PL216196B1 - Instalacja wiatrowa - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy instalacji wiatrowej z wieżą zbudowaną z kilku segmentów, z generatorem do wytwarzania energii elektrycznej umieszczonym w rejonie wierzchołka wieży, z modułem energetycznym i ze środkami przenoszenia wytworzonego prądu z wierzchołka wieży.

W znanych instalacjach wiatrowych moduł energetyczny instalacji wiatrowej, który zawiera zespoły elektryczne, takie jak transformatory, szafki obsługi, ewentualnie prostowniki, obwody średniego napięcia, urządzenia rozdzielania niskiego napięcia itd., jest umieszczony poniżej poziomu generatora i często w rejonie podstawy wieży instalacji wiatrowej. Dla wszystkich lub niektórych z tych części składowych przewidziany jest na zewnątrz instalacji wiatrowej oddzielny, zwykle niewielki budynek.

W celu przesyłania energii elektrycznej generowanej przez generator, który jest umieszczony w gondoli w rejonie wierzchołka wieży, do modułu energetycznego stosowane są środki przenoszenia prądu, które biegną w większości wewnątrz wieży i mają postać kabli. Kable te są zamontowane w wieży po jej wzniesieniu. Jest to proces kosztowny, ponieważ kable trzeba instalować w oddzielnej procedurze na całej wysokości wieży. Ponadto procedura ta jest zależna od tego, czy wieża jest już wzniesiona.

Według opisu patentowego PL WO 03036084 A1 (opartego na dokumencie pierwszeństwa DE 10152557 C1, polski analog PL 206330 B1) elektrownia wiatrowa, posiada wieżę utworzoną z kilku segmentów, generator umieszczony w rejonie wierzchołka wieży, moduł energetyczny umieszczony w rejonie podstawy wieży i środki przenoszenia prądu do przewodzenia wytworzonego prądu z wierzchołka wieży, które są wstępnie zamontowane w postaci segmentowej w segmentach wieży. Segmenty środków przenoszenia prądu są zatem prefabrykowane i korzystnie montowane na segmentach wieży przed wznoszeniem wieży z oddzielnych jej segmentów.

Jednakże umieszczenie modułu energetycznego (w całości) w rejonie podstawy wieży nie jest bezwzględnie konieczne. W zasadzie do pomyślenia są również inne położenia. Środki przenoszenia prądu muszą zatem zasadniczo nadawać się do przenoszenia prądu generowanego i ewentualnie wstępnie przetworzonego w rejonie wierzchołka wieży na pewną odległość od tego wierzchołka.

Przedmiotowy wynalazek wynikł z potrzeby opracowania instalacji wiatrowej, którą można zbudować łatwiej i przez to taniej i szybciej, a moduł energetyczny nie musi być przy tym bezwzględnie usytuowany w rejonie podstawy wieży.

Problem ten rozwiązano według wynalazku w ten sposób, że moduł energetyczny jest umieszczony przynajmniej częściowo w rejonie wierzchołka wieży i/lub w pewnej odległości od podstawy wieży.

Według wynalazku, instalacja wiatrowa z wieżą zbudowaną z kilku segmentów wieży, z generatorem umieszczonym w rejonie wierzchołka wieży, który to generator umieszczony jest wewnątrz gondoli elektrowni wiatrowej z modułem energetycznym zawierającym pierwszy zespół modułu energetycznego oraz ze środkami przenoszenia prądu, przeznaczonymi do przesyłania wytworzonego prądu z wierzchołka wieży, przy czym środki przenoszenia prądu są wstępnie zamontowane segmentowo w segmentach wieży charakteryzuje się tym, że pierwszy zespół modułu energetycznego jest umieszczony w gondoli i jest połączony bezpośrednio do generatora za pomocą kabli.

Środki przenoszenia prądu są korzystnie przymocowane do segmentu wieży za pomocą elementów mocujących. Środki przenoszenia prądu są korzystnie zabezpieczone przed dotknięciem przez osłonę, zwłaszcza wykonaną z blachy. Segmenty środków przenoszenia prądu są w stanie zmontowanym sztywno dołączone do przyporządkowanego segmentu wieży tylko w jednym rejonie, korzystnie w najwyższym rejonie. Środki przenoszenia prądu korzystnie są wykonane jako kable. W innym wykonaniu środki przenoszenia prądu są wykonane jako szyny zbiorcze. Do omijania części wystających na zewnątrz z wewnętrznej ściany wieży i/lub do łączenia segmentów szyn zbiorczych korzystnie zastosowane są giętkie pręty łączące.

