SE531443C2 - Vindkraftverk med ställbara vingar i saxlänkskonfiguration - Google Patents
Vindkraftverk med ställbara vingar i saxlänkskonfigurationInfo
- Publication number
- SE531443C2 SE531443C2 SE0701497A SE0701497A SE531443C2 SE 531443 C2 SE531443 C2 SE 531443C2 SE 0701497 A SE0701497 A SE 0701497A SE 0701497 A SE0701497 A SE 0701497A SE 531443 C2 SE531443 C2 SE 531443C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- wind
- axis
- rotation
- wings
- wind turbine
- Prior art date
Links
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 19
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 2
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical group Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 1
- 241000282465 Canis Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000010720 hydraulic oil Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
- F03D3/063—Telescoping or folding wind engaging parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
- F03D3/064—Fixing wind engaging parts to rest of rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D5/00—Other wind motors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/06—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/202—Rotors with adjustable area of intercepted fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/40—Transmission of power
- F05B2260/406—Transmission of power through hydraulic systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/50—Kinematic linkage, i.e. transmission of position
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Description
TU 'Ji 531 443 FQ Teoretisk bakgrund Weibullfördelning Om man ntäter vindhastigheteii pá en ort eller plats under ett år. så kan man se att för de flesta platser är kraftiga vindar såsom stormar ovanliga. medan svaga vindar är vanligen förekommande. Variationeriizi i vindhastighet för en plats beskrivs normalt med en Weibullfördelniiig. se figur l. Vviebtillfördeliiingen är en sannolikhetsfördeliiing. Arean under kurvan är alltid exakt lika med 1, detta eftersom sannolikheten att vinden blåser med någon liastighet inklusive liastiglieten 0 m/s är l00 %.
Halva arean under kurvan i figur l är till vänster om det vertikala sträeket vid 6.6 m/s där 6.6 m/s är fördelningens niedianvärde. Detta betyder att halva tiden blåser det mindre än 6.6 in/s. och andra halvan av tiden blåser det mer än 6,6 ni/s. Det framgår även av figur l att den vanligast förekomniaiide vindhastiglieteii är 5,5 m/s. Om man iiiultiplieerar varje litet vindhastighetsiiitervalI med sannolikheten för den vindhastigheten. och sedan summerar värdena så får man iiiedelvindhastiglieten, för figur l tlåi' vi nieclelvindhastigheten 7 m/s. Det framgår ur Weibul lfördelningen att det oftast blåser med lägre vindhasti ghet än niedelvindhas- tigheten.
Den statistiska fördelningen av vindhastighet varierar från plats till plats runt jorden, beroende på lokala kliniatvillkoi' och landskapets form bland annat. Detta får till följd att Wei bullfåårdelniiigeii varierar både i form och i medelvärde.
Medeleffekten hos vinden Från Vveibullfiårdelningen i figur l erhålles att låga vindhastigheter är vanligare än höga vindhzistiglieter; å andra sidan ökar energiinnehållet hos vinden med leubiken på hastigheten, det vill säga om viiidliastiglieteii fördubblas så kommer energiinnehållet hos vinden att ättafaldigas. Det vill säga. att även om det är ovanligt att det blåser med hög vindhastighet. så innehåller starka vindar mycket energi. Om vindförliållandeiia är sasoin i figur l så ser man att det blåser med en vindhastighet i intervallet l m/s till l7 m/s. Vid en vindhastighet om 1 m/s är effekten 0.6l W/m: sveparezi och vid l7 m/s dryga 4900 gånger så hög, det vill säga lite drygt 3000 Vf/iiiï Om vindförhållaiidena beskrivs med en Weibullfördeliiing med inedelvindhastighet 7 m/ s och formparainetern = 2. så kommer :nedeleffekteii att motsvara en vindhastighet om 8,7 m/ s och innehålla effekten 402 Vvf/inl.
'Jr lO k.) LJ\ 53'l 4-43 b.) Betz-lag Om man försöker tttvinna all rörelseeiiergi ur vinden skulle vindhastigheten på läsidan av vindturbinen vara O in/s. det vill säga luften skulle inte kunna lämna vindturbiiien utan luften skulle förbli stillastående. och man skulle inte utvinna någon energi alls. Orn å andra sidan vinden passerar vindturbiiien utan att bromsas alls. så utvinner man inte heller iiågon energi.
