(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 22.09.2003, PCT/EP03/010518

PL 214870 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 214870 (21) Numer zgłoszenia: 374672 (22) Data zgłoszenia: 22.09.2003 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: 22.09.2003, PCT/EP03/010518 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: 06.05.2004, WO04/038215 (13) B1 (51) Int.Cl. F03D 11/04 (2006.01) F03D 1/00 (2006.01) (54) Sposób wznoszenia elektrowni wiatrowej i elektrownia wiatrowa wzniesiona tym sposobem (30) Pierwszeństwo: 27.09.2002, DE, 10245078.1 (73) Uprawniony z patentu: Wobben Aloys, Aurich, DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: 31.10.2005 BUP 22/05 (72) Twórca(y) wynalazku: ALOYS WOBBEN, Aurich, DE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.09.2013 WUP 09/13 (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Wanda Wierzbicka-Dobrzyńska

2 PL 214 870 B1 Opis wynalazku Wynalazek dotyczy sposobu wznoszenia elektrowni wiatrowej i elektrownia wiatrowa wzniesiona tym sposobem. W ostatnich 20 latach nastąpił olbrzymi rozwój techniczny w dziedzinie elektrowni wiatrowych. Powstały elektrownie o mocy rzędu 5 MW, a dalszy rozwój prowadzi do elektrowni o jeszcze większej mocy nominalnej. Niniejsze zgłoszenie nie dotyczy takich elektrowni o mocy rzędu megawatów, ale raczej małych elektrowni, zwłaszcza niewielkich elektrowni wiatrowych o mocy nominalnej 50-150 kw, które można ustawić praktycznie w każdym miejscu na świecie możliwie niezależnie od silnego wspomagania maszynowego. Dotychczas przy wznoszeniu elektrowni wiatrowych zwykle poszczególne części składowe elektrowni wiatrowej, np. maszt, wirnik, łopaty wirnika, generator, obudowę maszyny, transformator, sterowanie elektroniczne itd., transportuje się oddzielnie na miejsce budowy i montuje się. W związku z tym stawianie masztu zwykle wymaga stosowania żurawia, który potrzebny jest również przy ustawianiu obudowy maszyny i do montowania wirnika oraz generatora. Poszczególne części elektrowni są znormalizowanych wymiarów na miejsce budowy elektrowni wiatrowej, a ten kontener lub kontenery są takie, że mieszczą maszt elektrowni wiatrowej i tworzą fundament elektrowni wiatrowej, przy czym ten fundamentowy kontener lub kontenery wpuszcza się do wykopu w ziemi przed zestawieniem elektrowni wiatrowej. Korzystnie podczas etapu formowania fundamentu elektrowni wiatrowej - wykonuje się otwory w ścianie bocznej kontenera (7), który ma zostać wkopany - wpuszcza się ten kontener (7) do wykopu w ziemi - przeprowadza się przez te otwory co najmniej jedną rurę albo pręt, jako człony wzmacniające, do ziemi otaczającej wkopany kontener. Maszt elektrowni wiatrowej wznosi się korzystniej za pomocą wciągarki linowej napędzanej silnikiem lub ręcznie i wmontowuje się do kontenera albo kontenerów tworzących fundament elektrowni wiatrowej. Najkorzystniej następne kroki w procesie wznoszenia elektrowni wiatrowej to: - w części górnej kontenera, który ma za zadanie utworzenie fundamentu dla elektrowni wiatrowej, wykonuje się otwór przyjmujący, - dolną część masztu przeprowadza się przez otwór przyjmujący, - podstawę masztu unieruchamia się na dnie kontenera za pomocą uchwytów dostarczonych na dno kontenera. Korzystne jest, gdy podczas etapu formowania fundamentu, jeżeli kontener, który ma stanowić fundament elektrowni wiatrowej jest wkopany w ziemię, wkopuje się ten kontener tak, że tylko górna strona kontenera lub górne części kontenera wystają z ziemi. Elektrownia wiatrowa zawierająca wiele części, włączając wirnik, generator, obudowę maszyny i maszt, według wynalazku charakteryzuje się tym, że kontener, o wymiarach takich, że części elektrowni, które po zmontowaniu stanowią elektrownię wiatrową mogą być w nim umieszczone podczas transportu na miejsce budowy elektrowni wiatrowej, jest wpuszczony do wykopu w ziemi mieszcząc w sobie podstawę masztu elektrowni wiatrowej, przy czym kontener stanowi fundament elektrowni wiatrowej. Korzystne jest, gdy kontener ma miejsce do pomieszczenia preinstalowanego transformatora elektrowni wiatrowej, a w kontenerze usytuowane jest również pomieszczenie eksploatacyjne z urządzeniami łącznikowymi, tak że zestawienie urządzeń regulacyjnych elektrowni wiatrowej może być wykonywane w fabryce. Kontener, który tworzy fundament elektrowni wiatrowej i jest wkopany w ziemię korzystnie zawiera otwory w swych ścianach