SE526063C2 - Vindkraftverksmodul, vindkraft innefattande sådanvindkraftsmodul, samt vindkraftverkspark - Google Patents

Description

n I! O o III 000 u o QIO 1000 Oil o Gul I\J UT KORT SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en vindkraftverksmodul som ökar den vindkraftsgenererade elektriciteten på en begränsad anläggningsyta.

Det speciellt karakteristiska för en vindkraftverksmodul enligt föreliggande uppfinning framgår av patentkrav 1.

En fördel med en vindkraftverksmodul utformad enligt föreliggande uppfinning, med fyra vindkraftsgeneratorer, är att den vindkraftgenererade elektriciteten på en begränsad anläggningsyta ökas. Ytterligare en fördel med en vindkraftverksmodul enligt föreliggande uppfinning är att byggnadstekniken kan effektiviseras genom stordrifts- fördelar, dvs. investeringskostnaderna sänks och den vindkraftproducerade elektriciteten görs mer kommersiellt konkurrenskraftig.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett vindkraftsverk utnyttjande en vindkraftsmodul enligt föreliggande uppfinning, samt en vindkraftspark utnyttjande ett vindkraftverk enligt föreliggande uppfinning.

Ytterliggare kännetecken och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå av följande beskrivning och efterföljande patentkrav. kommer att beskrivas närmare nedan med till Uppfinningen hänvisning den detaljerade beskrivningen av utföringsformer och de nædföljande figurerna, vilka endast illustrerar föreliggande uppfinning och således inte är begränsande för föreliggande uppfinning. 0 0000 00 0 0 0 0 0 0 000 0000 u o 0 000 00 l\) UI 526 063 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. 1 visar en sidovy av en vindkraftsmodul enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 2 visar en frontvy av vindkraftsmodulen visad i fig. 1.

Fig. 3 illustrerar schematiskt en toppvy av vindkraftsmodulen visad i fig. 3.

Fig. 4 illustrerar schematiskt en toppvy av en vindkraftsmodul enligt en alternativ utföringsform.

Fig. 5 illustrerar ett flertal vindkraftsmoduler sammansatta till ett flertal vindkraftverk.

Fig. 6 illustrerar schematiskt en vindkraftverkspark enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER I den följande beskrivningen ges, för förklarande och inte begränsande syften, specifika detaljer, såsom särskilda tekniker och tillämpningar, för att åstadkomma en grundlig förståelse av föreliggande uppfinning. Emellertid är det fackman uppfinning kan utföras i andra utföringsformer som skiljer uppenbart för en inom området att föreliggande från dessa specifika detaljer. I andra exempel utelämnas detaljerad beskrivning av välkända nætoder och anordningar för att inte fördunkla beskrivningen av föreliggande uppfinning med onödiga detaljer.

En första utföringsform av en vindkraftsmodul enligt föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med hänvisning till fig. 1-3.

En vindkraftsmodul 10 innefattar fyra separata individuella vindkraftsgeneratorer 1, 2, 3 och 4. Modulen 10 är uppbyggd 0000 Oc 0 0 I o Ino Il avec 000 II 0 I 0 I 000 CO I 0090 Oro Q 0 0 I Oll 000 OOOQ 000 S26 063 runt en modulstam 5 och de fyra generatorerna 1-4 är monterade på två liggande stammar 6, 7 som sticker ut i fyra riktningar från nmdulstammen 5. De liggande stammarna 6, 7 sticker ut 10-50 meter, eller mer, från modulstammen 5, framförallt i beroende av hur stora rotorblad som generatorerna 1-4 har. Vid exakt bestämning av avståndet från :modulstammen 5 -till respektive generator skall. bland annat till vindförhållandena på hänsyn tas anläggningsplatsen, vilken typ av generator som används, markförhållandena, längden på generatorernas rotor blad, inbördes avstånd mellan färdigställda vindkraftverk i en vindkraftverkpark, radavstånd i en vidkraftverkpark, mm.

Generatorerna 1-4 sitter monterade på ändarna av stammarna 6, 7. Alla fyra generatorerna l-4 sitter monterade för drift i en gemensam vindriktning genom att stammarna 6 och 7 är fästa på nwdulstammen 5, som i sin tur är vridbart lagrad till andra moduler ingående i ett och samma vindkraftverk.

Alternativt sitter stam 6 respektive 7 individuellt vridbart lagrade på en fast monterad modulstam 5 och generatorerna är parvis monterade för drift i en gemensam vindriktning, dvs. generatorer 1 och 3 respektive 2 och 4.