Uppenbarligen når nian maxiinal energiutvittning vid någon vindhastighet däremellan. År 1919 publicerade den tyske fysikern Albert Betz sina beräkningar om utvinnande av energi ur vinden, Betz bevisade det rimliga i antagandet att ntedelvindhastiglreten genom vindturbinen är rnedelvardet av den ostörda vindhastigheten in mot vindturbinen v, och vindhastiglteteti efter passage genom vindturbinen vi, det vill säga (vi + vQ/Z.
Nlassan hos den luft som varje sekund genomströinniar vindturbinen uppgår då till m = l/zpA(v, + v) där nt är massan per sekund, p är luftens densitet, A är den av vindttirbinen svepta arean och (v, + vQ/Z är medelviiidhastiglieteii genom vi ndturbiricn. Newtons andra lag ger då, att den från vinden utvunna effekten är massan gånger skillnaden mellan kvadrateir på inkommande vindliastíghet och kvfadraten på utgående vindhastighet: P = '/2m(vf - vf) Om vi nu sätter in m tiràtt den första ekvationen i den andra ekvationen erhåller vi ) I (pA/'fixvtz ' Vzzxvt + V2) J äntftirelsevis så skulle den totala effekten bos den ostörda vindströmmen som passerar samma area A utan att broinsas av någon vindtttrbin vara Pr, e 'ápAvg-l Om man nu tar kvoten av den effekt vi utvinner ur vinden och effekten hos den ostörda luftströntmen erhålles: (P/Pn) I '/2(l - (Vz/VIYX] + (vi/vill Det går nu att visa att kvoten når sitt rnaxima för vz/tx, = 1/3.
Den maximal energiutvinning sker alltså om man bromsar vindhastigheteit med z/a-delar, och då utvinner man inaxintala l6/27-delar av vindenergien.
Effektdensiteten För effektdensiteten hos vinden gäller att den är proportionell mot kuben på vindhastigheten och direkt proportionell mot luftens densitet.
Genom att niultiplicera effekten hos varje vindhastighet med sannolikheten för den 'v11 lO b) G I\) 'Jr 531 443 4 vindhastigheteii såsom Weibullfördelningen visar, erhålles en fördelning. vilken visar vindeffekteri för olika vindhasti gheter. det vill säga man erhåller en effektdeiisitetsfördelning.
Om vi sedan rnultiplieerar effektdensitetsfördeliiingen med 2/3 får vi en efiekttördeliiing för den rnaximalt utvinningshara effekten vid olika vindliastigheter i enlighet med Betz-lag.
Den översta grafen i figur 2 visar en sådan effektdensitetsfördelning. den mittre grafen visar den inaxirnalt titvinningsbarat etifektftirdeliiingen i enlighet med Ben-lag. den nedre grafen visar den ur vindturbirieri titvunnzi effektfördelningen.
Tva viktiga slutsatser går att draga ur graferna i figur 2, den ena är att huvuddelen av den ur vinden utvuniia eriergieii erhålles vid vindhastigheter över inedelvindhastigheten vid vindkraftverket. Den andra är önskemålet om att genom optimering av vindtubiriens utformning tippná. att den nedre grafen. vilken representerar verkligt utv unnen energi, kommer så nära den inittre grafen. vilken representerar teoretisk maximalt utvinningsbai" energi. som bara är niöjligt.
När det gäller verklig fràn vindturbiiieii utvunnen energi niåste man betänka. att vintittirbinen är konstruerad för att starta vid någon låg vindhastighet. vanligtvis i intervallet 3 till 5 rn/ s. Denna vindhastigliet kallas för “ieut-inïhastighet. För vindhastigheter Linder “cut- in" utvinnes ingen energi. Likaledes är vindturbinen konstruerad för att stoppas vid höga vintihzistiglieter, vanligtvis vid en vindhastighet i intervallet l4 till l 7 m/s enligt Nationalency- klopedin. denna vindhasti ghet kal las för “eut-ouP-hastighet. Anledningen till att vindttirbinen stoppas vid höga vindhastigheter är. att inte riskera för höga belastnin gar på vindturbinen och dess kringutrustning. såsom växellåda och generator. För vindhastigheter över “cut-oufï liastigheteii tttvinnes ingen energi.
Effektkoefficienten Effektkoetffieienten anger hur effektivt vindturbinen omvandlar vindenergi till elektrisk energi.
