WO2012145777A1 - Wind power plant - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a wind power plant comprising a structure (1), the convexly curved, cylindrical outer wall (2) of which forms a guide wall for at least one wind turbine (3). In order to ensure advantageous inflow conditions, according to the invention the outer wall (2) comprises a guide (6) for the wind turbine (3), said guide at least partially surrounding the structure (1), and said wind turbine being mounted in a sliding carriage (7) that can be moved along the guide (6).

Description

Windkraftanlaqe  Windkraftanlaqe
Technisches Gebiet Technical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage mit einem Bauwerk, dessen konvex gekrümmte, zylindrische Außenwand eine Leitwand für wenigstens eine Windturbine bildet. The invention relates to a wind turbine with a structure whose convex curved, cylindrical outer wall forms a baffle for at least one wind turbine.
Stand der Technik State of the art
Um Windenergie vorteilhaft nützen zu können, ist es bekannt, zwei Bauwerke so auszubilden, dass zwischen ihren einander zugewandten Außenwänden ein Strömungskanal entsteht, in dem über die Höhe des Strömungskanals verteilt axial durchströmte Windturbinen gelagert werden können. Zur günstigen An- strömung sind den einzelnen Windturbinen düsenartige Leiteinrichtungen vorgelagert, die sich zwischen den Kanalwänden erstrecken und denen die Aufgabe zukommt, die sich im Strömungskanal ausbildende Windströmung in möglichst laminare Teilströme zur Beaufschlagung der einzelnen Windturbinen zu unterteilen. Das zur Ausbildung eines Strömungskanals notwendige zweite Bauwerk stellt allerdings eine mit einem erheblichen Aufwand verbundene Forderung dar, die häufig nicht erfüllt werden kann. In order to be able to advantageously use wind energy, it is known to design two structures in such a way that a flow channel is created between their mutually facing outer walls, in which wind turbines axially flowed over the height of the flow channel can be stored. For favorable flow, the individual wind turbines are preceded by nozzle-like guiding devices which extend between the channel walls and which have the task of subdividing the wind flow forming in the flow channel into laminar partial streams for the application of the individual wind turbines. The necessary for the formation of a flow channel second structure, however, represents a requirement associated with a considerable effort, which often can not be met.
Um auf einem für die Errichtung einer Windkraftanlage vorgesehenen Turm nicht nur eine Windturbine vorsehen zu können, ist es bekannt (US 2009/008939 A1 ), eine einen Torus bildenden Turmhelm vorzusehen, in dessen Torusbereich zwei einander diametral gegenüberliegende Windturbinen gelagert sind, sodass der die Windturbine zur Hälfte umschließende Torusbereich eine Windleiteinrichtung bildet. Diese Windturbinen sind um die Torus- achse drehbar auf Schienen verfahrbar gelagert und miteinander zu einer Baueinheit verbunden, die gegenüber der jeweiligen Windrichtung ausgerichtet werden kann. Zur Verbesserung der Anströmung der Windturbinen können mit dem Torusbereich des Turmhelms sich zu einem über den Umfang geschlossenen Strömungskanal ergänzende Leiteinrichtungen vorgesehen werden, die mit den Windturbinen um die Torusachse gedreht werden können, was besondere, aufwendige Baumaßnahmen mit sich bringt. To be able to provide on a provided for the construction of a wind turbine tower not only a wind turbine, it is known (US 2009/008939 A1) to provide a torus forming a torus, in the Torusbereich two diametrically opposite wind turbines are mounted so that the wind turbine half surrounds the Torusbereich forms a wind deflector. These wind turbines are rotatably mounted on rails about the torus axis and connected to one another in a unit which can be aligned with respect to the respective wind direction. To improve the flow of the wind turbines can be provided with the torus of the tower helmet to a closed flow channel over the complementary guide means that can be rotated with the wind turbines to the torus, which brings special, complex construction measures with it.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein einzelnes Bauwerk als Träger für eine Windkraftanlage einsetzen zu können, ohne auf eine vorteilhafte Nutzung der Windenergie verzichten zu müssen. The invention is therefore based on the object to be able to use a single structure as a carrier for a wind turbine without having to forego an advantageous use of wind energy.