För att optimera vinduppfângning är stammarna 6 respektive 7 positionerade i två plan, företrädesvis så att två femtedelar av totalhöjden av modulstammen 5 finns under stam 7, två femtedelar' mellan stam 6 och 7, samt en femtedel ovanför stam 6. Andra höjdledsplaceringar av stammarna 6 och 7 på modulstammen 5 anpassas företrädesvis med beaktande till rådande förhållanden på anläggningsplatsen, såsom beskrivet ovan. Ytterliggare hänsynstagande kan tas till bland annat längden hos stammarna 6 respektive 7, samt infästning av 'vajerstag. på Vidare sitter generator 2 och 4 positionerade stam 6 på lika långt avstånd från 00 O C00 Q 0 00 0: 0 000 u 0000 0 0 0 0 OI I 0000 I O 0 0 UOO 0 000 00 0 00 n 00 0 526 063 modulstammen 5 för att minimera strukturella påfrestningar.

Pâ motsvarande sätt sitter generator l och 3 positionerade på stam 7 på lika långt avstånd från modulstammen 5 för att minimera strukturella påfrestningar. Med lämpliga val av längd på stammarna 6 och 7 och höjdskillnad mellan de två horisontella planen kommer generatorerna 2 och 4 inte att påverkas märkbart av vindskugga från generatorn 1. Generator 3 kommer att ligga i vindskugga av generator 1 och tar emot vinden bakifrån generatorn.

De olika vindförhållandena för generator 3 jämfört med 1, 2 och 4 nædför att den med fördel har avvikande effekt, dvs. lägre effekt.

Hela modulens totalhöjd kan variera mellan 30 och 120 meter, eller mer, beroende av bland annat samma hänsynstagande som beskrivits ovan.

Med fördel konstrueras modulstammen och stammarna med stålbalkar i syfte att hålla produktionskostnaderna så låga som möjligt, samt att dessa stöttas med i marken fästa vajrar. Alternativt är det, möjligt att bygga modulerna i annat material, eller en kombination därav, t.ex. modulstammen i. betong, alternativt. ståltuber' som i. dagens konventionella vindkraftsgeneratorer, och stammarna med de fyra generatorerna av stålbalkar.

Stammar enligt en alternativ utförande jämfört med den i den första utföringsformen visas i fig. 4. I denna så är de fyra generatorerna 1-4 nwnterade j. ändarna på en lång liggande stam 6 respektive en kort liggande stam 7'. Även i denna utföringsform är generatorerna 2 och 4, respektive 1 och 3, positionerade lika långt från modulstammen, för att minimera strukturella påfrestningar.

OI 0 00 0000 000 0 0 OO O 0000 00 0 0 0 000 000 I 0 0 0 000 00 l0 526 063 Tre vindkraftverk enligt en föredragen utföringsform visas i fig. 5. Ett vindkraftverk enligt en föredragen utföringsform är sammansatt av 4 moduler 10, såsom beskrivet ovan, stående på varandra, och innefattar således 16 stycken vindkraftsgeneratorer. Fördelen med att använda modulerna 10 är att det lätt går att välja hur många vindkraftsgeneratorer som skall ingå i vindkraftverket, i Teoretiskt går det att utnyttja från en många helst. Antalet hållfasthetsskäl. innefattar två vridbara lagringar till stammarna med de fyra multiplar av fyra. till framförallt av modul hur som begränsas Varje modulstam 5 generatorerna 1-4, så att varje liggande stam 6 och 7 individuellt kan inrikta sig mot vinden. Detta eftersom höjd Alternativt kan varje modul vara vridbart fäst till de andra vindriktningen kan variera på olika över marken. modulerna i vindkraftverket.

Med fördel stöttar vindkraftverk varandra genom stag som fäster in i intill stående vindkraftverk, så att inte närheten av andra vindkraftverk skall hindra hållfastheten för respektive vindkraftverk.

Enligt ett föredraget system, flertal visat i fig. 6, flertal placeras ett vindkraftverk j. ett parallella rader bildande en vindkraftverkspark. Raderna placeras vinkelrätt mot den på platsen förhärskande vindriktningen, där den förhärskande vindriktningen betyder den riktning som det oftast blåser i. vinkelrätt den två Genom en förskjutning, förhärskande vindriktningen på platsen, av intill varandra parallella raderna med en fjärdedel av avståndet så erhålls en tät mellan två vindkraftverk i en rad, placering av vindkraftverken med lite vindskugga för de av framförvarande rader med vindkraftverk som är i lä vindkraftverk.