Effektkoeffieienten erhålles genom att dividera avgiven elektrisk effekt med vindeffekten, det vill säga att den för varje given vindhastighet från vindkraftverket avgivna elektriska effekten divideras med den för denna vindhastighet maximalt titvinniiigsbara effekten i eriligliet med Betz-lag.
I figur 3 visas effektkoetiticienten för ett genomsnittligt, danskt liorisontalaxlat vindkraft- verk. Det fram går av grafen att även om genom snittsvferknirigsgradeii är dryga 20°/o. så varierar verkningsgraden starkt med vindhastiglieten. Såsom framgår av grafen föreligger högsta 531 443 m ekaniska verkningsgrad (i det här fallet 44%) för en vindhastíghet i storleksordningen 9 m/ s; detta är avsiktligt valt vid konstruktion av vindttirbinen. Traditionellt har ansetts att verkningsgraden vid laga vindhastigheter är ointressant eftersom det ändå finns så lite vindenergi att utvinna. Den relativt låga verkningsgraden vid höga vinclhastighctcr har ansetts acceptabel eftersom vindturbinen ändå inte får utvinna mer energi än generatorn är konstruerad för. Det är därför viktigast med en hög verkningsgrad för vindhastiglieter, för vilka eitergi gär att ti l l varataga.
En traditionell xtindtttrbin är konstruerad för att ha en optimal statisk efifektkoetficient för den plats den skall placeras på. för att vara i överensstämmelse med den platsens Vi/eibull- fördelning av vindhastigheter.
Det problem föreliggande tippñtiiiiiig löser är, att för ett vindkraftverk med rotationsaxel i väsentligen rät vinkel mot inkoinmande luftströtn tillhandahålla en vindturbin, vilken är dynamiskt ställbar för att möjliggöra hög verkningsgrad, hög effektkoefficieiit. för vindhastigheter i ett stort intervall. Detta för att möjliggöra att maximalt energiuttag tillgodogöres från vinden.
Kättnetecknaitcle för' tippfnitingeii är, att från vindtttrbinens rotationsaxel är dynamiskt Ställbara vingar utskjutbara för upptagande av energi från vinden. Dessa på vindttirbinenens rotationsaxel infästa vingar är till antalet två, tre eller flera. Dessa dynamiskt ställbara vingar är utformade av saxlänkatle vingelement.
Vingarnas Ställbara vingelement är två och tvâ förbundna på ungefär halva dessas längder i ett saxarrairgentang. Därvid är det ena vingelementets ena ände stationärt anbragt vid dess infastning på rotationsaxeln, medan det andra vingelementets ena ände är iörskj utbar i höjdled utmed rotationsaxeln. Till de utifrån rotationsaxeln fria ändarna av vingelenienten kan rörligt anslutas ytterliggare vingelement, även dessa i saxarraiigemang. Pâ detta vis kan flera saxläiikar av vingeletnent anslutas i en rad ut från rotationsaxeln. de yttersta vingelementen är av halva längden och bildar. tillsammans med de yttre delarna av de näst yttersta vingelementen. en sluten romb. När det inre vingelementets utmed rotationsaxeln förskjutbara ände ändrar höjdläge. påverkas även de utanför törefintliga saxlänkarnzts rombforrn.
Vingelementen är oniställbara till den grad, att dessas rombform kan ställas om från att ha sin största. diagonal i huvudsakligen horisontell eller lmvudsakligen vertikal riktning. Det är inte nödvändigt att alla i vingen förekommande romber är av samma storlek. exempelvis kan den yttersta romben vara utformad av längre vingelemeiit, och svepa en större area än de övriga k) Vi 531 443 6 romberna. Allt för att uppnå en bättre utvinning av energi ur vinden. Genom att utforma en vinge som en triangel (I halvrornb) närmast rotationsaxeln. och en komplett romb, eller flera kompletta romber. erhålles en dynamiskt ställbar vinge. Vindturbinen förses med två. tre elter flera sådana vingar för att erhålla ett aerodynamiskt fördelaktigt utförande.
