(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/EP02/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/EP02/ (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO03/ (13) B1 (51) Int.Cl. F03D 11/00 ( ) F03D 11/04 ( ) H02G 3/00 ( ) (54) Elektrownia wiatrowa z wieżą utworzoną z kilku segmentów oraz segment wieży (30) Pierwszeństwo: , DE, (73) Uprawniony z patentu: Wobben Aloys, Aurich, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 06/05 (72) Twórca(y) wynalazku: ALOYS WOBBEN, Aurich, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/10 (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Kuźnicka-Łukomska Barbara PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Wynalazek ten dotyczy elektrowni wiatrowej z wieżą utworzoną z wielu segmentów, z generatorem umieszczonym w rejonie wierzchołka wieży, z modułem energetycznym umieszczonym w rejonie podstawy wieży i ze środkami przenoszenia prądu z generatora do modułu energetycznego. Wynalazek dotyczy również segmentu wieży elektrowni wiatrowej. Moduł energetyczny elektrowni wiatrowej, który zawiera zespoły elektryczne, takie jak transformatory, skrzynki sterowania, ewentualnie prostowniki, urządzenia średniego napięcia, rozdzielnice niskonapięciowe itd., jest umieszczony poniżej poziomu generatora, jak w przypadku znanych elektrowni wiatrowych i zwykle jest usytuowany w rejonie podstawy wieży elektrowni wiatrowej. Najczęściej na ten moduł lub pewne jego części składowe przeznaczony jest oddzielny niewielki budynek na zewnątrz elektrowni wiatrowej. Środki przenoszenia prądu, które najczęściej są usytuowane wewnątrz wieży i są to kable, służą do przenoszenia energii elektrycznej wytworzonej przez generator umieszczony w gondoli na szczycie wieży do modułu energetycznego. Kable te są wprowadzane do wieży po jej zbudowaniu. Jest to operacja droga, ponieważ kabel trzeba instalować na całej długości wieży w oddzielnym cyklu roboczym. Ponadto ten cykl roboczy jest zależny od uprzedniego wzniesienia wieży. Przykładowo z opisu patentowego US 4,272,929 znana jest wieża siłowni wiatrowej złożona z wielu segmentów, z których każdy wpasowuje się do segmentu usytuowanego pod nim. Na szczycie tej wieży umieszczony jest generator napędzany turbiną wiatrową. Wieża zawiera więc szereg sekcji. Opisany jest proces wznoszenia wieży. Przewody elektryczne poprowadzone są wewnątrz zestawu rury nośnej, która jest częścią wieży. Wynalazek wynika z zapotrzebowania na usprawnienie wznoszenia elektrowni wiatrowej, którego skutkiem będzie potanienie i przyspieszenie budowy. Według wynalazku elektrownia wiatrowa z wieżą utworzoną z kilku segmentów wieży, z generatorem umieszczonym w rejonie wierzchołka wieży, modułem energetycznym umieszczonym w rejonie podstawy wieży i środkami przenoszenia prądu do przewodzenia wytworzonego prądu z wierzchołka wieży, charakteryzuje się tym, że środki przenoszenia prądu są wstępnie zmontowane w postaci segmentowej w segmentach wieży. Korzystnie środki przenoszenia prądu są przymocowane do segmentów wieży za pomocą elementów mocujących. Korzystniej środki przenoszenia prądu są zabezpieczone przed dotknięciem przez pokrywę, zwłaszcza przez płytę przykrywającą. Najkorzystniej segmenty środków przenoszenia prądu są na stałe dołączone do odpowiedniego segmentu wieży elektrowni wiatrowej tylko w jednym jego rejonie, korzystnie usytuowanym najwyżej. Środkami przenoszenia prądu są kable. Środkami przenoszenia prądu są szyny. Korzystne jest, gdy za pomocą giętkich szyn omijane są części, które wystają z