Ausgehend von einer Windkraftanlage der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Außenwand eine das Bauwerk zumindest teilweise umschließende Führung für die Windturbine aufweist, die in einem entlang der Führung verfahrbaren Schlitten gelagert ist. Based on a wind turbine of the type described above, the invention solves the problem by the fact that the outer wall has a construction at least partially enclosing guide for the wind turbine, which is mounted in a movable carriage along the guide.
Durch die windbedingte Anströmung stellt sich entlang der Außenwand eines Bauwerks eine Luftströmung ein, die in bezüglich der Anströmrichtung seitlichen Umströmungsbereichen des Bauwerks insbesondere bei einer konvex gekrümmten, zylindrischen Außenwand eine Beschleunigung erfährt, sodass in diesem seitlichen Strömungsbereich die kinetische Energie der Windströmung vorteilhaft genützt werden kann. Um die sich mit einer Winddrehung ändernden Anströmbedingungen für eine im Bereich einer Außenwand angeordneten Windturbine berücksichtigen zu können, kann die Windturbine entlang der hiefür vorgesehenen, das Bauwerk zumindest zum Teil umschließenden Führung verlagert werden, sodass die Windturbine jeweils gegenüber der Hauptwindrichtung ausgerichtet werden kann. Diese Verlagerung der Windturbine entlang der Führung um das Bauwerk erlaubt aber nicht nur eine vorteilhafte Ausnutzung der Windenergie, sondern schafft auch die Möglichkeit, die Windturbine ohne zusätzliche Konstruktionsmaßnahmen gegenüber der Windbeaufschlagung abzuschotten, weil zu diesem Zweck die Windturbine lediglich in den Windschatten des Bauwerks verlagert zu werden braucht. Diese Verlagerung kann mit Hilfe von die Windrichtung und Windstärke erfassenden Sensoren automatisch gesteuert werden. Due to the wind-induced flow adjusts an air flow along the outer wall of a building, which undergoes acceleration in respect to the inflow lateral flow areas of the building in particular at a convex, cylindrical outer wall acceleration, so that in this lateral flow area, the kinetic energy of the wind flow can be advantageously used , In order to be able to take account of the changing with a wind rotation flow conditions for a arranged in the region of an outer wall wind turbine, the wind turbine along the provided therefor, the building at least partially enclosing leadership be shifted so that the wind turbine can be aligned with respect to the main wind direction. This shift of the wind turbine along the guide to the building but not only allows an advantageous use of wind energy, but also creates the ability to foreclose the wind turbine without additional design measures against the wind, because for this purpose, the wind turbine relocated only in the lee of the building will need. This displacement can be controlled automatically with the help of wind direction and wind force sensing sensors.
Der zum Verfahren der Windturbine entlang der vorgesehenen Führung eingesetzte Schlitten kann einen Strömungskanal für die Windturbine bilden, sodass die Anströmbedingungen für die Windturbine zusätzlich verbessert werden können. The slide used for moving the wind turbine along the intended guide can form a flow channel for the wind turbine, so that the flow conditions for the wind turbine can be further improved.
Obwohl grundsätzlich auch Windturbinen mit einem Turbinenrotor eingesetzt werden können, dessen Achse quer zur Anströmrichtung verläuft, ergeben sich besonders einfache Konstruktionsverhältnisse, wenn die axial durchströmte Windturbine einen tangential zur Führung ausgerichteten Turbinenrotor aufweist und in einem entlang der Führung verfahrbaren Schlitten gelagert ist, sodass der Turbinenrotor stets axial angeströmt werden kann. Beim Einsatz von radial durchströmten Windturbinen verläuft die Achse des Turbinenrotors vorzugsweise vertikal, sodass der Turbinenrotor parallel zur Außenwand des Bauwerks ausgerichtet ist. Although in principle wind turbines can be used with a turbine rotor whose axis is transverse to the direction of flow, particularly simple design conditions arise when the axially flowed wind turbine has a tangentially oriented for guiding turbine rotor and is mounted in a movable along the guide slide, so that the turbine rotor can always be flowed axially. When using radially through-flow wind turbines, the axis of the turbine rotor is preferably vertical, so that the turbine rotor is aligned parallel to the outer wall of the building.