Ett fördelaktigt särdrag hos en vindturbiri enligt föreliggande tippfinning är. att det inte föreligger något behov av att konstruera vindttirbiiier anpassade för vindhastigheter enligt olika på skilda platser föreliggande VVeibullfördelningar, ty eftersom vindturbiriencii enligt uppfinningen är dynamiskt ställbar för att optimera effektkoefficienteii för olika vindhastig- heter. kan den även ställa om för vindhastigheter enligt olika W eibullfördelniitgar. En vindturbiit enligt Lippfinnirigeii behöver ej anpassas för den plats där den skall placeras. utan törefmiies endast i en standardkonstrtiktion, för en viss given effektstorlek, som passar för alla platser. Detta ger stor ekonomisk fördel vid serietillverkniiig.
För att reglera vingarnas utskjtitning från rotationsaxeln är saxläiikariia omställbara mellan olika roinbkonfiguratiorier. Detta sker genom att ena inre vingelenientets ena ände är anbragt stadigvarande vid rotationsaxeln på en bestämd höjd, medan det till en saxlänk detta koinpletterande vingeleitientct är med dess inre ände anslutet tili ett utmed rotationsaxeln förställbart ringforntat organ. Förställningen kan ske genom mekaniska medel. som höjer eller sänker det ringforinade organet. Därvid ändras avståndet inellan iindarna på de i de inre i saxlänk förbundna vingeleineiiten. När dessa ändar närmar sig varandra. ökar ändarnas vinkel mot rotationsaxeln. och de utanför varande saxlänkarna skjutes ut, så att vindturbinens diameter ökar. Ontvänt ininskar vindturbinens diameter, om det ringformade organet runt rotationsaxeln tiirskjutes. så att vingclementens ändar fiärmas från varandra och vingeleinen- tens vinkel mot rotationsaxelri ininskar.
De niekaitiska medel för omställning av det ringformade organet kring rotationsaxeln, kan Litgöras av pnetiiiiatiska. eller företrädesvis hydrauliska cylindrar. eller elektriskt drivna ställdon. Det ringforrriatie organet kan även placeras inuti en rörtbiiiiztd rotationsaxel och vara sam mankopplat med saxlänkarnas vin gelement genom slitsar i den rörforntade rotationsaxeln.
Oberoende av kraftkällaii för oniställiiing av saxlänkarna, skall denna omställning kunna ske så langt. att saxlänkarna praktiskt taget ligger an mot rotationsaxelit. Detta för att skydda saxläiikarna och vindttirbixieri vid mycket höga vindhastigheter, Saxlänkarna i vindttirbineii vecklas ut uppåt både av mekaniska skäl, för att erhålla en enklare konstruktion av det ställtioii som niöjliggör omställning av utlänkningsradien hos 53 'l 443 7 saxlänkarna. och av aerodynainiska skäl, ty vindhastigheten är generellt högre när man kommer upp från marken. _ V indkraftverk med vindturbin enligt föreliggande uppfinning är i sin grundkonstrtiktion möj l igt att bygga inom mycket varierande storleksområden. Genom dessas hö ga verkningsgrad är det ekonomiskt törsvarbart att bygga även relativt smä vindkraftverk. där det Föreligger ett begränsat energibehov. Härigenom blir det niöjligt, att förse konsumenter med elektricitet, även om de skulle befinna sig långt ifrån ett elektriskt stamnät. Det är då möjligt att inrätta vindkraftverket på exempelvis en verkstadsbyggnads tak, eller på ett torn eller en taekverks- mast i iiärlteten av den byggnad, som skall laetjäiias.
Vin dturbinen ciriver en hydraulptiinp. vilken lämpligen är en llerkolvspuntp för låga varvtal. och som har deplaceinentsreglerande titrustning. Pumpen driver en eller flera liydraulmotorer av liögxfzirvstyp, vilka var och en driver en generator. Med detta arrangemang kan vid låga vindhastigheter en motor eller generator tagas ur drift för underhåll medan den. eller de. andra är i drift. llydratilpunipen. som kan ha en ltoxnpletterande reservpunip. eller pumparna vid höga effektuttag, placeras med passande transmission i rotorns närhet. Det är även möjligt att hydrauloljan pumpas via en tryektank till hydraulmotorer med generatorer placerade i en verkstadsbyggnad.
Då vindturbinens saxläitltforitiigat vingar kan dragas samman till en mycket liten radiell utsträckning är det ntöjligt att förse vindkraftverket med en tällningsiiiekaiiism. vilken möjliggör nedtällniiig av vindturbinen för service. Fällningsniekanisnien möjliggör även fällning av vindturbinen vid risk för extremt kraftiga vindar. såsom tyfoner, för att i ncdfällt läge skydda vindturbinen medelst läniplig utrustning.
