzianym położeniu, połączenie pomiędzy modułem energetycznym 7 a siecią można również wykonać bardzo szybko i korzystnie, w związku z czym odcinki kabli są wszędzie zoptymalizowane, ponieważ umieszczone są puste rury, a zatem kable wychodzą z fundamentu w miejscu, gdzie są one potrzebne w przypadku znormalizowanej, zoptymalizowanej konstrukcji do połączenia z odpowiednimi częściami modułu energetycznego 7.

W elektrowni wiatrowej według wynalazku korzystne jest również to, że dostęp do elektrowni wiatrowej nie musi odbywać się poprzez konwencjonalne drzwi w stałym obszarze fundamentu, ale poprzez drzwi usytuowane tak, że wychodzą one na obszar powyżej części modułu energetycznego będące pod wysokim lub średnim napięciem. W tym celu na zewnątrz masztu 9 może być umieszczona odpowiednia drabina lub schody. Takie usytuowanie drzwi dostępu ma tę zaletę, że personel, który musi często odwiedzać elektrownię, nie musi przechodzić stale obok części modułu energetycznego 7 będących pod wysokim lub średnim napięciem, kiedy elektrownia pracuje. Zapewnia to również, że nikt nie znajdzie się w pobliżu modułu energetycznego nieoczekiwanie lub przez pomyłkę, gdy elekPL 214 873 B1 trownia wiatrowa pracuje, i nie może dotknąć części będących pod napięciem lub przewodzących prąd, co mogłoby spowodować poważny wypadek.

W rejonie drzwi dostępu do masztu 9 przewidziany jest odpowiedni pośredni pomost, który może być wykorzystywany przez personel wchodzący do masztu 9, tak że pracownicy ci mogą wchodzić wyżej w elektrowni wiatrowej wewnątrz masztu lub przeprowadzać regulacje różnych urządzeń sterowniczych, albo odczytywać zmierzone dane.

Elektrownia wiatrowa według wynalazku zwykle ma moc znamionową powyżej 100 kW, korzystnie w zakresie 500 kW, 1 MW, 1,5 MW lub znacznie więcej. Korzystnie pomost pośredni jest wyposażony w płytę zamykającą, poprzez którą pracownicy mogą dostać się do dolnego obszaru modułu energetycznego 7. Zamknięcie włazu powoduje dalsze zabezpieczenie dolnej części modułu energetycznego przed nieupoważnionym dostępem lub wejściem.

Wewnętrzna średnica masztu w obszarze fundamentu może wynosić co najmniej kilka metrów, ₂ tak że całkowita powierzchnia może przekraczać 100 m² i dlatego jest wystarczająco dużo miejsca do pomieszczenia modułów energetycznych. Określenie moduł energetyczny oznacza w niniejszym zgłoszeniu część elektrowni wiatrowej będącą pod średnim albo wysokim napięciem. Są to w szczególności zespoły takie jak transformator lub falownik, albo wyłącznik awaryjny i szafka rozdzielcza średniego napięcia, jak również rozdzielnica niskiego napięcia.

Jak wspomniano, moduł energetyczny powinien być umieszczony w swym własnym pojemniku lub komorze wewnątrz elektrowni wiatrowej. Taki pojemnik może stanowić cylindryczna rura, która po umieszczeniu modułu energetycznego na fundamencie jest nakładana na cały moduł energetyczny, albo też moduł energetyczny jest już fabrycznie umieszczony wewnątrz cylindrycznej rury, tak że przy transportowaniu tej cylindrycznej rury transportowany jest cały moduł energetyczny. Pojemnik taki może w szczególności być również zamknięty ze wszystkich stron, ale przewiduje się co najmniej jedne drzwi dostępu, a jeśli moduł energetyczny jest zbudowany na wielu poziomach wewnątrz rury, możliwe jest również, by poszczególne poziomy modułu energetycznego były dostępne za pomocą schodów lub drabin wewnątrz modułu.