II con O I O! O I' OO 0010 I 0 I O! IQ l\) U'| 526 063 Vindkraftverken positioneras i rader med ett inbördes avstånd av ca 75-500 m, företrädesvis 200-250 m. Raderna positioneras i sin tur med ett avstånd av ca 75-500 m, företrädesvis 200-250 m.

Närmast följer ett exempel på elproduktion/konsumtion i Sverige.

Sveriges totala elförbrukning uppskattas för år 2003 till ca 145 TWh (109 TWh 1982). Ett modernt normalstort konventionellt vindkraftverk med en bygghöjd av 30 m och en effekt av 225 kW producerar idag ca 300 MWh på ett år.

Befintliga kärnkraftverk i Sverige har varierande effekt, där exempelvis Oskarshamn 1 alstrar 440 MW och Forsmark 3 alstrar 1050 MW. 6400 vindkraftsgeneratorer á 225 kW skulle tillsammans ha en effekt av 1440 MW och skulle kunna byggas på en yta av 4 kvadratkilometer med ovanstående modulsystenx med fyra generatorer per modul. Dessa skulle således kunna ersätta ovan nämnda kärnkraftverk. Denna beräkning förutsätter ett avstånd mellan vindkraftverken i en rad av 100 m och mellan rader ett avstånd av 100 m, samt fyra moduler i ett vindkraftverk.

Denna beräkning av vindkraftverkens produktion har då inte ens beaktat effektökningen för de generatorer som placeras högre än 30 m.

Motsvarande resonemang och förutsättningar medför att hela Sveriges elförbrukning skulle kunna produceras av nwximalt 483 500 vindkraftsgeneratorer på en yta av 3,02 kvadratmil, utan hänsyn till effektökningen av de högre belägna generatorerna. nog. 000 n o I 0 nal 526 063 ¿3 Eftersom vindförhållanden växlar mycket under olika tider på dygnet, mellan olika dygn, och olika tider på året behöver vindkraftsparker någon form av lagringskapacitet för överskottsenergi. Detta kan lösas, miljömässigt rimligt, på flera olika sätt och/eller kombinationer därav. Nedan beskrivs fyra olika möjligheter. 1. Vid tillgång på överskottsenergi i vindkraftsparken kan vätgas framställas via elektrolys av vatten. Restprodukten blir ren syrgas som kan säljas för många olika ändamål.

Vätgasen kan lagras i flytande tillstånd, förenad med metall till en metallhybrid under låga mycket temperaturer i värmeisolerade tankar. Alternativt kan den komprimeras och lagras under högt tryck i trycktankar.

Vid behov av omvandling av lagrad vätgas till elenergi kan detta göras i en vätgasgenerator, där restprodukterna av förbränningen av vätgas i huvudsak är vattenånga, vilket är synnerligen miljövänligt. 2. Vid tillgång på överskottsenergi i vindkraftsparken kan vatten lagras i form av lägesenergi. Vatten kan pumpas upp i stora land- eller havsbaserade bassänger, och elenergi frigörs genom att vatten släpps tillbaka och alstrar elektricitet via vanliga vattenturbiner. Denna typ av lagring tar dock relativt stora markarealer i anspråk, men är i övrigt mycket miljövänlig. 3. Vid tillgång på överskottsenergi i vindkraftsparken kan elenergin lagras som lägesenergi rent mekaniskt. Detta genomförs genom att elmotorer hissar upp stora vikter högt upp i ställningar och vid behov sänks vikterna ner via elgeneratorer. I denna metod åtgår ett stort antal ställningar' och vikter. Denna lagringsmetod. är förmodligen den mest ekonomiska att konstruera, framförallt till följd 526 063 av låga investeringskostnader. Denna metod upptar mycket små landytor och innebär näst intill obefintlig negativ miljöpåverkan. 4. Vid tillgång på överskottsenergi i vindkraftsparken kan elenergi lagras som värmeenergi genom att värma upp vatten i exempelvis stora vattentankar/bassänger i anslutning till fjärrvärmenät. Värmeenergin frigörs sedan vid behov, via värmeväxlare, på fjärrvärmenät. Med fördel kan på detta sätt tappvarmvatten produceras.