Den för tippfiiiniiigen kännetecknande dynamiska driften. det vill säga omställningen hos vindturbinen sker enligt följande.
För låga vindhastighetet* ställes vindturbinen ut mot sitt mest utsträckta läge, för att sänka “ctit-iif-hastigheten så mycket som inöjligt, och för att höja effektkoefficienteii för låga vindhastigheter.
För inedelhöga vindhastigheter stâlles vindturbinen i läge för inaxiiital sveparea. och för att bibehålla en hög verkningsgrad. det vill säga hög effektkoeflieient.
Slutligen för höga vindhastigheter ställes vindturbinen i läge för bibehållen hög effektkoefticient. men för att sv-'epa en mindre area. för att på detta vis begränsa den ur vinden lO fx) Ut 531 443 8 utvunna energien till ett värde, vilket är mindre än vad generatorn är konstruerad för.
En vindturbin enligt iippfiiiniiigen beliöver till skillnad mot eii konventionell, ej omställbar. vindturbin inte stoppas vid liöga vindhastigheter, Istället inställes vindturbinen in till länipli g saxlänksradie for den hö ga vindhasti glieten. och fortsätter då att producera energi ända upp till sin mycket liöga “cut-outïhastighet. detta med en bibehållen liög verkningsgrad, hög effektkoefficient.
En vindturbin enligt iipptiiiniiigeii kan även vara försedd med på vingelementen placerade dynamiskt. under gång. Ställbara delar såsom flaps, eller liknande, för att erhålla aerodyna- miskt tördelaktig iittörmning, för att på så sätt utvinna mer av vindens energi och för att möjliggöra att utvinna energi från vindar som blåser snett, således ej vinkelrätt igenom vindturbinen. Detta iiiöjliggör placering av ett ifiiidkraftverk med vindturbiii enligt uppfinningen i områden med varierande markförhållanden och på byggnader och rent allmänt på platser ined vindar, vilka inte är horisontella. Härigenom ökar totalverkningsgradeii. tack vare vindturbineiis följsamhet till olika vindhastigheter.
Lippfinningen iiiöj li *gör även inkopplandet av fler generatorer för att kunna tillvarataga den mycket höga effekten hos vinden vid höga vindhastigheter.
En föredragen iitforiiigsforin av det nya vindkrafiverket kommer att beskrivas i det följ ande. med hänvisning till efterföljande figurer.
Av dessa visar tigui' l ett diagram över W eibtillfördelning vid mcdelvindhastigheten 7 m/ s och form paranietern = 2. figur 2 total effekt hos vinden. titviniiiiigsbar effekt enligt Betz lag och uteftekteii från ett vindkraftverk, figur 3 ett diagram över en effektkoefticientgraf för ett traditionellt vindkraftverk med horisontell rotoraxel och trebladi g turbin, figur 4 en sclieniatisk bild av en vertikal rotationsaxel med en från denna utsträckt vinge av saxlånkkonfigtiration stående i medianlåge, figur 5 en principskiss på en saxlänkad vinges iippbyggnad, figur 6 en schematisk bild av ett vindkraftverk enligt uppfinningen, l figur 4 visas principiellt hur ett ifindkraftverks rotationsaxel l är anordnad vertikalt. och hur f rån denna exeniplilierat skjuter ut en vinge 2. Denna vinge 2 är sammansatt av ett antal vingeleiiieiit eller rotorblad 21, 22. 23 och 24, som är saxläiikartat förbundna 21 och 22 IJ: ,_ *Jr 531 443 9 respektive 23 och 24. l rotorbladens 23 och 24 yttre ändar 3' och 24' är vingelcinent 31 och 32 ledliart anslutna- se figur 5. Dessa båda vingelemeiit 31. 32 är förenade till varandra i vingelementens yttre ändar i likhet med tigur 5. Härigenom bildas från rotationsaxeln l räknat tvâ hela saxlänkar och en halv (vingelcmenten 31 och 32). eller omvänt en halv och två hela romber. nämligen hä. h; och h..