Możliwe jest również utworzenie wewnątrz pojemnika dodatkowego pomieszczenia, które służy na przykład jako pomieszczenie wymiany i/albo pomieszczenie odpoczynkowe dla ludzi, takich jak techniczni pracownicy obsługi itd. Jest to bardzo korzystne zwłaszcza wtedy, gdy wynalazek jest stosowany w morskich elektrowniach wiatrowych, a w sytuacji złej pogody pracownicy obsługi technicznej są zmuszeni do pozostawania w elektrowni wiatrowej przez pewien czas. Takie pomieszczenie powinno być zatem wyposażone w najbardziej niezbędne przedmioty umożliwiające długotrwały pobyt, takie jak na przykład doprowadzenie świeżej wody, żywność, łóżka, sprzęt telekomunikacyjny.

Ponadto pomieszczenie takie może być zamykane i hermetycznie uszczelniane względem wnętrza elektrowni wiatrowej. Dzięki temu na przykład w razie pożaru w elektrowni wiatrowej ludzie mogą ewakuować się tam i oczekiwać na pomoc.

Jeżeli zamykany pojemnik jest cylindryczną rurą, górny i dolny koniec rury lub ewentualnie dodatkowe otwory mogą być zamykane na czas transportu na miejsce budowy, albo też górny i dolny koniec rury są na stałe zamknięte od zewnątrz tak, że nawet przy złej pogodzie transport na miejsce budowy lub przerwanie działań budowlanych nie oznaczają ryzyka dostania się wody morskiej lub wilgoci do wnętrza pojemnika i do wrażliwych elektrycznie części modułu energetycznego.

Jeżeli potrzebne jest chłodzenie elementów modułu energetycznego, pojemnik posiada konstrukcję umożliwiającą wymianę powietrza pomiędzy wnętrzem modułu energetycznego a wnętrzem masztu elektrowni wiatrowej. Korzystnie jednak rozpraszanie ciepła odpadowego z modułu energetycznego do wnętrza masztu może odbywać się tylko na zewnątrz modułu energetycznego. W tym celu możliwe jest zastosowanie zamkniętego obiegu powietrza dla modułu energetycznego, za pomocą którego ciepło jest doprowadzane do wnętrza masztu za pomocą odpowiedniego wymiennika ciepła, na przykład w postaci wężownicy chłodzącej.

Jeżeli potrzebne jest chłodzenie poszczególnych elementów modułu energetycznego, można to realizować za pomocą przepuszczania powietrza z wnętrza zamkniętego pojemnika przez chłodzące kanały powietrzne 12, fig. 7 (szyby powietrzne), które z jednej strony otwierają się w zamkniętym pojemniku, i przez które ochłodzone powietrze powraca w innym miejscu do wnętrza pojemnika. Wymuszony przepływ powietrza wewnątrz pojemnika realizowany jest przez dmuchawy przy wlocie i/albo wylocie poszczególnych szybów powietrznych. Jeżeli takie chłodzące kanały powietrzne (szyby powietrzne) są poprowadzone bezpośrednio przy maszcie elektrowni wiatrowej w styku z nim, na przykład w układzie spiralnym w wielu warstwach nałożonych wzajemnie na siebie, wówczas powietrze

PL 214 873 B1 jest chłodzone w takich kanałach powietrznych, ponieważ ściana masztu sama stanowi element chłodzący, będąc zawsze opływana z zewnątrz powietrzem lub wodą. Wymieniony wyżej wariant ma tę szczególną zaletę, że wnętrze zamkniętego pojemnika jest zawsze oddzielone od wnętrza masztu, a jeśli elektrownia wiatrowa jest elektrownią wiatrową morską, wówczas wnętrze zamkniętego pojemnika jest niezawodnie chronione przed kontaktem z powietrzem przenoszącym ewentualnie słoną mgłę, które dostaje się do wnętrza masztu. Oznacza to, że wszystkie części elektryczne modułu energetycznego wewnątrz zamkniętego pojemnika są zabezpieczone przed kontaktem z powietrzem, np. słonym powietrzem, które ma bardzo silnie szkodliwy wpływ, bez bezwzględnie koniecznych środków równoczesnego chronienia całego wnętrza masztu przed przedostawaniem się słonego powietrza.