bocznych, a przez te otwory rury lub pręty jako elementy wzmacniające, wprowadzone są w ziemię otaczającą zakopany kontener. Najkorzystniej rury albo pręty są połączone z kontenerem za pomocą albo spawania, albo skręcania, albo zaciskania. Korzystnie do kontenera dostarczone są urządzenia poziomujące, które są dostosowane do przyjęcia masztu i do ustawienia masztu w pozycji pionowej, przy czym urządzenie poziomujące zawiera najniższy segment masztu. Najkorzystniej najniższy segment wieży jest zamocowany w pozycji pionowej, albo za pomocą zabetonowania na miejscu wewnątrz kontenera, albo za pomocą przymocowania do członów wzmacniających. W elektrowni wiatrowej według wynalazku wszystkie części lub zasadniczo wszystkie części elektrowni transportuje się w jednym lub wielu standardowych kontenerach (n. o długości 20 stóp (6 m); 40 stóp (12 m)). Zaleta takich standardowych kontenerów polega na tym, że istnieją wystarczające środki transportu do tego celu, takie jak na przykład samochody ciężarowe do przewozu kontenerów,

PL 214 870 B1 3 za pomocą których kontenery mogą być również transportowane na lądzie. Ponadto takie standardowe kontenery od dawna są stosowane do transportu wodnego i cały transport nawet wielu elektrowni w wielu kontenerach można przeprowadzić w prosty sposób za pomocą kontenerowców. Ponadto w międzyczasie powstały samoloty nadające się do zabierania standardowych kontenerów, jako płatnego ładunku przewożonego w kadłubie samolotu. W przypadku elektrowni według wynalazku kontener transportowy lub wiele takich kontenerów transportowych, które poprzednio zostały załadowane poszczególnymi częściami składowymi elektrowni, jest teraz wykorzystywany również do wznoszenia elektrowni wiatrowej. Przykładowo kontener stanowi cały fundament elektrowni wiatrowej. W tym celu taki kontener może być wyposażony w odpowiednie połączenie z podstawą masztu elektrowni wiatrowej. Można to uzyskać z jednej strony przez umieszczenie na zewnątrz kontenera co najmniej jednego kołnierza z szeregiem otworów, poprzez które można wkręcić śruby, które mogą następnie zostać połączone z podstawą masztu lub kołnierzem podstawy masztu elektrowni wiatrowej tak, że podstawa masztu elektrowni wiatrowej zostaje przykręcona do takiego kontenera. W celu obciążenia kontenera tak, aby uzyskać wystarczająco duży ciężar fundamentu, kontener można napełnić piaskiem, betonem, wodą lub innym materiałem. Użycie kontenera w charakterze fundamentu według wynalazku ma tę szczególną zaletę, że odpowiednia konstrukcja fundamentowa z fabryki jest również dostarczana wraz z elektrownią z tej fabryki i jeśli elektrownia wiatrowa ma być ustawiona w bardzo odległym miejscu, fundament można położyć bardzo łatwo, podczas gdy dotychczas zwykle stosowano w tym celu konstrukcję stalową wypełnioną betonem (patrz książka Erich Hau, 1996, Windkraftanlage, s. 388, 389 i 390). Ponadto w przypadku elektrowni wiatrowej według wynalazku transformator oraz cały układ sterowania mogą być na stałe zainstalowane w kontenerze w określonym miejscu w fabryce, tak że po wzniesieniu elektrowni wiatrowej zostanie ona bardzo szybko uruchomiona bez konieczności wykonywania bardzo skomplikowanych połączeń kablowych pomiędzy generatorem a układem sterowania i transformatorem. Szczególnie korzystne jest również, jeżeli elektrownia wiatrowa ma co najmniej jedną wciągarkę linową, która jest napędzana silnikiem lub ręcznie. Jeżeli lina jest poprowadzona na odpowiednim wsporniku pomocniczym (rama wsporcza z krążkiem zmiany kierunku), który ma być montowany do kontenera, można wznieść przynajmniej maszt elektrowni wiatrowej za pomocą odpowiedniego dalszego mechanizmu prowadzenia liny na maszcie lub na obudowie maszyny, przy czym dalsze części składowe elektrowni, takie jak generator, wirnik itd., mogą być podnoszone do wysokości piasty bez używania żurawia budowlanego do tego celu. Aby polepszyć stabilność i trwałość elektrowni, można najpierw kontener, który ma stanowić fundament elektrowni, zakopać w ziemi w miejscu, w którym ma stanąć elektrownia wiatrowa, tak że tylko górna strona kontenera lub górne części kontenera wystają z ziemi. Aby dodatkowo polepszyć stabilność i trwałość fundamentu można również w różnych bocznych ścianach zakopywanego kontenera wykonać otwory (lub pozostawić je w ścianach bocznych fabrycznie), przez które można następnie wprowadzić w ziemię otaczającą kontener rury, pręty