Da sich bezüglich der jeweiligen Windrichtung bei einem frei stehenden Bauwerk zwei einander gegenüberliegende, seitliche Umfangsbereiche mit zumindest ähnlichen Strömungsverhältnissen ergeben, können diese seitlichen Um- fangsströmungen durch je eine Windturbine genützt werden, die entlang einer gemeinsamen Führung verlagert werden können. Bei Bauwerken mit einem runden Grundriss liegen unabhängig von der jeweiligen Windrichtung stets symmetrische Strömungsbedingungen vor. Außerdem ergeben sich einfache Führungsvoraussetzungen für die Windturbinen, weil eben hinsichtlich der Konstruktionsmaßnahmen einfache rotationssymmetrische Verhältnisse vorliegen. Since, with respect to the respective wind direction, in a freestanding structure two opposite, lateral peripheral regions with at least similar flow conditions result, these lateral circumferential flows can be utilized by one wind turbine each, which can be displaced along a common guide. Structures with a circular floor plan always have symmetrical flow conditions regardless of the wind direction. In addition, simple results Guide requirements for the wind turbines, because just in terms of design measures simple rotationally symmetric conditions exist.
Die beim Anströmen eines Bauwerks zur Verfügung stehende Windenergie kann zusätzlich dadurch genutzt werden, dass wenigstens zwei der Höhe nach übereinander angeordnete Windturbinen vorgesehen sind. Diese Windturbinen sind bevorzugt gemeinsam in Umfangsrichtung des Bauwerks zu verlagern, weil ja für sie in Bezug auf die Strömungsverteilung über den Umfang des Bauwerks vergleichbare Strömungsbedingungen vorausgesetzt werden können. Allerdings ist die Zunahme der Windgeschwindigkeit der Höhe nach zu berücksichtigen, sodass unter Umständen die den übereinander angeordneten Windturbinen zugehörigen Leiteinrichtungen unterschiedlich angesteuert werden müssen, um eine jeweils günstige Turbinenbeaufschlagung gewährleisten zu können. The wind energy available when approaching a building can additionally be utilized by providing at least two wind turbines arranged one above the other in height. These wind turbines are preferably to be relocated together in the circumferential direction of the structure, because comparable flow conditions can be assumed for them with regard to the flow distribution over the circumference of the structure. However, the increase in the wind speed of the height is to be considered, so that under certain circumstances, the superposed wind turbines associated control devices must be controlled differently in order to ensure each favorable Turbinenbeaufschlagung can.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen In the drawing, the subject invention is shown, for example. Show it
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Windkraftanlage in einer schematischen Draufsicht,  1 shows a wind turbine according to the invention in a schematic plan view,
Fig. 2 diese Windkraftanlage in einer Ansicht in Anströmrichtung,  2 shows this wind turbine in a view in the direction of flow,
Fig. 3 die Lagerung des eine Windturbine aufnehmenden Schlittens auf der das Bauwerk umschließenden Führung in einer schematischen Ansicht in Richtung der Führung in einem größeren Maßstab,  3 shows the mounting of the carriage receiving a wind turbine on the guide surrounding the building in a schematic view in the direction of the guide on a larger scale,
Fig. 4 eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage in einem schematischen Längsschnitt durch die Achse des Turbinenrotors, Fig. 5 die Windkraftanlage nach der Fig. 4 in einer Ansicht in Anströmrichtung und Fig. 4 shows a variant of a wind turbine according to the invention in a schematic longitudinal section through the axis of the turbine rotor, Fig. 5, the wind turbine of FIG. 4 in a view in the direction of flow and
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie Vl-Vl der Fig. 5. Weg zur Ausführung der Erfindung 6 is a section along the line Vl-Vl of Fig. 5th Way to carry out the invention