W przypadku zamkniętego pojemnika transformatora i innych elementów elektronicznych korzystne jest również umieszczenie wewnątrz zamkniętego pojemnika urządzeń przeciwpożarowych, które są uruchamiane, jeśli wystąpi tam pożar. Takie urządzenia przeciwpożarowe mogą również działać w ten sposób, że cała konstrukcja jest napełniana obojętnym gazem, na przykład dwutlenkiem węgla, tak że zawartość tlenu wewnątrz zamkniętego pojemnika zostaje zmniejszona przez co ewentualny pożar zostaje pozbawiony niezbędnego tlenu. Zamiast gazu, takiego jak dwutlenek węgla, można jednak stosować również gaz taki jak azot lub inny gaz obojętny. Taki gaz obojętny jest magazynowany w zbiorniku i jest doprowadzany za pomocą jednego lub wielu czujników, które reagują na sytuację pożarową (lub znacznie zwiększoną temperaturę), za pośrednictwem zaworu, który zamyka zbiornik z obojętnym gazem tak, że ten obojętny gaz może dopływać bardzo szybko do zamkniętego pojemnika.

W pewnych okolicznościach stosowane są urządzenia zabezpieczające przed dopływem obojętnego gazu do zamkniętego pojemnika, gdy są w nim ludzie.

Takie urządzenie zabezpieczające może również zawierać na przykład przełączniki, które są uruchamiane przez personel obsługi przy wejściu do wnętrza zamkniętego pojemnika, tak że wtedy uniemożliwiony jest dopływ obojętnych gazów do wnętrza zamkniętego pojemnika.

Gdyby jednak słone powietrze dostało się do wnętrza zamkniętego pojemnika, korzystne jest również, jeżeli wewnątrz pojemnika zastosowane są środki do usuwania soli z powietrza.

Aby do wnętrza zamkniętego pojemnika mogło dostawać się możliwie mało słonego powietrza, korzystne jest również, jeżeli pojemnik ma urządzenie zamykające, które korzystnie wykonane jest z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem szklanym (GRP). Jeżeli personel obsługi chce dostać się do wnętrza pojemnika za pomocą urządzenia zamykającego, wówczas powietrze jest wprowadzane pod ciśnieniem do urządzenia zamykającego, tak że personel obsługi może wejść do wnętrza pojemnika przy wypływie powietrza. Korzystne jest, jeżeli pojemnik jest również dołączony do dalszego zbiornika, w którym magazynowane jest powietrze zasadniczo pozbawione soli, które jest później wprowadzane pod ciśnieniem do wnętrza pojemnika, gdy personel obsługi chce dostać się do wnętrza pojemnika poprzez urządzenia zamykające.

Korzystne jest również, jeżeli w pojemniku są środki przeznaczone do zmniejszania do minimum zawartości wilgoci wewnątrz pojemnika. Takie środki może stanowić na przykład element Peltiera.

Środki do usuwania soli z powietrza, jak również do zmniejszania zawartości wilgoci są ewentualnie uaktywniane, jeżeli odpowiednie czujniki reagujące na zawartość soli w powietrzu lub na zawartość wilgoci wykryją przekroczenie przewidzianej zawartości soli lub zawartości wilgoci. Środki do usuwania soli z powietrza, jak również do usuwania wilgoci są wtedy uaktywniane, aż zawartość soli i/albo zawartość wilgoci zmaleje poniżej określonej wartości.