Korzystnie jest, gdy pierwszy zespół modułu energetycznego jest dostosowany do początkowego przetwarzania generowanej mocy przez generator, w szczególności początkowej zamiany wartości napięcia na inny zakres. Moduł energetyczny zawiera korzystnie drugi zespół modułu energetycznego zaadaptowany do dalszego przetwarzania generowanej mocy i jest umieszczony poniżej gondoli. Środki przenoszenia prądu są korzystnie przeznaczone do przesyłania energii z pierwszego zespołu modułu energetycznego do drugiego zespołu modułu energetycznego.

Najkorzystniej jest, gdy drugi zespół modułu energetycznego jest usytuowany w rejonie podstawy wieży albo pionowo pod wieżą na fundamencie.

PL 216 196 B1

Segmenty środków przenoszenia prądu są wstępnie wykończone i korzystnie mocowane do segmentów wieży przed wzniesieniem wieży z oddzielnych segmentów wieży. Nie trzeba zatem już przeciągać kabli przez wieżę w skomplikowanym procesie po wzniesieniu wieży. Dzięki środkom według wynalazku całkowity czas budowy instalacji wiatrowej można skrócić, a koszty budowy zmniejszyć bez konieczności borykania się z trudnościami technicznymi.

Aby uniknąć umieszczania modułu energetycznego w rejonie podstawy wieży, proponuje się umieszczenie modułu energetycznego przynajmniej częściowo w rejonie wierzchołka wieży i/lub w pewnej odległości od podstawy wieży. Korzystnie moduł energetyczny jest montowany, częściowo lub całkowicie, wewnątrz lub na zewnątrz gondoli. Natomiast w systemach morskich instalacji wiatrowych, moduł energetyczny jest umieszczony, częściowo lub całkowicie, na lądzie, na przykład na najbliższym obszarze stałego lądu lub na pobliskiej wyspie z połączeniem instalacji wiatrowej z modułem energetycznym za pomocą kabli podwodnych.

W innej korzystnej konstrukcji moduł energetyczny ma co najmniej dwa zespoły, z których jeden jest umieszczony w rejonie wierzchołka wieży, a drugi poniżej gondoli, a zatem w rejonie podstawy wieży lub w pewnej odległości od podstawy wieży. Środki przenoszenia prądu są wtedy przeznaczone zasadniczo do łączenia ze sobą dwóch zespołów modułu energetycznego.

Korzystnie segmenty środków przenoszenia prądu są, w stanie zmontowanym, sztywno połączone ze skojarzonym segmentem wieży tylko w jednym rejonie, korzystnie w najwyższym rejonie. Takie mocowanie segmentu wieży przeprowadzane jest korzystnie przed wzniesieniem wieży, tak że segmenty wieży, łącznie z przymocowanymi segmentami środków przenoszenia prądu, są wstępnie wykończone. Ponieważ segment środków przenoszenia prądu jest mocowany sztywno do wieży tylko w jednym punkcie, jest on zawieszony ściśle, ale porusza się w pewnych granicach na ścianie wewnętrznej segmentu wieży i przez to może również być ustawiany w celu tworzenia możliwie dobrego i łatwego połączenia z następnymi segmentami środków przenoszenia prądu następnego segmentu wieży.

Dodatkowe mocowanie segmentów środków przenoszenia prądu w segmencie wieży może być realizowane przy użyciu dodatkowym elementów mocujących umieszczonych na wewnętrznej ścianie wieży, z którymi segmenty środków przenoszenia prądu są sztywno łączone przed i po wznoszeniu wieży w celu możliwie dobrego ich mocowania.

Jeżeli środki przenoszenia prądu są wykonane jako kable, aby ominąć kołnierze lub części odstające od ściany wewnętrznej wieży, długości odcinków kabli mogą być zwymiarowane w segmentach wieży tak, że możliwe jest bezproblemowe omijanie tych obszarów.

Przy stosowaniu szyn zbiorczych jako środków przenoszenia prądu korzystnie przewidziane są giętkie szyny łączące do omijania części odstających od wewnętrznej ściany wieży i/lub do łączenia segmentów szyn zbiorczych. Są one używane po wzniesieniu wieży do łączenia segmentów szyn zbiorczych, jeżeli nie sięgają one do siebie bezpośrednio lub jeśli trzeba omijać szczeliny lub inne przeszkody pomiędzy segmentami szyn zbiorczych, na przykład kołnierz na segmencie prętowym wieży.