Die Windkraftanlage gemäß den Fig. 1 und 2 umfasst ein Bauwerk 1 , dessen zylindrische Außenwand 2 eine Leitwand für wenigstens eine Windturbine 3 bildet. Diese axial durchströmte Windturbine 3 weist einen auf einem Träger 4 gelagerten Turbinenrotor 5 auf und kann entlang einer das Bauwerk 1 zumindest teilweise umschließenden Führung 6 verlagert werden. Zu diesem Zweck ist der Träger 4 als Teil eines Schlittens 7 ausgebildet, der entlang von parallelen Führungsschienen 8 der Führung 6 verfahren werden kann, wie dies in der Fig. 3 näher dargestellt ist. Die Gewichtsabtragung des Schlittens 7 mit der Windturbine 3 erfolgt über Laufräder 9, während das Gewichtsmoment über Führungsrollen 10 auf die Führungsschienen 8 abgetragen wird. Zum Verfahren des Schlittens 4 entlang der Führung 6 ist eine der Führungsschienen 8 mit einem Zahnkranz 1 1 versehen, in den ein aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestelltes Antriebsritzel eingreift, dessen Antriebsmotor in Abhängigkeit von der jeweiligen Windrichtung angesteuert werden kann. The wind power plant according to FIGS. 1 and 2 comprises a building 1 whose cylindrical outer wall 2 forms a guide wall for at least one wind turbine 3. This wind turbine 3, which has an axial flow, has a turbine rotor 5 mounted on a carrier 4 and can be displaced along a guide 6 which surrounds the structure 1 at least partially. For this purpose, the carrier 4 is formed as part of a carriage 7, which can be moved along parallel guide rails 8 of the guide 6, as shown in detail in FIG. The weight removal of the carriage 7 with the wind turbine 3 via wheels 9, while the weight moment is removed via guide rollers 10 on the guide rails 8. For moving the carriage 4 along the guide 6, one of the guide rails 8 is provided with a toothed rim 1 1, into which a drive pinion, not shown for reasons of clarity, engages, the drive motor of which can be controlled as a function of the respective wind direction.
Wie sich aus der Fig. 1 unmittelbar entnehmen lässt, wird das Bauwerk 1 aufgrund einer Windbeaufschlagung umströmt, wie dies die Strömungspfeile andeuten. Diese Umströmung des Bauwerks 1 entlang der für diese Windströmungen eine Leitwand bildenden Außenwand 2 bedingt hinsichtlich der Anströmrichtung im Tangentialbereich der zylindrischen Außenwand 2 eine Beschleunigung der Strömung, die durch die Windturbine 3 vorteilhaft zur Energiegewinnung genützt werden kann, weil die Windturbine 3 über den Schlitten 7 jeweils in die für die Beaufschlagung des Turbinenrotors 5 günstigsten Strömungsbereiche verlagert werden kann. Aus der in Fig. 1 in vollen Linien dargestellten Betriebsstellung kann die Windturbine 3 aber auch in den der Anströmrichtung gegenüberliegenden Bereich des Windschattens verfahren werden, um die Windturbine 3 außer Betrieb zu setzen. In der Fig. 1 ist eine weitere Windturbine 3a angedeutet, die für die gegenüberliegende Umfangsseite des Bauwerks 1 vorgesehen ist, um die sich entlang des Bauwerks 1 teilende Windströmung auf beiden Umfangsseiten der Außenwand 2 nützen zu können. Wegen der sich ergebenden Anströmrichtung für die Windturbine 3a ist der Träger 4 für den Turbinenrotor 5 auf der im Vergleich zur Windturbine 3 gegenüberliegenden Seite vorgesehen. As can be seen immediately from Fig. 1, the building 1 is flowed around due to a wind, as indicated by the flow arrows. This flow around the structure 1 along the outer wall 2 forming a guide wall for these wind flows requires an acceleration of the flow in the tangential area of the cylindrical outer wall 2, which can advantageously be utilized by the wind turbine 3 to generate energy, because the wind turbine 3 is moved over the carriage 7 can be displaced in each case in the most favorable for the application of the turbine rotor 5 flow areas. From the operating position shown in full lines in Fig. 1, the wind turbine 3 but also in the opposite direction of the flow direction of the wind shadow are moved to put the wind turbine 3 out of operation. In Fig. 1, a further wind turbine 3a is indicated, which is provided for the opposite peripheral side of the structure 1 in order to be able to use the wind flow dividing along the structure 1 on both circumferential sides of the outer wall 2. Because of the resulting direction of flow for the wind turbine 3a, the support 4 for the turbine rotor 5 is provided on the opposite side to the wind turbine 3.