Pojemnik z zamkniętym w niej modułem energetycznym może być umieszczony na fundamencie elektrowni wiatrowej lub na pomoście wewnątrz masztu elektrowni wiatrowej. Taki pomost może być korzystnie umieszczony również dość wysoko, tuż pod maszynownią elektrowni wiatrowej, aby dzięki temu zapewnić w najlepszy możliwy sposób, że niewiele soli może dostawać się do wnętrza pojemnika, gdy elektrownia wiatrowa jest wzniesiona na morzu.

Korzystne jest również, jeżeli wartości zmierzone przez czujniki zawartości soli i/albo wilgoci są doprowadzane do stacji centralnej, w której cała elektrownia wiatrowa jest sterowana lub monitorowana. Środki służące do zmniejszania zawartości soli lub wilgoci w pojemniku mogą być uruchamiane ze stacji centralnej.

Aby uniemożliwić wybuch pożaru w stosunku do części modułu energetycznego, możliwe jest również, by atmosfera o małej zawartości tlenu panowała w całym pojemniku podczas normalnej eksploatacji. Można to spowodować na przykład przez usunięcie tlenu z powietrza wewnątrz pojemnika, tak że zawartość tlenu maleje poniżej normalnej zawartości tlenu w powietrzu. Należy zauważyć, że

PL 214 873 B1 możliwe jest również zastosowanie w całym pojemniku dużej zawartości dwutlenku węgla (do 100%) lub azotu (do 100%) albo innego gazu obojętnego (ze zbiornika). Tylko wtedy, gdy personel obsługi chce dostać się do wnętrza pojemnika, przywracana jest w nim normalna atmosfera, aby ludzie mogli przebywać w pojemniku. W takim przypadku korzystne jest, jeśli urządzenie zamykające jest przeznaczone do otwierania tylko wtedy, gdy wewnątrz pojemnika utworzona jest atmosfera umożliwiająca przebywanie w nim człowieka bez aparatów oddechowych.

Pojemnik w elektrowni według wynalazku może być umieszczony nie tylko wewnątrz elektrowni wiatrowej, ale również zamontowany na maszcie bezpośrednio na jego stronie zewnętrznej. Przykładowo cały pojemnik może być zamontowany na pomoście na zewnątrz masztu lub przymocowany bezpośrednio do masztu. Jeżeli pojemnik ma postać zamkniętej rury i jeśli taka rura jest umieszczona na zewnątrz masztu, wówczas ludzie mogą dostać się do wnętrza pojemnika poprzez drzwi lub urządzenie zamykające dostęp do pojemnika i do wnętrza masztu. Przy takim wariancie możliwe jest również, by wnętrze pojemnika było chłodzone za pomocą chłodzących kanałów powietrznych, które wchodzą do wnętrza masztu lub otaczają maszt, bez kontaktowania się powietrza otaczającego elektrownię wiatrową z powietrzem wewnątrz pojemnika.

Korzystne jest również, jeżeli pojemnik ma konstrukcję wieloczęściową, tak że na przykład przy wymianie jakiejś części modułu energetycznego nie ma konieczności usuwania całego pojemnika, ale usuwa się tylko część modułową pojemnika, która bezpośrednio otacza tę część modułu energetycznego, która ma być wymieniona.

Fig. 5 przedstawia widok z boku elektrowni wiatrowej 12 według wynalazku z masztem 9. Fig. 6 przedstawia przekrój wzdłuż linii A-A z fig. 5. Na fig. 6 pokazano, że pojemnik 10 jest usytuowany pomiędzy modułem energetycznym 10 a ścianą masztu, przy czym pojemnik 10 może być również rurą.

Fig. 7 przedstawia podłużny przekrój przez obszar masztu. Widać, że znów pojemnik 10 całkowicie oddziela energetyczny moduł 7 od ściany 9 masztu. W celu chłodzenia modułu energetycznego powietrze z wnętrza pojemnika jest wprowadzane za pomocą dmuchawy 11 do chłodzącego kanału powietrznego 12, który jest częściowo zamontowany bezpośrednio na ścianie 9 masztu tak, że ogrzane powietrze może być tam schładzane i następnie może przepływać z powrotem do wnętrza pojemnika 10. Jest oczywiste, że chłodzące kanały powietrzne mogą przyjmować dowolny kształt, a zwłaszcza mogą również przebiegać spiralnie wzdłuż ściany 9 masztu, aby zapewnić przez to normalne chłodzenie powietrza w chłodzącym kanale powietrznym 12.