lub inne elementy wzmacniające, które następnie łączy się z kontenerem przez spawanie, skręcanie, zaciskanie lub innym sposobem. Jeżeli cały układ sterowania lub wszystkie istotne elektryczne części składowe, takie jak szafki sterowania, szafki mocy, transformatory itd., są już na stałe umieszczone fabrycznie w kontenerze fundamentowym lub dalszym kontenerze, wówczas po zamontowaniu części składowych elektrowni trzeba jeszcze tylko wykonać połączenia kablowe pomiędzy członami składowymi a generatorem z jednej strony i siecią energetyczną z drugiej strony, tak że cała procedura montażu elektrowni wiatrowej może być przeprowadzona bardzo prostymi środkami, a cały proces ustawiania urządzeń regulacyjnych elektrowni wiatrowej może być już przeprowadzony fabrycznie. Wynalazek jest opisany bardziej szczegółowo poniżej na podstawie przykładu wykonania przedstawionego na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia pierwszy alternatywny przykład realizacji wynalazku (moduł podstawy), fig. 2 przedstawia kontener elektrowni z fig. 1 w przekroju, fig. 3 przedstawia dalszy alternatywny przykład wykonania wynalazku, fig. 4 jest widokiem zasadniczym wynalazku podczas wznoszenia elektrowni wiatrowej, fig. 5 jest widokiem zasadniczym oddzielnej części elektrowni wiatrowej w kierunku masztu, fig. 6a jest widokiem z góry zestawu wciągarki rozwiązania kontenera,

4 PL 214 870 B1 fig. 6b przedstawia rozwiązanie alternatywne wobec fig. 6a, fig. 7a przedstawia przekrój poprzez kontener według wynalazku i najniższy przechylny segment masztu, a fig. 7b przedstawia konstrukcję masztu (fig. 7a) z pochyłym usytuowaniem kontenera (pokazane w przesadzie). Fig. 1 jest przedstawieniem koncepcji elektrowni wiatrowej według wynalazku, zawierającej wirnik 1 z trzema łopatami 2, które są podtrzymywane przez obudowę 3 maszyny i sprzężone z generatorem 4 umieszczonym w tej obudowie. Cała obudowa jest chroniona przez osłonę (gondola) 5 i opiera się na maszcie 6, który jest z kolei wsparty na kontenerze 7. Kontener 7 ten z kolei ma wejście 8 prowadzące do wnętrza (nie pokazano), w którym umieszczony jest sprzęt do sterowania i regulowania elektrowni, jak również transformator elektrowni wiatrowej, za pomocą którego wytworzona energia elektryczna jest transformowana do poziomu sieci, tak że ta energia elektryczna może być wprowadzana do sieci energetycznej, do której elektrownia wiatrowa jest dołączona. Aby kontener mógł zapewnić odpowiednią stabilność i trwałość, a zatem utworzyć odpowiedni fundament, fundament ten jest wypełniony piaskiem lub innym ciężkim materiałem (np. wodą) tam, gdzie wnętrze nie jest potrzebne na żadne części składowe elektrowni. Na fig. 1 podstawa masztu jest usytuowana na górnej stronie kontenera i tam przykręcona. W tym celu kontener ma odpowiedni kołnierz lub analogiczną przymocowaną część, która ma szereg otworów taki sam jak analogiczny szereg otworów przy dolnej stronie kołnierza masztu, tak że te dwie części można sztywno skręcić ze sobą. Maszt zawiera oddzielne części (sekcje), które mają taką długość, że mogą jeszcze mieścić się w kontenerze. Jeżeli przykładowo stosowany jest standardowy kontener o długości 40 stóp (12 metrów), wówczas poszczególne sekcje masztu mogą mieć długość około 12 metrów. Dalsze części składowe obudowy lub wirnika mogą być również oddzielnie transportowane w kontenerze, w związku z czym jest również z pewnością możliwe umieszczenie w kontenerze poszczególnych części składowych w stanie wstępnie zmontowanym, np. podpory wraz z łożyskiem i zamontowanym generatorem z jego wirnikiem i stojanem tak, że na miejscu budowy cała procedura montażu może być maksymalnie uproszczona. Fig. 2 przedstawia przykład wykonania alternatywny wobec fig. 1, przy czym zmiana polega zasadniczo na tym, że podstawa masztu nie jest zamocowana na górnej stronie kontenera, ale w górnej ścianie kontenera przewidziany jest zespół przyjmujący, poprzez który dolną część masztu można przeprowadzić tak, że następnie podstawę masztu można unieruchomić na dnie kontenera za pomocą uchwytów przewidzianych w tym miejscu. Unieruchomienie takie można znów przeprowadzić przez skręcanie lub za pomocą innych mocowań mechanicznych. Obwodowo przebiegający pierścień jest zamontowany w obszarze elementów przyjmujących kontenera przy górnej ścianie kontenera, aby z jednej strony uszczelniać maszt względem kontenera, a z drugiej strony zapewnić