Um die Windströmung um das Bauwerk 1 weitgehend zu nützen, können zwei oder mehrere Windturbinen 3 der Höhe übereinander angeordnet werden, wie dies der Fig. 2 entnommen werden kann. Da diese Windturbinen 3 im Allgemeinen gemeinsam zum Einsatz kommen, empfiehlt es sich, diese Windturbinen 3 auch gemeinsam entlang ihrer Führungen 6 zu bewegen. Zu diesem Zweck sind die Schlitten 7 für die übereinander angeordneten Windturbinen 3 über ein Gestänge 12 miteinander antriebsverbunden. In order to largely utilize the wind flow around the structure 1, two or more wind turbines 3 of height can be arranged one above the other, as can be seen from FIG. Since these wind turbines 3 are generally used together, it is recommended that these wind turbines 3 also move together along their guides 6. For this purpose, the carriage 7 for the stacked wind turbines 3 via a linkage 12 are drivingly connected to each other.
Die Ausführungsform einer Windkraftanlage gemäß den Fig. 4 bis 6 unterscheidet sich von der nach den Fig. 1 und 2 vor allem dadurch, dass zur Verbesserung der Anströmverhältnisse der Windturbinen 3 die die Windturbinen 3 aufnehmenden Schlitten 7 einen Strömungskanal 13 bilden, der sich im Anströmbereich der jeweiligen Windturbine 3 düsenartig verjüngt und im Abströmbereich wieder diffuserartig erweitert, sodass die Schlitten 7 für die Windturbinen 3 Leiteinrichtungen darstellen. Wie den Fig. 5 und 6 entnommen werden kann, ist auch in diesem Fall die Anordnung mehrerer Windturbinen 3 übereinander möglich, wobei die die einzelnen Windturbinen 3 aufnehmenden Schlitten 7 jeweils eine Windleiteinrichtung für die zugehörige Windturbine 3 darstellen, sodass die das Bauwerk 1 umströmende Windströmung in einzelne Teilströme zur Beaufschlagung der Windturbinen 3 aufgeteilt wird. The embodiment of a wind turbine according to FIGS. 4 to 6 differs from that according to FIGS. 1 and 2 in particular in that to improve the flow conditions of the wind turbines 3, the wind turbines 3 receiving slide 7 form a flow channel 13, located in the inflow the respective wind turbine 3 nozzle-like rejuvenated and expanded diffuser-like again in the outflow, so that the carriage 7 for the wind turbines 3 represent guiding devices. As can be seen in FIGS. 5 and 6, the arrangement of several wind turbines 3 is possible one above the other in this case, wherein the individual wind turbines 3 receiving carriage 7 each represent a Windleiteinrichtung for the associated wind turbine 3, so that the building 1 flowing around wind flow is divided into individual partial streams for acting on the wind turbines 3.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1 . Windkraftanlage mit einem Bauwerk (1 ), dessen konvex gekrümmte, zylindrische Außenwand (2) eine Leitwand für wenigstens eine Windturbine (3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (2) eine das Bauwerk (1 ) zumindest teilweise umschließende Führung (6) für die Windturbine (3) aufweist, die in einem entlang der Führung (6) verfahrbaren Schlitten (7) gelagert ist. 1 . Wind power plant with a construction (1), the convexly curved, cylindrical outer wall (2) of which forms a guide wall for at least one wind turbine (3), characterized in that the outer wall (2) comprises a guide (6) at least partially enclosing the building (1) for the wind turbine (3) which is mounted in a carriage (7) movable along the guide (6).
2. Windkraftanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (7) einen Strömungskanal (13) für die Windturbine (3) bildet. 2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the carriage (7) forms a flow channel (13) for the wind turbine (3).
3. Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Höhe nach übereinander angeordnete Windturbinen (3) vorgesehen sind. 3. Wind power plant according to claim 2, characterized in that at least two of the height after one another arranged wind turbines (3) are provided.
4. Windkraftanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinander angeordneten Windturbinen (3) gemeinsam in Umfangsrichtung des Bauwerks (1 ) verlagerbar sind. 4. Wind turbine according to claim 3, characterized in that the stacked wind turbines (3) together in the circumferential direction of the structure (1) are displaceable.
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