Fig. 8 przedstawia częściowy widok wnętrza elektrowni wiatrowej według wynalazku, gdzie pokazano, że różne części elektrowni wiatrowej są usytuowane na różnych poziomach wewnątrz pojemnika.

Fig. 9 przedstawia częściowy widok z góry jednego z poziomów pokazanych na fig. 8. Fig. 10 przedstawia częściowy widok z góry poziomu wejściowego (trzeci poziom), na którym usytuowana jest szafka sterowania, pulpit sterowania, pulpit DUV itd. Płyty podłogowe ułożone tam, można usunąć, aby przenieść części usytuowane pod tym poziomem na trzeci poziom, a więc również na poziom wejścia i wyjścia. W pewnych okolicznościach jest to ważne, kiedy na przykład jakaś część musi być przemieszczona do góry z pierwszego i drugiego poziomu na trzeci poziom za pomocą żurawia, by następnie wyprowadzić ją na zewnątrz poprzez wejście elektrowni wiatrowej.

Fig. 11 przedstawia poziom szafki energetycznej. Takie poziomy szafek energetycznych mogą również być przewidziane na wielu poziomach, na przykład na czwartym, piątym, szóstym i siódmym poziomie, ponieważ w przypadku stosunkowo dużych elektrowni zwykle potrzebne jest wiele szafek energetycznych i w niektórych okolicznościach nie wszystkie z nich mogą być umieszczone na jednym poziomie. W związku z tym należy również zauważyć, że na każdym poziomie są otwory w ścianie na zużyte powietrze, tak że zużyte powietrze może być wyprowadzane poprzez zbiorcze kanały powietrzne i może przepływać do wnętrza masztu elektrowni wiatrowej, gdzie powietrze jest następnie chłodzone przez wymianę ciepła ze ścianą masztu.

Jeżeli pojemnik jest zamknięty, możliwe jest również, by ciśnienie powietrza wewnątrz pojemnika było inne niż ciśnienie powietrza na zewnątrz tego pojemnika, a zwłaszcza ciśnienie powietrza na zewnątrz pojemnika, ale wewnątrz masztu.

Wreszcie przewidziano również, że wewnątrz pojemnika i/albo w jednym z kanałów powietrznych umieszczone jest urządzenie grzejne i/albo chłodzące, dzięki czemu można wpływać na temperaturę wewnątrz pojemnika. Urządzenie grzejne jest odpowiednie w pewnych okolicznościach, kiedy elektrownia ze względu na pogodę została zatrzymana na dłuższy czas i zimą ochładza się do niepożądanej wartości temperatury. Z drugiej strony chłodzenie powietrza wewnątrz pojemnika może być bardzo sprawnie i szybko realizowane za pomocą urządzenia chłodzącego (np. wymiennika ciepła).

PL 214 873 B1

Wreszcie korzystne jest, jeżeli cały pojemnik ma postać konstrukcji samonośnej, tak że cały pojemnik może być transportowany i w szczególności przemieszczany na żurawiu wraz z urządzeniami umieszczonymi w pojemniku. W szczególności, jeżeli pojemnik jest rurą, na przykład stalową, konstrukcję taką można łatwo zrealizować. Zaletą takiej konstrukcji jest zwłaszcza to, że cały pojemnik wraz z jego wewnętrznymi częściami można wtedy wytworzyć w fabryce z jakością najwyższego stopnia, a potem tylko pozostaje przetransportować go na miejsce budowy. Konstrukcja taka może też znacznie ułatwić późniejszy demontaż.