dobre przenoszenie sił z masztu na kontener. Fig. 3 przedstawia dalszą odmianę wynalazku, gdzie kontener nie stoi na ziemi, ale jest wpuszczony w ziemię. Ponadto w dnie kontenera i dookoła w ścianach kontenera wykonane jest wiele otworów, poprzez które w ziemię otaczającą kontener można wprowadzić rury, pręty lub inne człony wzmacniające. Takie rury, pręty lub człony wzmacniające są z kolei połączone ze ścianą kontenera, np. za pomocą śrub i zapewniają zwiększoną stabilność i trwałość elektrowni wiatrowej nawet w warunkach bardzo silnego wiatru, kiedy bardzo duże siły muszą być przenoszone na fundament. Fig. 4 jest widokiem w zasadzie przedstawiającym wznoszenie elektrowni wiatrowej według wynalazku bez żurawia. W tym celu do kontenera przymocowana jest wciągarka linowa 12. Ta wciągarka linowa może być napędzana silnikiem, ale może być również obsługiwana ręcznie (zwłaszcza przy zastosowaniu dobrej przekładni obniżającej). Wciągarka linowa ma linę 13, która jest przymocowana do masztu elektrowni wiatrowej poprzez krążek 14 zmiany kierunku zamontowany na ramie wsporczej (możliwe są również dalsze krążki zmiany kierunku). Krążek zmiany kierunku jest wsparty na ramie wsporczej, która usytuowana jest od strony zewnętrznej kontenera, aby w ten sposób zapewnić odpowiednie działanie dźwigniowe dla chwytu na maszcie. Gdy maszt jest powoli podnoszony, wówczas początkowo będąc w położeniu poziomym może być powoli wznoszony do położenia pionowego, a następnie wprowadzany np. w rurę 15, która jest trwale zamocowana w kontenerze. Taka rura 15 spełnia zadanie tulei gniazdowej, która później otacza maszt, gdy wchodzi on do wnętrza kontenera. Rura 15 umożliwia bezpieczne i pewne opuszczenie w kontener.

PL 214 870 B1 5 Jeżeli cała obudowa maszyny nie ma zbyt dużej masy, wówczas może być również zamontowana już na maszcie przed ustawieniem masztu, tak że po wzniesieniu masztu wszystkie mechaniczne części składowe elektrowni wiatrowej są już na miejscu. Jeżeli jednak poszczególne części obudowy maszyny lub gondoli muszą być podnoszone do wierzchołka masztu, wówczas korzystne jest, jeżeli na obudowie maszyny zamontowany jest mechanizm zmiany kierunku. Poszczególne części można wtedy podnosić do wierzchołka masztu za pomocą takiego mechanizmu zmiany kierunku i można je mocować do wierzchołka masztu. Fig. 5 przedstawia zasadniczo konstrukcję, w której dwa krążki linowe są podpierane przez odpowiedni zespół wsporczy zamontowany na obudowie maszyny. Jeżeli ponadto zespół wsporczy jest również przemieszczany w kierunku zaznaczonym strzałką (fig. 5), wówczas najbardziej zmienne części składowe można podnosić w najróżniejszych płaszczyznach, np. łożysko, generator, jak również wirnik lub poszczególne łopaty wirnika. Jeżeli do transportowania całej elektrowni wiatrowej trzeba użyć wielu kontenerów, wówczas można je również łączyć ze sobą, aby utworzyć cały fundament, np. by utworzyć konstrukcję teową lub konstrukcję krzyżową, jak pokazano na fig. 6b. Jeżeli takie kontenery zostaną następnie napełnione piaskiem, betonem lub wodą, taka masa fundamentu wystarczy do odpowiedniego posadowienia całej elektrowni wiatrowej. Aby zwiększyć stabilność fundamentu, z pewnością może być odpowiednie również użycie członów usztywniających lub członów wzmacniających w kontenerze, np. z przeciwległych ścian kontenera lub pomiędzy sąsiednimi ścianami kontenera, tak że niezawodnie unika się odkształcenia kontenera na skutek sił działających na fundament. W odmianie przedstawionej na fig. 6 kontenery fundamentowe są wpuszczone w ziemię, a dostęp do części sterujących i regulacyjnych elektrowni wiatrowej jest za pośrednictwem schodków przy górnej ścianie kontenera, które umożliwiają zejście do wnętrza kontenera. Należy zauważyć, że możliwe jest również umieszczenie dwóch kontenerów jeden na drugim, przy czym górny kontener zapewnia przestrzeń do umieszczenia takich części jak szafki rozdzielcze, moduły mocy lub transformator itd., tak że kontener ten tworzy później kontener jedynie fundamentowy. Jeśli jest wystarczająca przestrzeń wewnątrz kontenera, wówczas przestrzeń tę można również wykorzystywać jako przestrzeń do zamieszkania w stosunkowo prostych warunkach. W celu zdalnego monitorowania elektrowni wiatrowej możliwe jest wyposażenie elektrowni wiatrowej w odpowiedni sprzęt telekomunikacyjny (np. telefon satelitarny) już w fabryce, tak że nie potrzeba już montowania