Aby z jednej strony chronić personel obsługi przed zetknięciem z szynami zbiorczymi podczas wspinania się we wnętrzu wieży i zapewnić izolację elektryczną, a z drugiej strony chronić środki przenoszenia prądu przed uszkodzeniem, w innej konstrukcji zastosowano osłonę, zwłaszcza z blachy, która jest sztywno przymocowana na przykład do wewnętrznej ściany wieży i zabezpiecza całkowicie przed dotknięciem środków przenoszenia prądu. Ta osłona może być również podzielona na oddzielne segmenty, które są uprzednio przymocowane do segmentów wieży, podobnie jak segmenty środków przenoszenia prądu. Konstrukcja taka skraca ponadto czas budowy i upraszcza budowę instalacji wiatrowej.

Wynalazek jest dokładniej objaśniony poniżej w przykładach wykonania na podstawie rysunków, które przedstawiają:

fig. 1 - instalację wiatrową, fig. 2 - przekrój takiej instalacji wiatrowej z dwoma segmentami wieży, fig. 3 - widok perspektywiczny szyn zbiorczych zastosowanych według wynalazku, fig. 4 - pierwszą instalację wiatrową według wynalazku, fig. 5 - drugą instalację wiatrową według wynalazku, fig. 6 - trzecią instalację wiatrową według wynalazku.

Instalacja wiatrowa 1 przedstawiona schematycznie na fig. 1 i opisana w patencie niemieckim nr 10 152 557 ma wieżę 2 z fundamentem 3, gondolę 4 wspartą tak, że może się obracać ona w rejonie

PL 216 196 B1 wierzchołka wieży, jak również moduł energetyczny 7 usytuowany w rejonie podstawy wieży, na przykład w niewielkim oddzielnym budynku. W gondoli 4 usytuowany jest wirnik wsparty tak, że może obracać się wokół poziomej osi wraz z kilkoma łopatami 5 wirnika, jak również elektryczny generator 6.

Wirnik jest wprawiany w ruch obrotowy przez siłę wiatru działającą na łopaty 5 wirnika i napędza generator 6 w celu wytwarzania energii elektrycznej.

Do przenoszenia energii wytworzonej przez generator 6 do modułu energetycznego 7, który ma wiele zespołów elektrycznych, takich jak transformator lub opcjonalnie prostownik, do dalszego przetwarzania energii elektrycznej przed doprowadzeniem jej do sieci energetycznej lub podaniem na obciążenie, według wynalazku zastosowano szyny zbiorcze, korzystnie dwie szyny zbiorcze, przymocowane do ściany za pomocą mocujących elementów 10 we wnętrzu 8 wieży 2. Są one przewodzące elektrycznie i są dołączone elektrycznie do modułu energetycznego 7 za pomocą kabla 11 do generatora, jak również za pomocą łączącego przewodu 12, który korzystnie poprowadzony jest przez fundament 3 i przez ziemię.

Zbiorcze szyny 9 są sztywne i korzystnie obejmują indywidualne segmenty szyn zbiorczych, jak to pokazano bardziej szczegółowo na przykład na fig. 2. Pokazano tam dwa segmenty 21, 22 wieży, z których korzystnie zbudowana jest wieża 2. Takie segmenty 21, 22 wieży mogą być wykonane przykładowo ze stali lub też z betonu.

Te segmenty 21, 22 wieży są prefabrykowane i łączone z wieżą na miejscu budowy instalacji wiatrowej. Aby skrócić czas wznoszenia jeszcze bardziej i uprościć pracę, a przez to również zmniejszyć koszty całej instalacji wiatrowej, segmenty 91, 92 szyn zbiorczych są przymocowane sztywno do odpowiednich miejsc pojedynczych segmentów 21, 22 wieży, tuż przed wznoszeniem wieży 2. Korzystnie mocowanie segmentów 91, 92 szyn zbiorczych przeprowadzane jest tylko w górnej części danego segmentu 21, 22 wieży za pomocą mocującego elementu 10, podczas gdy pozostała część segmentów 91, 92 szyn zbiorczych jest nadal ruchoma w pewnych granicach w celu uproszczenia łączenia następnych segmentów szyn zbiorczych. Dzięki takiej konstrukcji można również kompensować względne przemieszczenia pomiędzy wieżą 2 a szynami zbiorczymi 91, 92, na przykład na skutek różnic współczynnika rozszerzalności cieplnej. Można jednak również przewidzieć stosowanie dodatkowych mocujących elementów 14, które prowadzą segmenty 91, 92 szyn zbiorczych na całej ich długości. W tym celu przekrój otworu na segmenty 91, 92 szyn zbiorczych może mieć większy wymiar w mocujących elementach 14 niż przekrój samych segmentów 91, 92 szyn zbiorczych. W ten sposób umożliwiany jest względny ruch segmentów 91, 92 szyn zbiorczych w mocujących elementach 14, a równocześnie szyny zbiorcze 91,92 są prowadzone i ich ruchy są ograniczane.

Aby łączyć segmenty 91, 92 szyn zbiorczych elektrycznie i omijać ewentualne części wystające do wnętrza, na przykład kołnierze 211, 212 przy dolnej i górnej krawędzi segmentów 21, 22 wieży, zastosowano izolowane, giętkie łączące pręty 13, których kształt może być zmieniany ręcznie przy mocowaniu do dwóch segmentów 91, 92 szyn zbiorczych. Te pręty łączące 13 mogą kompensować rozszerzanie się materiału na przykład na skutek wahań temperatury.

Na fig. 3 przedstawiono dwa równoległe segmenty szyn zbiorczych 911,912 w widoku perspektywicznym. Są one przykręcone ściśle do mocującego urządzenia 14 śrubami 15. Mogą być tu przewidziane środki do izolowania segmentów szyn zbiorczych 911, 912 od mocujących urządzeń 14. Alternatywnie mocujące urządzenia 14 mogą być oczywiście same wykonane z izolującego materiału. Samo urządzenie mocujące 14 jest przykręcone ściśle do wewnętrznej ściany segmentu wieży.

Aby zabezpieczyć segmenty szyn zbiorczych 911, 912 przed dotknięciem podczas działania instalacji wiatrowej, zastosowano również ochronną osłonę 16 z blachy, która może być montowana już w poszczególnych segmentach wieży podobnie jak segmenty szyn zbiorczych 911, 912 przed wznoszeniem wieży 2. Za pomocą prowadzącego drążka 17, który może być wykonany przykładowo ze sztywnej gumy, osłona 16 jest nie tylko mocowana, ale również izolowana od segmentu wieży. Jednakże do mocowania ochronnej osłony 16 można również stosować inne środki, których tu nie pokazano.

Ponadto wewnątrz i/lub na tych ochronnych osłonach 16, wykonanych jako ochronne osłony, mogą być mocowane inne urządzenia, takie jak gniazdka, lampy itd., tak że można je również mont ować wstępnie w prosty sposób. Ponadto wbudowanie tych urządzeń w ochronną osłonę 16 uniemożliwia odsłonięty montaż na wewnętrznej ścianie wieży, a przez to zmniejsza ryzyko uszkodzenia, na przykład na skutek spadania przedmiotów podczas lub po wzniesieniu wieży.

Figura 4 przedstawia pierwszą konstrukcję instalacji wiatrowej według wynalazku. Moduł energetyczny 7 jest tu korzystnie umieszczony wewnątrz gondoli 4 i jest dołączony bezpośrednio do

PL 216 196 B1 generatora 6 kablami 18. Po przetworzeniu wytworzonego prądu elektrycznego w module energetycznym 7 prąd ten jest przesyłany innym kablem 19 do zbiorczych szyn 9, które przebiegają przez wieżę do podstawy wieży, skąd energia elektryczna jest wyprowadzana na zewnątrz linią łączącą 12 na przykład do podstacji 40, która może być usytuowana w pobliżu lub daleko od instalacji wiatrowej. Alternatywne położenie modułu energetycznego 7', oznaczone liniami przerywanymi, może również być mocowane do gondoli 4 na zewnątrz. Kable łączące z generatora 6 do modułu energetycznego T_, jak również z tego modułu do szyn zbiorczych 9, są pozostawione odsłonięte dla przejrzystości.

Figura 5 przedstawia inną konstrukcję instalacji wiatrowej według wynalazku. Moduł energetyczny zawiera tu co najmniej dwa zespoły modułu energetycznego. Pierwszy zespół 71 modułu energetycznego jest z kolei umieszczony w gondoli 4 i przeprowadza początkowe przetwarzanie wytworzonej energii elektrycznej, na przykład początkowe przetworzenie do innego zakresu napięcia. Dalsze przetwarzanie wytworzonej energii elektrycznej jest następnie przeprowadzane w drugim zespole 72 modułu energetycznego, który jest umieszczony poniżej gondoli 4, na przykład, jak pokazano, w rejonie podstawy wieży. Jednakże ten drugi zespół 72 modułu energetycznego może być umieszczony pionowo pod wieżą 2 na fundamencie 3, albo z dala od podstawy wieży. Podobnie pierwszy zespół 71 modułu energetycznego może być oczywiście umieszczony na zewnątrz na gondoli 4, jak pokazano na fig. 4.

Figura 6 przedstawia konstrukcję instalacji wiatrowej według wynalazku, która jest wykonana jako tak zwana morska elektrownia wiatrowa. Taka instalacja wiatrowa 1 jest tu ustawiona na innym fundamencie 3' umocowanym na dnie 25 morza. W takiej morskiej instalacji wiatrowej moduł energetyczny może być również umieszczony w rejonie wierzchołka wieży lub wewnątrz wieży w rejonie wierzchołka wieży. Jednakże korzystnie moduł energetyczny 7 jest umieszczony na lądzie 30, a energia elektryczna odprowadzana z wierzchołka wieży za pomocą zbiorczych szyn 9 jest przesyłana podwodnymi kablami 12' do modułu energetycznego 7. Ma to tę zaletę, że moduł energetyczny 7 nie wymaga dodatkowej ochrony przed szkodliwym oddziaływaniem wody morskiej, a konserwacja modułu energetycznego 7 jest znacznie prostsza.

Claims (11)

1.Instalacja wiatrowa z wieżą zbudowaną z kilku segmentów wieży, z generatorem przeznaczonym do generowania prądu w rejonie wierzchołka wieży, który to generator umieszczony jest wewnątrz gondoli elektrowni wiatrowej z modułem energetycznym zawierającym pierwszy zespół modułu energetycznego oraz ze środkami przenoszenia prądu, przeznaczonymi do przesyłania wytworzonego prądu z wierzchołka wieży, przy czym środki przenoszenia prądu są wstępnie zamontowane segmentowo w segmentach wieży, znamienna tym, że pierwszy zespół (71) modułu energetycznego jest umieszczony w gondoli i jest połączony bezpośrednio do generatora za pomocą kabli (18).

2. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1, znamienna tym, że środki przenoszenia prądu są przymocowane do segmentu (21,22) wieży (2) za pomocą elementów mocujących (14).

3. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1, znamienna tym, że środki przenoszenia prądu są zabezpieczone przed dotknięciem przez osłonę (16), zwłaszcza wykonaną z blachy.

4. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1, znamienna tym, że segmenty (91, 92) środków przenoszenia prądu są sztywno dołączone w stanie zmontowanym do przyporządkowanego segmentu (21, 22) wieży (2) tylko w jednym rejonie, korzystnie w najwyższym rejonie.

5. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienna tym, że środki przenoszenia prądu są wykonane jako kable.

6. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienna tym, że środki przenoszenia prądu są wykonane jako szyny zbiorcze (911,912).

7. Instalacja wiatrowa według zastrz. 6, znamienna tym, że do omijania części wystających na zewnątrz z wewnętrznej ściany wieży i/lub do łączenia segmentów szyn zbiorczych zastosowane są giętkie pręty łączące (13).

8. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1, znamienna tym, że pierwszy zespół (71) modułu energetycznego jest dostosowany do początkowego przetwarzania generowanej mocy przez generator (6), w szczególności początkowej zamiany wartości napięcia na inny zakres.

PL 216 196 B1

9. Instalacja wiatrowa według zastrz. 8, znamienna tym, że moduł energetyczny (7) zawiera drugi zespół (72) modułu energetycznego zaadaptowany do dalszego przetwarzania generowanej mocy i jest umieszczony poniżej gondoli (4).

10. Instalacja wiatrowa według zastrz. 1, znamienna tym, że moduł energetyczny posiada pierwszy zespół (71) modułu energetycznego i drugi zespół (72) modułu energetycznego, przy czym drugi zespół (72) modułu energetycznego jest umieszczony poniżej gondoli (4), a ponadto środki przenoszenia prądu są przeznaczone do przesyłania energii z pierwszego zespołu (71) modułu energetycznego do drugiego zespołu (72) modułu energetycznego.

11. Instalacja wiatrowa według zastrz. 9 albo 10, znamienna tym, że drugi zespół (72) modułu energetycznego jest usytuowany w rejonie podstawy wieży albo pionowo pod wieżą (2) na fundamen-