Fig. 12-16 przedstawiają dalsze szczegóły elektrowni wiatrowej według wynalazku z już opisanym modułem energetycznym. Objaśniono tu w szczególności jak urządzenie zamykające jest wykonane pomiędzy zewnętrznym wejściem do masztu elektrowni wiatrowej a wnętrzem elektrowni, to znaczy tam, gdzie usytuowane są ważne części elektroniczne i elektryczne modułu energetycznego, przy czym takie urządzenie zamykające w sytuacji, gdy cała elektrownia wiatrowa jest wykorzystywana jako elektrownia morska, uniemożliwia przedostawanie się słonego powietrza lub słonej wody do wnętrza elektrowni, przez co zapobiega się uszkodzeniu lub zniszczeniu części elektrycznych lub elektronicznych.

Fig. 15 przedstawia w częściowym przekroju wzdłużnym dolnej części masztu różne poziomy, na których moduł energetyczny jest rozmieszczony w pewnych okolicznościach, a u góry z prawej strony na fig. 15 zewnętrzne wejście do wnętrza masztu. Wejście to jest wyposażone w zwykłe drzwi

100, które są odpowiednio zamykane. Jak pokazano na fig. 15, od tych drzwi 100 do wewnątrz prostopadle do ściany masztu odchodzi pomost 101 korzystnie dołączony bezpośrednio do masztu tak, że po pomoście tym można już chodzić przy ustawianiu masztu.

Fig. 16 przedstawia w widoku z góry konstrukcję pokazaną na fig. 15 ilustrując rurowy moduł 7, jak również drzwi 100 i pomost 101. Z boku pomostu usytuowane są dalsze pomosty, korzystnie kratowe, które są również trwale przymocowane do ściany masztu i umożliwiają człowiekowi dojście do drabiny 103 umieszczonej w maszcie poprzez drzwi 100 za pośrednictwem opisanych powyżej pomostów 101, 102 nawet już w bardzo wczesnym etapie budowy elektrowni wiatrowej.

Jak pokazano również w widoku z góry, ale też na fig. 15, bezpośrednio przy pomoście 101, od strony wnętrza masztu, usytuowana jest przestrzeń (patrz również fig. 10, z prawej strony u dołu), która ewentualnie wraz z przestrzenią powyżej pomostu 101 tworzy zamknięty układ zamykający. Obszar tej przestrzeni zamykającej jest zaznaczony na fig. 16 przez zakreskowanie.

Personel obsługi wchodzi w tę przestrzeń zamykającą z zewnątrz i w tej przestrzeni może ewentualnie zmienić ubranie lub przynajmniej pozostać przez krótki czas. Przewidziano tu również urządzenia sanitarne. W tej przestrzeni zamykającej umieszczone są dalsze drzwi 104, które prowadzą do wnętrza masztu, czyli do elementów wyposażenia modułu energetycznego.

Te drzwi 104 są korzystnie szczelne dla wilgoci, tak że kiedy w pewnych warunkach wilgoć przedostanie się do tej przestrzeni zamykającej, nie może dostać się do wnętrza elektrowni poprzez drzwi 104.

Fig. 12 przedstawia widok z zewnątrz na wejściowe drzwi 100 elektrowni wiatrowej.

Fig. 13 przedstawia część zamykającej przestrzeni wejściowej z fig. 16 w powiększeniu.

Fig. 14 przedstawia dalszy szczegółowy widok z fig. 15. Widać tu wyraźnie, że podłoga zamykającej przestrzeni wejściowej jest przymocowana do wnętrza samego masztu, i że podłoga ta korzystnie przepuszcza wilgoć, tak że kiedy rozpylona woda itp. przedostanie się do zamykającej przestrzeni wejściowej, gdy wejściowe drzwi 100 są otwarte, wówczas ta rozpylona woda itp. może spłynąć przez podłogę. Poniżej podłogi, która korzystnie jest również w postaci rusztu, usytuowana jest nieprzepuszczająca wody płyta pochylona w kierunku do ściany masztu. Jeśli zatem bryzgi wody lub też wilgoć z ubrania personelu obsługi dostanie się do tej przestrzeni poprzez ruszt, woda taka może odpłynąć bezpośrednio na zewnątrz znów poprzez otwór 105.