Fördelen med detta system är att distributionsvägar för tappvarmvatten idag är mycket väl utbyggt, samt att nät för uppvärmning av bostäder och lokaler via fjärrvärme, och i viss mån fjärrkyla, också är väl utbyggda. Således är investeringskostnaderna och eventuell negativ miljöpåverkan stora delar redan för användandet av detta system till tagna.

Det är uppenbart att föreliggande uppfinning kan varieras på ett flertal sätt. Sådana variationer skall inte betraktas som avvikelse från omfånget av föreliggande uppfinning. Alla sådana variationer som skulle vara uppenbara för en fackman på området avses vara inkluderade inom omfånget av föreliggande uppfinning.

Claims (11)

10 15 20 25 30 526 o@§ PATENTKRAV

1. Vindkraftverksmodul för storskalig vindkraftsproduktion, där modulen (10) innefattar en långsträckt mastdel (5) med en längdaxel i den långsträckta riktningen, varvid modulen (10) är anslutningsbar till åtminstone en ytterligare vindkraftverksmoduls mastdel så modulernas längdaxlar sammanfaller, kännetecknad av att den innefattar fyra vindkraftsgeneratorer (1, 2, 3, 4), varvid dessa fyra vindkraftsgeneratorer (1-4) är fästa på respektive ände av två liggande stammar (6, 7; 7'), varvid vindkraftsgeneratorerna (1, 3) på den ena liggande stammen (7; 7') är infästa parallellt med denna ena stam och vindkraftsgeneratorerna (2, 4) på den andra stammen (6) är infästa vinkelrätt mot denna andra stam, där stammarna (6, 7; 7') är vridbart fästa, på olika höjd längs längdaxeln, i (5), (1-4) är inriktade för drift i en gemensam vindriktning. mastdelen varvid 'vindkraftsgeneratorerna parvis

2. Vindkraftverksmodul för storskalig vindkraftsproduktion, där modulen (10) innefattar en långsträckt mastdel (5) med en längdaxel i den långsträckta riktningen, varvid modulen (10) är till mastdel så vridbart åtminstone en anslutningsbar ytterligare vindkraftverksmoduls modulernas längdaxlar sammanfaller, kännetecknad av att den innefattar 4), vindkraftsgeneratorer (1-4) är fästa på respektive ände av fyra vindkraftsgeneratorer (1, 2, 3, varvid dessa fyra två liggande stammar (6, 7; 7'), där stammarna (6, 7; 7') är (5), varvid alla fyra vindkraftsgeneratorerna (1-4) är inriktade fästa, på olika höjd längs längdaxeln, i mastdelen för drift i en gemensam vindriktning.

3. Vindkraftverksmodul enligt krav 1 eller 2, varvid de fyra (1-4) är symmetriskt kring mastdelen (5). vindkraftgeneratorerna positionerade parvis 10 15 20 25 526 063 11

4. Vindkraftverksmodul enligt krav 1 eller 2, varvid två av de fyra vindkraftgeneratorerna (2, 4) är positionerade symmetriskt kring mastdelen (5).

5. Vindkraftverksmodul enligt. något av kraven 1-4, varvid stammarna (6, 7; 7') är dimensionerade så att tre av de fyra vindkraftsgeneratorerna (1, 2, 4) kan arbeta ostört från varandra och den fjärde av de fyra vindkraftsgeneratorerna (3) arbetar stört av en av de andra tre.

6. Vindkraftverksmodul enligt krav 5, varvid den fjärde vindkraftsgeneratorn (3) tar emot vinden bakifrån och de andra tre vindkraftsgeneratorerna tar emot vinden framifrån.

7. Vindkraftverk för storskalig det vindkraftsproduktion, kännetecknat av att innefattar åtminstone en Vindkraftverksmodul (10) enligt något av ovanstående krav.

8. Vindkraftverkspark kännetecknad av att den innefattar ett flertal vindkraftverk enligt krav 7, står i flertalet där vindkraftverken rader med väsentligen jämt utspridda vindkraftverk, där varje rad är positionerad vinkelrätt en förhärskande vindriktning i vindkraftsparken.

9. Vindkraftverkspark enligt krav 8, varvid raderna är förskjutna i förhållande till varandra, vinkelrätt relativt den förhärskande vindriktningen.

10. Vindkraftverkspark enligt krav 9, varvid raderna är förskjutna två med en avståndet fjärdedel av mellan vindkraftverk i en rad.

11. Vindkraftverkspark enligt något av kraven 8-10, ansluten till ett energilagringssystem för utjämning av varierande energiproduktion.