En motsvarande vinge skjuter fördelaktigtvis ut på rotationsaxelns 1 andra sida, exemplevis i 180” vinkel till den i figur 4 visade vingen. Den visade vingen 2 innefattar vingelement av lika längder, men där saxläiikariias svängningspunkter inte är belägna på halva längderna av vingelenieiiten. Av det skälet blirde vingbildandc romberna olika stora. Givetvis kan vingarna utföras med lika stora romber. men eftersom den största vindenergien kan utvinnas längst ut fran rotationsaxeln. är det mest fördelaktigt. att använda den illustrerade utformningen av vingarna. Det går även att Littöra Vingen 2 med ytterli gare en eller flcra romber. varvid dessa göres mindre än. eller lika stora som. den yttersta romben (h).
V ingarnas 2 antal är val fritt. Genom dessas utformning, och f ram lör allt genom möjligheten att variera titskjtitiiingen från rotationsaxeln, kan man med en storlek på vfindkrafwerket betjäna områden med över året skilda Weibulltördelningai' av vindhastighet. Skulle en felbedömning ha skett vid projekteringen av ett vindkraftverk, och ornradet där vindkraftverket placerats har en annan Weibullförtielniiig av vindhastigheteii än proiekterat. innebär det enbart att vindkraftverket ltonimer att ha en annan utsaxning av vingarna. än vad projekteringen förutsagt. detta till skillnad mot ett klassiskt vindkraftverk där det skulle kunna bli nödvändigt att byta turbin.
För styrning av saxläiiltvingens 2 utsaxning är vingelementets 21 inre, mot rotationsaxelii 1 ___ vända ände intäst i ett kring rotationsaxeln 1 föreíintligt hylsforiiiat organ 4. Det hylsforinade organet 4 är törskjtitbart utmed rotationsaxeln 1 medelst liydraulcylindrar 41, 42 uppåt och nedåt. Alternativt kan det hylstorniade organet 4 vara forskjutbart medelst kuggstänger eller ställskrtivar. eller elektriskt drivna ställdon.
När det liylsforniade organet 4 förflyttas upp längs rotationsaxeln 1 kommer vingens 2 sax länkar att sträckas ut från rotationsaxeln 1 _ och Vingen 2 svepa över en större radie. När det hylsformade organet 4 f örllyfttas ned längs rotationsaxeln 1, koinmer vingens 2 saxläitkar att dragas samman in mot rotationsaxeln 1. och vingen 2 att svepa över en mindre radie. Höjning och sänkning av det liylsforiitade organet 4 möjliggör ändring av den av vindturbinen svepta arean, och därmed den ur vinden titvuiiiia energien. 531 4fl3 Alternativt kan i stället för det hylslbrmade organet 4 vingen 2 vara rförsedd med förspända fjädrar 5 innioiiterzidc i lederna inellan exempelvis vingelcnieiiten 23 och 32, respektive mellan 24 och 31. för utsaxiiing av vingen 2. Ytterligare tryckt] ädrar kan vara insatta mellan övrig-a vingelerneitt i dessas tïirbindelseäridar. Sanimandragiting av de saxlänkade vingelemen- ten kan ske medelst en vajer 6 mellan rotationsaxeln l och förbindelseleden mellan vin gelenienten 21 och 22. Vajerii 6 inanövreras med ett i en rörformad rotationsaxel före lintligt organ. Alternativt kan vajern 6 ersättas av en kuggståiig eller en ställskrttv.
Upp till en viss storlek på vindkraftverk baserade på faekverksitiaster är det möjligt, att medelst ett gångiärtisarraiigein ang fälla masten med vindkraftverket till marken.
Vindkraftverkets rotationsaxel 1 kan driva en hydraulpump l l, antingen direkt eller via en utväxling. Placeringen av denna är lämpligen vid rotationsaxelns nedre ände. Till pumpen är minst två hy'draulol_ieslangai^ anslutna: en såsom framledning till och en såsom returledning ti-åii en. eller flera. hydraulmotorer l 2. Dessa är av högliastighetstyp. för att kopplas direkt till generatorer 13 för alstriiig av elektricitet.
Genom att tillkoppla en dator kan olika styrfunktioner införas. Således kan variationer i vindhatstighet rnöttis med datorstyrd reglering av vingarnas utsaxiiing.
Flera av här behandlade Lttformirigar är även tillämpliga vid horisontalaxlade vindtttrbiner.