Jak widać również na fig. 16, ale również na fig. 14 i 13, zamykająca wejściowa przestrzeń może być zamykana przez dalsze drzwi 106. Drzwi te, które korzystnie są szczelne dla wilgoci i dla wody, oddzielają zamykającą przestrzeń wejściową od środkowej przestrzeni zamykającej z urządzeniami sanitarnymi, która została już opisana powyżej.

Claims (12)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Elektrownia wiatrowa zawierająca fundament, maszt, który jest wsparty na fundamencie, generator oraz moduł energetyczny posiadający wiele urządzeń elektrycznych i podporę, przy czym wśród tych urządzeń elektrycznych znajduje się co najmniej jeden transformator, za pomocą którego energia elektryczna wytwarzana przez generator elektrowni wiatrowej jest transformowana do średniego napięcia lub wysokiego napięcia oraz dalsze zespoły, za pomocą których energia elektryczna wytworzona przez generator elektrowni wiatrowej jest sterowana i/albo dostarczana, i/albo przetwarzana, zaś podpora jest umieszczona na fundamencie elektrowni wiatrowej i mieści urządzenia elektryczne modułu energetycznego, przy czym szerokość i/albo długość modułu energetycznego jest mniejsza niż średnica masztu elektrowni wiatrowej w obszarze fundamentu, a moduł energetyczny jest umieszczony w pojemniku posiadającym ścianę, która jest umieszczona pomiędzy ścianą masztu a modułem energetycznym, znamienna tym, że pojemnik (10) jest przystosowany do wodoszczelnego i/albo hermetycznego zabezpieczenia modułu energetycznego (7).
2. 2. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że pojemnik (10) jest rurą, o przekroju cylindrycznym.
3. 3. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że w pojemniku (10) znajduje się oddzielne pomieszczenie dostępne jako pomieszczenie wymiany i/albo odpoczynku pracowników obsługi tec hnicznej elektrowni wiatrowej.
4. 4. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że pojemnik (10) posiada środki do wodoszczelnego zamykania, zapobiegające przed dostaniem się wilgoci i/albo powietrza zawierającego sól do wnętrza pojemnika (10).
5. 5. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że chłodzący kanał powietrzny (12) wewnątrz masztu jest dostosowany do wprowadzania ochłodzonego powietrza do wnętrza pojemnika (10).
6. 6. Elektrownia według zastrz. 5, znamienna tym, że do cyrkulacji wprowadzane jest to samo powietrze bez potrzeby dodawania powietrza z zewnątrz.
7. 7. Elektrownia według zastrz. 5 albo 6, znamienna tym, że do wprowadzenia powietrza do chłodzącego kanału powietrznego (12) dostosowana jest dmuchawa.
8. 8. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że jest morską elektrownią wiatrową.
9. 9. Sposób wznoszenia elektrowni wiatrowej, zdefiniowanej w zastrz. 1, znamienny tym, że moduł energetyczny umieszcza się w pojemniku (10), przy czym moduł energetyczny (7) przed wznoszeniem masztu montuje się na fundamencie albo też moduł energetyczny (7) jest już zamontowany w maszcie fabrycznie podczas produkcji masztu.
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że pojemnik (10) z modułem energetycznym (7) jest już umieszczony fabrycznie w maszcie elektrowni wiatrowej i przymocowany do niego.
11. 11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że pojemnik (10) z modułem energetycznym (7) jest umieszczony na fundamencie elektrowni wiatrowej przed wzniesieniem masztu.
12. 12. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że elektrownia jest morską elektrownią wiatrową.