takiego sprzętu przy wznoszeniu elektrowni wiatrowej. Opisana elektrownia wiatrowa według wynalazku wyróżnia się tym, że może być również wznoszona i montowana w najbardziej odległym miejscu bez specjalnego drogiego żurawia i że nawet nie wymaga specjalnie fachowego personelu do montażu, jeżeli ważne części składowe są już w gotowym stanie wstępnie zmontowanym i muszą być tylko połączone ze sobą na miejscu, albo jeśli potrzebne jest tylko połączenie ze sobą na miejscu poszczególnych wtyków. Przy wysokości masztu 30-50 metrów elektrownia wiatrowa według wynalazku może z pewnością wytwarzać moc 100-300 kw lub większą. Możliwe jest stosowanie masztu w postaci konwencjonalnej konstrukcji z rur stalowych, jaką stosowano już dotychczas w elektrowniach wiatrowych. Do poszczególnych zalet, elektrowni wiatrowej według wynalazku należy jednak również to, że nie trzeba już specjalnie budować fundamentu do wznoszenia elektrowni wiatrowej, ale fundament taki jest zapewniany przez sam kontener transportowy, w którym są przewożone poszczególne części składowe elektrowni. Jeżeli kontener lub kontenery fundamentowe są następnie obciążane, konstrukcja obliczona fabrycznie zapewnia, że działanie z dala od cywilizacji jest również z pewnością możliwe i nie ma obawy, że elektrownia wiatrowa przewróci się. Wszystkie narzędzia potrzebne do wznoszenia elektrowni wiatrowej są również przewożone w kontenerach do transportu poszczególnych części składowych elektrowni wiatrowej, tak że wznoszenie elektrowni wiatrowej można przeprowadzić bez żadnych problemów nawet w krajach, w których takie specjalne narzędzia nie są dostępne. Odpowiednie materiały zamienne (np. smary, przewody, elementy zabezpieczające, moduły wymienne itd.) mogą być również transportowane w taki sam sposób i umieszczone w odpowiedniej komorze na części zamienne w kontenerze. Do wzniesienia elektrowni wiatrowej według wynalazku potrzebne jest tylko przetransportowanie poszczególnych kontenerów. Ponieważ odpowiednie możliwości transportowe znajdą się we wszystkich krajach na świecie, a zwłaszcza takie środki transportu, za pomocą których można trans-

6 PL 214 870 B1 portować standardowe kontenery, zawsze zapewniony jest transport elektrowni wiatrowej na miejsce jej budowy. Opisane rozwiązanie elektrowni wiatrowej, według którego wszystkie części składowe takiej elektrowni są przewożone w kontenerach, można uzupełnić wieloma urządzeniami i elementami, przy czym takie urządzenia i elementy są już trwale umieszczone w kontenerach fabrycznie (jeśli trzeba), a ponadto wszystkie połączenia takich urządzeń i elementów mogą być wykonane fabrycznie, jeśli wymagają one energii podczas eksploatacji, tak że możliwe jest następnie działanie takich urządzeń i elementów. Przykładowo można wymienić, jako dodatki odpowiednie do opisanego powyżej modułu podstawowego zwłaszcza: pompę wodną, instalację do oczyszczania słonawej wody, instalację do odsalania wody morskiej, urządzenia słoneczne albo do wytwarzania gorącej wody, albo do wytwarzania dodatkowej energii, zbiornik do magazynowania określonej ilości wody i innej cieczy, urządzenia telekomunikacyjne, akumulatory, które zapewniają zasilanie, jeżeli elektrownia wiatrowa nie działa, generator napędzany silnikiem spalającym olej napędowy lub olej roślinny, wymiennik ciepła, zespół odwadniania powietrza w celu otrzymywania wody z powietrza, silnik, urządzenie do sterylizacji wody oraz urządzenie do wytwarzania wodoru przez elektrolizę. Wreszcie swobodna przestrzeń, która pozostaje w kontenerze, może być również wyposażona w zespół mieszkalny o minimalnym standardzie wyposażenia mieszkaniowego, który umożliwia pozostawanie i samowystarczalność. Ponadto kontenery takie mogą już zawierać po ich przetransportowaniu kilkaset metrów kabla energetycznego z odpowiednimi złączami oraz innego materiału umożliwiającego zbudowanie przynajmniej lokalnej sieci. Jeżeli potrzebna jest energia do pompowania, korzystne jest również, jeśli w kontenerach dostarczony jest odcinek węża np. 100 metrów lub więcej, tak że można wypompować wodę na pewną odległość. Odnośnie wszystkich wymienionych wyżej pozycji sprzętu i elementów można również założyć, że cała budowa i cały rozruch powinny być możliwe nawet wtedy, jeśli na miejscu brak jest odpowiedniej techniki wspomagającej. Oznacza to, że powinny być również dostarczone w miarę możliwości wszystkie urządzenia do budowy i rozruchu elektrowni wiatrowej, jak i wymienione wyżej elementy. Obejmuje to w szczególności również narzędzia oraz instrukcje montażu, tak że można uruchomić system modułowy według wynalazku, który może zostać rozszerzony przez wiele z wymienionych wyżej urządzeń i elementów. Jeżeli używane są znormalizowane kontenery, a normalna stabilność i usztywnienie ich nie są odpowiednie, by działały one jako fundament elektrowni wiatrowej, kontenery takie powinny już być wyposażone w fabryce w swym wnętrzu w elementy usztywniające, np. ramę usztywniającą lub płyty usztywniające, albo struktury usztywniające, by zapewnić wymaganą odpowiednią stabilność. W kontenerze powinny być również urządzenia poziomujące, by zapewnić dokładnie pionowe ustawienie masztu elektrowni wiatrowej. Jeżeli teren, na którym elektrownia wiatrowa jest ustawiana, jest nierówny, możliwe jest umieszczenie kontenera w nierównym miejscu, jeżeli urządzenie do przyjęcia masztu jest regulowane do położenia pionowego. Może być to zapewnione np. przez kontener przyjmujący stały segment masztu, który jest ustawiany w położeniu pionowym, a wówczas po pionowym ustawieniu tego segmentu masztu umieszcza się na nim maszt elektrowni wiatrowej. Ten najniższy segment masztu, który jest umieszczony w kontenerze, może być unieruchamiany w swym położeniu pionowym wieloma różnymi sposobami, np. przez zabetonowanie najniższego segmentu masztu na miejscu wewnątrz kontenera lub umieszczenie członów wzmacniających w inny sposób. Jeżeli wiele kontenerów ma być połączone ze sobą tak, aby zapewnić najlepszą możliwą konstrukcję fundamentu elektrowni wiatrowej, powinno być również możliwe odpowiednie połączenie pomiędzy kontenerami, a w tym celu odpowiednie urządzenia do łączenia kontenerów powinny już być przewidziane fabrycznie w dowolnych miejscach, albo też elementy do łączenia kontenerów ze sobą powinny być dostarczone wraz z innymi częściami tak, aby możliwy był łatwy montaż. Jeżeli elektrownia wiatrowa według wynalazku ma być ustawiona na podłożu skalistym, wówczas materiały, które umożliwią mocowanie kontenerów do podłoża powinny być transportowane również wraz z elektrownią wiatrową. Rama wsporcza, która jest w niektórych warunkach niezbędna do wzniesienia elektrowni wiatrowej, może mieć również taki kształt, aby w pewnych okolicznościach mogła być montowana w sposób modułowy na miejscu (struktura prętowa) i powinna być odpowiednio wyposażona w odpowiednie człony usztywniające, które pozwalają na niezawodne wznoszenie elektrowni wiatrowej. Po wzniesieniu elektrowni wiatrowej taką ramę wsporczą można również wykorzystać do przyjęcia kabla energe-

PL 214 870 B1 7 tycznego, który odchodzi od elektrowni wiatrowej, tak że rama wsporcza równocześnie tworzy już również pierwszy słup energetyczny, na którym energia wytworzona przez elektrownię wiatrową może być odprowadzana do sieci. W razie potrzeby do górnej strony kontenerów mogą być również mocowane urządzenia słoneczne. Jeżeli stosowane jest ogniwo fotowoltaiczne, powinno być ono połączone z układem regulacyjnym i z obwodem elektronicznym elektrowni wiatrowej tak, że prąd elektryczny z tego ogniwa fotowoltaicznego może być doprowadzany do sieci lub do akumulatorów albo innych elementów wyposażenia. W razie potrzeby jeden z kontenerów może również mieścić stację transformatora sieciowego, która jest potrzebna do współpracy z siecią energetyczną. Aby umożliwić niezawodne działanie elektrowni wiatrowej, powinna być ona eksploatowana zawsze tak, aby nie pracowała w granicznym zakresie swego obciążenia mechanicznego lub elektrycznego. Korzystnie jest zatem zalecane działanie w zakresie 20-30% lub znacznie poniżej mechanicznego lub elektrycznego zakresu granicznego. Straty, jakie powoduje to, jeśli chodzi o sprawność elektrowni wiatrowej, powinny być zaakceptowane, by zagwarantować bardzo długotrwałą eksploatację elektrowni wiatrowej prawie niewymagającą konserwacji. Wskazana powyżej koncepcja oparta jest na spostrzeżeniu, że w przypadku stosunkowo małych elektrowni w pewnych okolicznościach procedura naprawcza jest rzadko warta zachodu, albo też często nie jest możliwa do przeprowadzenia z najróżniejszych powodów. Dlatego należy preferować niezawodność eksploatacji całej elektrowni wiatrowej zamiast zwiększać do maksimum wytwarzanie energii. Z wymienionych wyżej powodów należy również przewidzieć, że w miarę możliwości przeprowadza się zdalną konserwację. Wreszcie dla elektrowni wiatrowej według wynalazku korzystne jest również, jeśli zmienność bardzo małych części, np. śrub, wtyków itd., które są potrzebne do wzniesienia i uruchomienia elektrowni wiatrowej, jest zmniejszona do minimum. Ponadto takie bardzo małe części powinny w miarę możliwości być częściami znormalizowanymi, tak że w każdej chwili możliwe jest dostarczenie takich bardzo małych części na wymianę. Wreszcie cała konstrukcja elektrowni wiatrowej powinna być taka, aby możliwy był również niepowodujący uszkodzeń demontaż całej konstrukcji i dalsze przewiezienie jej w kontenerach oraz powtórne użycie całej konstrukcji. Jeżeli na maszt elektrowni wiatrowej wykorzystywane są wielokondygnacyjne rury stalowe, korzystne jest również, gdy co najmniej dwie kondygnacje mogą być włożone jedna w drugą, aby w ten sposób umieścić te kondygnacje w kontenerze oszczędzając w miarę możliwości miejsce. Ponieważ maszt elektrowni wiatrowej ma zwykle znacznie mniejszą średnicę przy górnym końcu niż przy dolnym końcu, należy przy projektowaniu masztu zapewnić, by średnica najwyższej kondygnacji masztu była mniejsza niż wewnętrzna średnica najniższej kondygnacji masztu. Jeśli to możliwe, łopaty wirnika powinny również mieć takie wymiary zewnętrzne, aby co najmniej jedna z łopat wirnika mogła być podczas transportu umieszczona w części masztu. Zespoły elektrowni wiatrowej, takie jak np. transformator, akumulatory lub jedno z wymienionych wyżej urządzeń i elementów dodatkowych, które są stosunkowo ciężkie, powinny być już trwale zakotwione w kontenerze fabrycznie, tak że po wzniesieniu elektrowni wiatrowej części te nie muszą być już przemieszczane w celu ich uruchomienia. Taka konstrukcja ma również tę zaletę, że wszystkie przewody i połączenia pomiędzy tymi zespołami mogą być już definitywnie wykonane w fabryce. Trzeba jeszcze tylko przewidzieć połączenie zewnętrzne tych zespołów elektrowni wiatrowej z generatorem z jednej strony i z siecią lub innymi urządzeniami i elementami napędzanymi (patrz powyżej) z drugiej strony. Dla łączenia powinno być możliwe wykorzystanie zasadniczo wtyków, które są również dostarczane w stanie już prefabrykowanym i które mają taką konstrukcję, że nawet niefachowcy nie mogą dokonać niewłaściwych połączeń. Można to zapewnić, jeżeli wtyki mają niejednakowe wymiary, tak że wtyk może być łączony tylko z jednym odpowiadającym mu, współpracującym członem stykowym. Wreszcie wszystkie części, które muszą być ręcznie poruszane, powinny mieć odpowiednie punkty chwytowe, tak że całe wznoszenie może być przeprowadzone przez niewielu ludzi, np. 15-20 ludzi. Opisane powyżej rozwiązanie według wynalazku jest szczególnie odpowiednie do stosowania w stacjach badawczych i w odległych obszarach jak również do budowania lokalnych sieci.

8 PL 214 870 B1 Nominalna moc elektrowni wiatrowej powinna być w zakresie 50-500 kw, korzystnie w przybliżeniu 100-200 kw. Ponieważ łopaty wirnika mają być również transportowane w kontenerach, ich długość, jeżeli łopaty wirnika są w jednym kawałku, jest ograniczona do wewnętrznego wymiaru kontenerów, w związku z czym jest z pewnością możliwe zastosowanie pomiędzy piastą a elektrownią wiatrową i podstawą łopaty wirnika adapterów długości łopaty, które mogą pozwalać na zwiększenie całkowitej średnicy elektrowni wiatrowej. Do regulowania elektrowni wiatrowej można stosować wszystkie znane sposoby, takie jak regulacja kąta natarcia lub skoku, jako środki do mocowania łopat wirnika elektrowni wiatrowej. W miarę możliwości należy unikać stosowania mechanizmów przekładniowych w elektrowni wiatrowej, ponieważ właśnie mechanizmy przekładniowe w elektrowniach wiatrowych stanowią najpospolitszą przyczynę usterek. Fig. 7b przedstawia dalsze alternatywne wykonanie wynalazku. W tym przypadku maszt jest nie tylko przyjęty przez kontener, ale jest zamontowany przechylnie o pewien kąt i może być przyjmowany przez komorę w kontenerze. Jeżeli teraz przy wznoszeniu elektrowni wiatrowej nie jest możliwe całkowicie poziome umieszczenie kontenera, wówczas budowa elektrowni wiatrowej z całkowicie pionowo usytuowanym masztem jest jednak możliwa, jak pokazano na fig. 7b. W dolnej części maszt elektrowni wiatrowej ma elementy, za pomocą których można dokładnie ustawić jego położenie pionowe (na przykład za pomocą poziomicy spirytusowej), a kiedy po umieszczeniu kontenera dolna część masztu jest ustawiona pionowo, odpowiednią komorę kontenera można wypełnić piaskiem lub betonem, albo innym materiałem wypełniającym, tak że zapewniona jest odpowiednia struktura fundamentowa dla masztu i całą elektrownię wiatrową można zbudować na tym najniższym segmencie masztu. Jest oczywiste, że kiedy najniższy segment masztu jest zamontowany przechylnie, możliwe jest również stosowanie odpowiednich urządzeń unieruchamiających, tak że po ustawieniu najniższej sekcji masztu w położeniu pionowym można utrzymywać tak ustawione położenie. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wznoszenia elektrowni wiatrowej zawierającej wiele części, włączając wirnik, generator, obudowa maszyny i maszt, znamienny tym, że te poszczególne części elektrowni transportuje się za pomocą kontenera (7), albo wielu kontenerów (7) o znormalizowanych wymiarach na miejsce budowy elektrowni wiatrowej, a ten kontener (7) lub kontenery (7) są takie, że mieszczą maszt (6) elektrowni wiatrowej i tworzą fundament elektrowni wiatrowej, przy czym ten fundamentowy kontener (7) lub kontenery (7) wpuszcza się do wykopu w ziemi przed zestawieniem elektrowni wiatrowej. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas etapu formowania fundamentu elektrowni wiatrowej - wykonuje się otwory w ścianie bocznej kontenera (7), który ma zostać wkopany - wpuszcza się ten kontener (7) do wykopu w ziemi - przeprowadza się przez te otwory co najmniej jedną rurę albo pręt, jako człony wzmacniające, do ziemi otaczającej wkopany kontener. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że maszt (6) elektrowni wiatrowej wznosi się za pomocą wciągarki linowej napędzanej silnikiem lub ręcznie i wmontowuje się do kontenera albo kontenerów tworzących fundament elektrowni wiatrowej. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że następne kroki w procesie wznoszenia elektrowni wiatrowej to: - w części górnej kontenera, który ma za zadanie utworzenie fundamentu dla elektrowni wiatrowej, wykonuje się otwór przyjmujący, - dolną część masztu (6) przeprowadza się przez otwór przyjmujący, - podstawę masztu unieruchamia się na dnie kontenera za pomocą uchwytów dostarczonych na dno kontenera. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że podczas etapu formowania fundamentu, jeżeli kontener, który ma stanowić fundament elektrowni wiatrowej jest wkopany w ziemię, wkopuje się ten kontener tak, że tylko górna strona kontenera lub górne części kontenera wystają z ziemi. 6. Elektrownia wiatrowa zawierająca wiele części, włączając wirnik, generator, obudowę maszyny i maszt, znamienna tym, że kontener (7), o wymiarach takich, że części elektrowni, które po zmontowaniu stanowią elektrownię wiatrową mogą być w nim umieszczone w podczas transportu

PL 214 870 B1 9 na miejsce budowy elektrowni wiatrowej, jest wpuszczony do wykopu w ziemi mieszcząc w sobie podstawę masztu (6) elektrowni wiatrowej, przy czym kontener (7) stanowi fundament elektrowni wiatrowej. 7. Elektrownia według zastrz. 6, znamienna tym, że kontener (7) ma miejsce do pomieszczenia preinstalowanego transformatora elektrowni wiatrowej, a w kontenerze usytuowane jest również pomieszczenie eksploatacyjne z urządzeniami łącznikowymi, tak że zestawienie urządzeń regulacyjnych elektrowni wiatrowej może być wykonywane w fabryce. 8. Elektrownia według zastrz. 6, znamienna tym, że kontener (7), który tworzy fundament elektrowni wiatrowej i jest wkopany w ziemię zawiera otwory w swych ścianach bocznych, a przez te otwory rury lub pręty jako elementy wzmacniające wprowadzone są w ziemię otaczającą zak o- pany kontener 9. Elektrownia według zastrz. 7, znamienna tym, że rury albo pręty są połączone z kontenerem (7) za pomocą albo spawania, albo skręcania, albo zaciskania. 10. Elektrownia według zastrz. 6 albo 7, albo 8, albo 9, znamienna tym, że do kontenera (7) dostarczone są urządzenia poziomujące, które są dostosowane do przyjęcia masztu (6) i do ustawienia masztu (6) w pozycji pionowej, przy czym urządzenie poziomujące zawiera najniższy segment masztu. 11. Elektrownia według zastrz. 10, znamienna tym, że najniższy segment wieży (6) jest zamocowany w pozycji pionowej albo za pomocą zabetonowania na miejscu wewnątrz kontenera, albo za pomocą przymocowania do członów wzmacniających.

10 PL 214 870 B1 Rysunki

PL 214 870 B1 11

12 PL 214 870 B1

PL 214 870 B1 13

14 PL 214 870 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)