Claims (5)
1. l. Vindkraftverlt med vertikalställtl rotationsaxel, varifrån Ställbara vingar utgår' i form av vingeleiiierit i saxlitrilfiskrinñguratioii. för såväl trtsaxiiing från rotationsaxelit (l) som iiidragnirig till cleniia.. kännetecknat av att vingarna (2) består av tva. eller flera, sammankop- plade stixlíiiikztr. lnestâíeiide av vingelcnieitten (Zl - 2-1 och 3 l. 32).
2. \f'iiidkrziltvferl< enligt krav l. kännetecknat av att vingarna (2) består av tvâ saxlänkar och en därtill kopplad halv saxlärtlt.
3. Vindkralitverk enligt krav l eller 2. kännetccknat av att vingarna (2) till skydd kan dragas in till rotationsaxelii (l) i slitsar' i rotationsaxelns (l ) axialriktiiiiig.
4. Vindlerl< enligt något av föregående krav. kännetecknat av att vingarnas (2) utsaxning kan styras oberoende av rotationsaxelns (l) rotationshastigliet. och inställas medelst inekaiiiiskt. liydrauliskt eller pneuinatiskt drivet medel. anbragt vid ett utmed rotationsaxeln ( l ) törskjutbart törställriiiigsorgan (4) i form av en hylsa (4). till vilken vingarnas (2) innersta vfiitgeleiiierit (Bl ) är ldipplat.
5. Vindkrattxferl< enligt iiàgot av föregående krav: där rotationsaxelii är lagrad i övre partiet av ett turn eller en tíicltxferksmast. kännetecknat av att rotationsaxeln (l), direkt eller via en utviixliiig. driver en liydratilpuinin ( l l). som är deplacenientsreglerad eeh ansluten till en eller tlera hydraulniottirei' (ll). vilka driver en eller tlerfa elektrieitetsalstraride generatorer (13).
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0701497A SE531443C2 (sv) | 2007-06-19 | 2007-06-19 | Vindkraftverk med ställbara vingar i saxlänkskonfiguration |
TW097121353A TWI325468B (en) | 2007-06-19 | 2008-06-09 | Unity wind power plant with vertical axis of rotation |
EP08767061A EP2158400A1 (en) | 2007-06-19 | 2008-06-11 | Unity wind power plant with vertical axis of rotation |
PCT/SE2008/000388 WO2008156407A1 (en) | 2007-06-19 | 2008-06-11 | Unity wind power plant with vertical axis of rotation |
US12/665,114 US8459937B2 (en) | 2007-06-19 | 2008-06-11 | Unity wind power plant with vertical axis of rotation |
CN2008800207476A CN101711310B (zh) | 2007-06-19 | 2008-06-11 | 具有垂直旋转轴的单一风力电厂 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0701497A SE531443C2 (sv) | 2007-06-19 | 2007-06-19 | Vindkraftverk med ställbara vingar i saxlänkskonfiguration |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE0701497L SE0701497L (sv) | 2008-12-20 |
SE531443C2 true SE531443C2 (sv) | 2009-04-07 |
Family
ID=40156450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0701497A SE531443C2 (sv) | 2007-06-19 | 2007-06-19 | Vindkraftverk med ställbara vingar i saxlänkskonfiguration |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8459937B2 (sv) |
EP (1) | EP2158400A1 (sv) |
CN (1) | CN101711310B (sv) |
SE (1) | SE531443C2 (sv) |
TW (1) | TWI325468B (sv) |
WO (1) | WO2008156407A1 (sv) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA021577B1 (ru) * | 2008-07-18 | 2015-07-30 | Аллен Марк Джоунз | Ветроэнергетическая система для увеличения количества вырабатываемой ветром энергии |
WO2013114402A2 (en) * | 2012-02-01 | 2013-08-08 | Prakash Prabhakar Pawar | Variable circumferance of blades for vertical axis wind turbine |
CN103061981A (zh) * | 2013-02-19 | 2013-04-24 | 徐秋实 | 一种垂直风力发电可变面积驱动桨 |