wnętrza ściany wieży i/albo łączone są segmenty szyn prądowych. Według wynalazku segment wieży elektrowni wiatrowej, wykonanej z wielu segmentów, która w rejonie wierzchołka ma generator do wytwarzania prądu, charakteryzuje się tym, że w segmencie wieży jest wstępnie zainstalowany segment środków przenoszenia prądu, przewodzący wytwarzany prąd z wierzchołka wieży. Segmenty środków przenoszenia prądu są zatem prefabrykowane i korzystnie montowane na segmentach wieży przed wznoszeniem wieży z oddzielnych jej segmentów. Nie trzeba już zatem, po wzniesieniu wieży przeprowadzać pracochłonnej operacji przeciągania przez nią kabla, by połączyć elektrycznie generator z modułem energetycznym. Dzięki wynalazkowi można skrócić czas budowy elektrowni wiatrowej i zmniejszyć koszt budowy bez powodowania żadnych wad technicznych. Jak było podane wyżej, korzystne jest, by środki przenoszenia prądu były na stałe mocowane do związanego segmentu wieży tylko w jednym jego rejonie, korzystnie w rejonie, który jest po wzniesieniu wieży usytuowany najwyżej. Takie mocowanie do segmentu wieży korzystnie przeprowadza się przed wznoszeniem wieży, ponieważ segmenty wieży, zawierające przymocowane do nich segmenty środków przenoszenia prądu, są prefabrykowane. Segment środków przenoszenia prądu jest trwale przymocowany do wieży tylko w jednym punkcie, jest on zatem faktycznie przymocowany, ale ruchomy w pewnych granicach przy wewnętrznej ścianie segmentu wieży, a więc nadal może być przesta-

3 PL B1 3 wiany w celu dołączenia go możliwie łatwo i niezawodnie do następnego segmentu środków przenoszenia prądu następnego segmentu wieży. W celu dalszego mocowania segmentów środków przenoszenia prądu wewnątrz segmentu wieży, można stosować również dodatkowe elementy mocujące na wewnętrznej ścianie wieży, aby za ich pomocą segmenty środków przenoszenia prądu były pewnie zamocowane przed i po wzniesieniu wieży. Jeżeli środkami przenoszenia prądu są kable, długość odcinków kabla w segmentach wieży można w celu omijania kołnierzy lub części zabezpieczających przed wewnętrzną ścianą wieży odmierzyć tak, aby bez trudu można było omijać te rejony. Jeśli jako środki przenoszenia prądu stosuje się szyny prądowe, wówczas można korzystnie zastosować giętkie szyny łączące, aby omijać części wystające z wewnętrznej ściany wieży i/lub łączyć segmenty szyny prądowej. Takie giętkie szyny używane są po wzniesieniu wieży do łączenia segmentów szyn prądowych, jeżeli segmenty takie nie spotykają się ze sobą bezpośrednio lub jeśli trzeba omijać szczeliny lub inne przeszkody pomiędzy segmentami szyn prądowych, na przykład kołnierze na segmencie szyny prądowej. W celu zabezpieczenia pracowników przeprowadzających konserwacje przed kontaktem z szynami prądowymi, gdy wspinają się oni na wieżę w jej wnętrzu i aby zapewnić z jednej strony izolację elektryczną, a z drugiej strony chronić środki przenoszenia prądu przed uszkodzeniami, w innym przykładzie wykonania zastosowana jest osłona ochronna, zwłaszcza płyta ochronna, trwale przymocowana do wewnętrznej ściany wieży i całkowicie chroniąca środki przenoszenia prądu przed dotknięciem. Taka osłona ochronna może być również dzielona na poszczególne segmenty, które są podobnie wstępnie montowane na segmentach wieży, podobnie jak segmenty środków przenoszenia prądu. Uzyskuje się przez to dalsze skrócenie czasu i uproszczenie wznoszenia elektrowni wiatrowej. Przedmiotowy wynalazek jest przedstawiony bardziej szczegółowo w przykładach wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia elektrownię wiatrową według przedmiotowego wynalazku; fig. 2 przedstawia przekrój poprzez elektrownię wiatrową z dwoma segmentami wieży, a fig. 3 przedstawia w widoku perspektywicznym szyny prądowe zastosowane według przedmiotowego wynalazku. Wiatrowa elektrownia 1 według przedmiotowego wynalazku, przedstawiona schematycznie na fig. 1, ma wieżę 2 z fundamentem 3, gondolę 4, z możliwością obracania się, która jest umieszczona w rejonie wierzchołka wieży oraz energetyczny moduł 7 umieszczony w rejonie podstawy wieży, na przykład w oddzielnej obudowie. Wirnik z kilkoma łopatami 5, które mogą obracać się wokół poziomej osi oraz elektryczny generator 6 są umieszczone wewnątrz gondoli 4. Siły wiatru działające na łopaty 5 wirnika wprawiają wirnik w ruch i napędzają generator 6, aby wytwarzać energię elektryczną. W celu przekazania energii wytworzonej przez generator 6 do energetycznego modułu 7, który ma wiele zespołów elektrycznych, takich jak transformator lub ewentualnie prostownik do przetwarzania prądu elektrycznego przed wysłaniem go do sieci lub do użytkownika, wykorzystywane są szyny prądowe, korzystnie dwie szyny prądowe w wewnętrznej przestrzeni 8 wieży 2 zamocowana przy ścianie za pomocą elementów mocujących 10. Szyny te są przewodzące elektrycznie i są połączone elektrycznie poprzez kabel 11 z generatorem i poprzez przewód łączący 12, który korzystnie przechodzi przez fundament i pod ziemią, z energetycznym modułem 7. Szyny prądowe 9 są wykonane jako sztywne i korzystnie są złożone z oddzielnych segmentów szyn prądowych, jak to przykładowo pokazano bardziej szczegółowo na fig. 2. Pokazano tam dwa segmenty 21 i 22, z których skonstruowana jest wieża 2. Takie segmenty 21 i 22 wieży 2 mogą być wykonane na przykład ze stali lub nawet z betonu. Te segmenty 21 i 22 wieży 2 są prefabrykowane i są montowane, aby utworzyć wieżę 2 na miejscu budowy elektrowni wiatrowej. Aby zmniejszyć jeszcze bardziej czas wznoszenia i uprościć pracę, a przez to zmniejszyć koszty całej elektrowni wiatrowej, segmenty 91 i 92 szyn prądowych są korzystnie pewnie mocowane do odpowiednich miejsc poszczególnych segmentów 21 i 22 wieży przed wzniesieniem wieży 2. Korzystnie mocowanie segmentów 91 i 92 szyn prądowych przeprowadzane jest tylko w górnym rejonie danego segmentu 21 i 22 wieży za pomocą elementu mocującego, natomiast pozostała część segmentów 91 i 92 szyn prądowych pozostaje do pewnego stopnia ruchoma, aby uprościć łączenie z następnymi segmentami szyny. Dzięki takiej konstrukcji można również kompensować względny ruch pomiędzy wieżą 2 a szynami prądowymi 91 i 92, na przykład w spowo-

4 4 PL B1 dowany różnicą współczynników rozszerzalności cieplnej. Można jednak zastosować inne elementy mocujące 14, które poprowadzą segmenty 91 i 92 szyn prądowych na całej długości. W tym celu przekrój otworu na segmenty 91 i 92 szyn prądowych w mocujących elementach 14 można wykonać jako większy niż przekrój segmentów 91 i 92 samych szyn prądowych. Względny ruch segmentów 91 i 92 szyn prądowych w mocujących elementach 14 jest w ten sposób umożliwiony, a równocześnie szyny prądowe 91 i 92 są prowadzone i ich ruch jest ograniczony. W celu łączenia segmentów 91 i 92 szyn prądowych i przez to omijania części, które mogą wystawać do wnętrza, takich jak kołnierze 211 i 212, które są usytuowane przy dolnym i górnym brzegu segmentów 21 i 22 wieży 2, stosowane są izolowane giętkie szyny łączące 13, których kształt można zmieniać ręcznie, gdy są one mocowane do dwóch segmentów 91 i 92 szyn prądowych. Ponadto rozszerzanie się i kurczenie materiału, na przykład na skutek zmian temperatury, może być kompensowane dzięki elastyczności szyn łączących 13. Fig. 3 przedstawia widok perspektywiczny dwóch równoległych segmentów 911 i 912 szyny prądowej. Są one na stałe przykręcone do mocujących elementów 14 śrubami 15. W tym przypadku można zastosować elementy izolacyjne w celu izolowania segmentów 911 i 912 szyn prądowych od elementów mocujących 14. Alternatywnie oczywiście same mocujące elementy 14 mogą być również wykonane z materiału izolacyjnego. Elementy mocujące 14 same są na stałe przykręcane do wewnętrznej ściany segmentu wieży. Dla ochrony przed kontaktem z szynami prądowymi 911 i 912 podczas działania elektrowni wiatrowej dodatkowo przewidziano ochronną płytę przykrywającą 16, która podobnie jak segmenty 911 i 912 szyn prądowych może być już wbudowana w poszczególne segmenty wieży przed wzniesieniem wieży 2. Za pomocą prowadzącej szyny 17, która może być wykonana przykładowo z litej gumy, osłona ochronna może być z jednej strony zamocowana, a z drugiej strony izolowana na segmencie wieży. Jednakże można, w celu przymocowania ochronnej płyty 6, zastosować jeszcze inne środki, które nie zostały tu pokazane. Ponadto w i/lub na tych płytach ochronnych, które są stosowane jako ochronna osłona 16, możliwe jest również umieszczenie innych urządzeń, takich jak gniazdka elektryczne, lampy itd., tak że mogą one być podobnie wstępnie montowane w prosty sposób. Ponadto umieszczenie tych urządzeń w osłonie ochronnej 16 w szczególności pozwala uniknąć odsłaniania instalacji na wewnętrznej ścianie wieży i przez to prowadzi do zmniejszenia ryzyka uszkodzenia, na przykład przez spadające obiekty podczas i po wznoszeniu wieży. Zastrzeżenia patentowe 1. Elektrownia wiatrowa z wieżą utworzoną z kilku segmentów wieży, z generatorem umieszczonym w rejonie wierzchołka wieży, modułem energetycznym umieszczonym w rejonie podstawy wieży i środkami przenoszenia prądu do przewodzenia wytworzonego prądu z wierzchołka wieży, znamienna tym, że środki przenoszenia prądu są wstępnie zmontowane w postaci segmentowej (91, 92) w segmentach (21, 22) wieży (2). 2. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że środki przenoszenia prądu są przymocowane do segmentów (21, 22) wieży (2) za pomocą elementów mocujących (10). 3. Elektrownia według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że środki przenoszenia prądu są zabezpieczone przed dotknięciem przez pokrywę, zwłaszcza przez ochronną płytę przykrywającą (16). 4. Elektrownia według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że segmenty środków przenoszenia prądu są na stałe dołączone do odpowiedniego segmentu (21, 22) wieży (2) elektrowni wiatrowej tylko w jednym jego rejonie, korzystnie usytuowanym najwyżej. 5. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że środkami przenoszenia prądu są kable. 6. Elektrownia według zastrz. 1, znamienna tym, że środkami przenoszenia prądu są szyny. 7. Elektrownia według zastrz. 6, znamienna tym, że za pomocą giętkich szyn (13) omijane są części, które wystają z wnętrza ściany wieży i/albo łączone są segmenty (91, 92) szyn prądowych. 8. Segment wieży elektrowni wiatrowej, wykonanej z wielu segmentów, która w rejonie wierzchołka ma generator do wytwarzania prądu, znamienny tym, że w segmencie (21, 22) wieży (2) jest wstępnie zainstalowany segment (91, 92) środków przenoszenia prądu, przewodzący wytwarzany prąd z wierzchołka wieży (2).

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.