CN105277077B (zh) * | 2014-07-25 | 2017-01-25 | 南京理工大学 | 末敏弹智能伸缩翼 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4236504A (en) * | 1979-05-14 | 1980-12-02 | Cornelison Jr Floyd S | Impellers and apparatus for use therewith |
ZA816875B (en) * | 1980-10-07 | 1982-11-24 | Sir Mcalpine R & Sons Ltd | Wind powered turbine |
US4624624A (en) * | 1984-03-26 | 1986-11-25 | Yum Nak I | Collapsible vertical wind mill |
JPS61215464A (ja) * | 1985-03-19 | 1986-09-25 | 廉 洛麟 | 可変形状垂直軸風車 |
US7090550B2 (en) * | 2003-01-24 | 2006-08-15 | Lockheed Martin Corporation | Propeller with variable geometry and method for varying geometry of a propeller |
FR2872552B1 (fr) * | 2004-07-02 | 2009-02-20 | Vimak Soc Civ Ile | Eolienne a axe vertical |
CN2769485Y (zh) * | 2005-02-25 | 2006-04-05 | 徐志水 | 动力后置式折叠门 |
JP2007247577A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Toshiba Corp | 風車装置およびそれを用いた風力発電装置 |
US7656055B2 (en) * | 2007-04-12 | 2010-02-02 | Rosalia Torres | Hydro-wind power generating turbine system and retrofitting method |
US7985048B2 (en) * | 2007-09-25 | 2011-07-26 | The Boeing Company | Folding rotor for an autogyro device |
-
2007
- 2007-06-19 SE SE0701497A patent/SE531443C2/sv not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-06-09 TW TW097121353A patent/TWI325468B/zh not_active IP Right Cessation
- 2008-06-11 CN CN2008800207476A patent/CN101711310B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2008-06-11 WO PCT/SE2008/000388 patent/WO2008156407A1/en active Application Filing
- 2008-06-11 US US12/665,114 patent/US8459937B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-06-11 EP EP08767061A patent/EP2158400A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE0701497L (sv) | 2008-12-20 |
TW200907167A (en) | 2009-02-16 |
CN101711310A (zh) | 2010-05-19 |
EP2158400A1 (en) | 2010-03-03 |
TWI325468B (en) | 2010-06-01 |
US20100181778A1 (en) | 2010-07-22 |
CN101711310B (zh) | 2012-06-20 |
US8459937B2 (en) | 2013-06-11 |
WO2008156407A1 (en) | 2008-12-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100912430B1 (ko) | 풍력발전기용 수직축 풍차장치 | |
US7112034B2 (en) | Wind turbine assembly | |
CN102900611B (zh) | 风力涡轮机扭矩-速度控制 | |
CN103174583B (zh) | 一种风轮 | |
CN104514680A (zh) | 发电效率提高的可变型翼潮汐风力发电机 | |
CN202117850U (zh) | 一种流体能量提升和转换装置 | |
CN203272013U (zh) | 可伸缩的风力发电机叶片 | |
CN106382185A (zh) | 一种可伸缩型风机风轮或叶片及风力发电机 | |
SE531443C2 (sv) | Vindkraftverk med ställbara vingar i saxlänkskonfiguration | |
CN203770017U (zh) | 水平轴风力发电机门扇形叶片及可伸缩风轮 | |
CN102748236A (zh) | 保证并网稳定的新型流体传动风力发电机 | |
CN103883466B (zh) | 具有门扇形叶片及可伸缩风轮的水平轴风力发电机 | |
CN202187867U (zh) | 对开叶片垂直轴风力发电机 | |
CN103790774B (zh) | 一种可调迎风面积的垂直轴风力机 | |
CN104343626A (zh) | 一种带有增速叶片的自保护风力提水*** | |
US11885302B2 (en) | Efficient wind energy convertor without gearbox or multi-pole generator | |
CN203770018U (zh) | 水平轴风力发电机船桨形叶片及鼓状可伸缩风轮 | |
TW202106972A (zh) | 風力發電裝置 | |
CN214464660U (zh) | 一种垂直轴风力发电机风叶装置 | |
DE102009013161A1 (de) | Hochleistungs-Hubflügelsystem zur Windenergienutzung | |
CN103195667A (zh) | 一种分布式液控稳频垂直轴风力机发电*** | |
CN201176908Y (zh) | 发电用风车 | |
NO347728B1 (en) | A counter-rotating wind turbine and a wind power plant with a counter-rotating wind turbine | |
WO2023113612A1 (en) | Contra-rotating wind turbine and wind power plant comprising a contra-rotating wind turbine | |
CN105298760B (zh) | 分段叶片的连接装置、风力发电机组叶片及其控制方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |