DE102004001573A1

DE102004001573A1 - Vertikalachse-Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102004001573A1
Application number: DE102004001573A
Authority: DE
Inventors: Alexander Prikot
Original assignee: Prikot Alexander Dipl-Ing
Current assignee: Prikot Alexander Dipl-Ing
Priority date: 2003-03-08
Filing date: 2004-01-10
Publication date: 2005-08-04

Abstract

Die vorgeschlagene Erfindung bezieht sich auf die Nutzung der Windenergie und insbesondere auf die Vertikalachsen-Windkraftanlagen. DOLLAR A Im Vergleich zu bekannten Vertikalachsen- und Horizontalachsen-Windkraftanlagen weisen Windkraftanlagen nach dieser Erfindung bessere Windanpassungs-Fähigkeiten und Flexibilität einer dezentralisierten Kreisstruktur auf. Die erwähnte Flexibilität gibt Voraussetzungen für den Einbau eines massiven Windenergie-Speicher-Puffers, der den Überschuss der Windenergie zeitbedingt speichert und die Nutzung des Sturmwindes ermöglicht. Dabei dämpfen die Rotorblätter die Sturmwindböen. Diese Windkraftanlagen geben auch gute Möglichkeiten für die Nutzung eines schwachen Windes. DOLLAR A Nach der vorgeschlagenen Erfindung weist jeder Rotorblätter-Träger (11), der in diesem Fall einem Makrogitter (11) gleicht, Zellen (61) auf, von denen jede mindestens ein installiertes Rotorblatt (1,1K) aufweist, das in den Skelettteil, der hier Rotorblattgitter (43) genannt ist, und den Bezugsteil, der hier Rotorblattsegel (67) genannt ist, geteilt ist. Das Rotorblattsegel ist direkt oder mit einem Scharnier auf einem Querbalken des Rotorblattgitters oder auf dem Makrogitter neben der Rotorblattgitter-Wurzel befestigt. Das Rotorblattsegel ist leicht genug, um unter dem Druck des Windes leicht aufzusteigen. Während jeder zweiten Halbperiode der Rotation drück der Wind mit dem Rotorblattsegel an das Rotorblattgitter und erzeugt den Zug. Das einseitig befestigte ...

Description

Die vorgeschlagene Erfindung bezieht sich auf die Nutzung der Windenergie und insbesondere auf die Vertikalachsen-Windkraftanlagen d.h. Windkraftanlagen mit vertikalen Rotorachsen (e. vertical axis wind turbine).

Diese Erfindung stellt eine weitere Entwicklung der Erfindung desselben Autors nach dem Aktenzeichen 103 10 227.2 dar und man kann sie als Ergänzungserfindung betrachten. Dabei sind Flexibilität der Konstruktions-Struktur, aerodynamische Eigenschaften, Wind-Anpassungsfähigkeit und Leistungsfähigkeit verbessert und dadurch machen die entsprechenden Windkraftanlagen einen starken Wettbewerb für die heutigen großen Horizontalachsen-Windkraftanlagen. Die Ergänzungserfindung ist besonders sinnvoll im Bereich der Leistungen von mehr als 10MW und die entsprechende Windkraftanlagen können nicht nur für einen mäßigen bis einen starken Wind, sondern auch für einen schwachen Wind und einen Sturmwind effektiv benutzt werden.

Die Windkraftanlagen der Art, der die Grunderfindung und die Ergänzungserfindung gehören, weisen Rotorblätter auf, die (Rotorblätter) lokale horizontale Drehungs- oder Biegungsachsen aufweisen und die (Rotorblätter) auf den um die zentrale vertikale Achse herum angeordneten Trägern befestigt sind. Die Rotorblätter in diesen Windkraftanlagen drehen oder biegen sich um ihre lokalen horizontalen Drehungs- oder Biegungsachsen herum und die Drehungs- oder Biegungsrichtungen sind mit der Windrichtung und den laufenden Positionen der Rotorblätter verbunden. Die bekannten Windkraftanlagen dieser Art sind jedoch von geringer Bedeutung und ihre Ähnlichkeit mit den Windkraftanlagen nach der Grunderfindung liegt auf einem ziemlich abstrakten Niveau, das oben beschrieben ist. Deshalb wäre es wahrscheinlich nicht falsch, die Grunderfindung als eine Deklaration und die erste Definition einer neuen Art oder sogar einer neuen Klasse von Windkraftanlagen zu betrachten.

Nach der Grunderfindung ist jedes Rotorblatt (1) in den Skelettsteil, der hier Gitter (43) genannt ist, und den Bezugsteil, der hier Segel (67) genannt ist, geteilt. Das Segel ist direkt oder mit einem Scharnier auf einem Querbalken des Gitters oder auf dem Träger (11) des Gitters neben der Gitter-Wurzel befestigt. Dabei befindet sich kein Balken auf der gegenseitigen Leiste (7) des Segels und das Segel ist leicht genug, um unter dem Druck des Windes leicht aufzusteigen. Während jeder zweiten Halbperiode der Rotation drückt der Wind mit dem Segel an das Gitter und erzeugt den Zug. Um die Wirkung von Windböen zu dämpfen und sein Form wiederherzustellen, muss das Gitter federnd sein. Die eigene Federung des Gitters kann durch ein Scharnier in der Gitter-Wurzel und äußere Federn funktional ersetzt werden.

Die vorgeschriebenen Merkmale weist auch die Ergänzungserfindung auf. Diese Merkmale ermöglichen Nutzung der Energie eines schwachen Windes und geben gleichzeitig Möglichkeit den Windböen eines Sturmwindes zu widerstehen. Außerdem schaffen diese Merkmale die Hauptvoraussetzung für eine dezentralisierte Struktur, was in der Grunderfindung als Flexibilität der Konstruktion angemerkt und innerhalb einer der Ausführungen mit einer Reihe der Getrieben, die mit Verbindungen zu lokalen Elektrogeneratoren enden können, widergespiegelt ist. Der zentralen vertikalen Achse (2) müssen nicht unbedingt eine zentrale Welle und ein zentraler Elektrogenerator entsprechen und die zentrale vertikale Achse kann lediglich wie eine geometrische Linie auf der Zeichnung existieren, obwohl z.B. eine Konstruktion mit der Gondel (27) und dem Turm (28) oder eine Konstruktion mit der zweiteiligen Gondel (52, 53) und den schlanken Stützen (54), bei denen eine zentrale Welle und ein zentraler Elektrogenerator möglich sind, auch gebaut werden können. Also sowohl Ausführungen mit der gewöhnlichen zentralen Welle und dem gewöhnlichen zentralen Elektrogenerator als auch ungewöhnliche Ausführungen mit einer dezentralisierten Struktur (7, 8) und einem leeren Zentrum sind möglich. Es ist auch wichtig, das die vorgeschlagene Art von Windkraftanlagen Einbau eines massiven Windenergie-Speicher-Puffers zulässt. Damit ist eine Speicherung nicht nach, sondern vor der Umwandelung in die Elektroenergie gemeint. Wenn die Windenergie für die Elektrogeneratoren zu hoch ist, muss dieser Puffer zeitbedingt den Überfluß der Windenergie speichern.

Die neue Erfinderaufgabe, die in erster Linie Flexibilität der Konstruktions-Struktur, aerodynamische Eigenschaften, Wind-Anpassungsfähigkeit und Leistungsfähigkeit in Betracht nimmt, ist durch eine neue flexibele Hierarchie von technischen Lösungen gelöst.

1. Lösung (1).
Jedes Rotorblatt (1) oder jedes Paar der Rotorblätter, ist in einer Zelle (61) jedes Trägers (11), der in diesem Fall einem Makrogitter (11) gleicht, installiert.
2. Lösung (2–5), die mit der Lösung 1 verbunden ist.
Das Segel (67) besteht im Wesentlichen aus einer dünnen Folie (6), die normalerweise gerundete äußere Ecken aufweist und normalerweise transparent ist, und weist optional eine äußere Leiste (7) auf. Das Wort „optional" bedeutet „extra" und „nicht unbedingt" und vereinfacht die Beschreibung. Das Problem mit dem Seitenflattern ist jedoch im Wesentlichen nicht durch eine äußere Leiste des Segels mit der Bogenform oder irgendwelche andere relativ harte Elemente des Segels, sondern durch relativ breite aerodynamisch berechnete Balken des Makrogitters, die vor dem Seitenwind schützen und gleichzeitig eine richtige Richtung dem Luftstrom geben, gelöst.
Die Transparenz der Rotorblätter ist wichtig, wenn eine solche Windkraftanlage auf dem Land oder in einer Stadt aufgestellt ist, weil sie normalerweise sehr groß ist und viel Schatten geben könnte, und dieses Merkmal ist nicht wichtig, wenn eine solche Windkraftanlage im Meer stationiert ist. Tatsächlich muss man sich im Offshore-Bereich bezüglich des Schattens keine Sorgen machen.
3. Lösung (2), die mit der Lösung 1 oder 2 verbunden ist.
Das Gitter (43) weist vertikale dünne Stäbe (3), die federnd sind, und horizontale dünne Stäbe (5), die nicht unbedingt federnd sein müssen, auf. Optional sind diese dünnen Stäbe mit Mäntel, die weich sind und aerodynamisch berechnet sind, bekleidet sind.
4. Lösung, die mit einer der Lösungen 1 bis 3 verbunden ist.
Falls zwei der Rotorblätter (1) in jeder Zelle (61) des Makrogitters (11) installiert sind, sind diese Rotorblätter nicht unabhängig, sondern durch ein Querbalken (31) installiert und stellen mit diesem Querbalken einen Doppelrotorblatt-Modul zusammen, wobei die erwähnten zwei Rotorblätter zwei Segel (67) und zwei getrennte Gitter oder zwei Segel und ein gemeinsames Gitter (43) aufweisen. Optional weist das obene Segel an seiner äußeren Leiste einen Einfallhaken (62) auf. Der Einfallhaken fixiert während der für seine Zelle aktiven Halbperiode der Rotation dank dem horizontalen Stab des Gitters neben dem Querbalken (31) das obene Segel und schützt vor Durchgleiten und Hinüberwerfen das. Es gibt kein Problem mit dem Durchgleiten und dem Hinüberwerfen, wenn das Segel nicht zu glatt, zu dünn und zu leicht ist. Deshalb ist dieses Merkmal optional. Unter dem Begriff „aktive Halbperiode" ist eine Halbperiode, die mit der Erzeugung des Zugs verbunden ist, gemeint. Das ist relativ. Dieselbe Halbperiode kann für ein Makrogitter aktiv und für ein anderes Makrogitter passiv sein und das ist von der laufenden Stellung des Makrogitters und der Richtung des Windes abhängig. Der Doppelrotorblatt-Modul lässt sich an den zwei benachbarten vertikalen Balken des Makrogitters, durch den Querbalken (31) installieren.
5. Lösung, die mit einer der Lösungen 1 bis 4 verbunden ist.
Zahl der Makrogitter beträgt 3 bis 6 pro Rotor der Windkraftanlage, wobei ein einziger Rotor das typische Fall ist. Auf den Zeichnungen sind nur die Varianten mit 4 Makrogitter pro Rotor dargestellt. Die Variante mit zwei Rotoren ist nur auf der 8 dargestellt. Optional weist jedes Makrogitter Makrogitter-Moduln auf. Das Modul-Prinzip beim Bau der Makrogitter gibt eine der Möglichkeiten, Leistungsfähigkeit der Windkraftanlage flexibel zu variieren.
6. Lösung, die mit einer der Lösungen 1 bis 5 verbunden ist.
Der äußere Rahmen des Makrogitters kann Form von einem Rechteck bishin zu einem Ring (9, 10) aufweisen und die Zellen des Makrogitters bevorzugt klein sind. Das Makrogitter, das einen ringförmigen Rahmen aufweist, ist bezüglich des Verhältnisses Festigkeit/Gewicht das beste, aber lässt keine Makromoduln zu und braucht viele kleine Rotorblätter und/oder einen großen Durchmesser, um Verlust der ausnutzenden Fläche zu vermindern. Man könnte sich nach der Größe 10 bis 100 m für das Makrogitter orientieren.
Je mehr Rotorblätter in einem Makrogitter installiert sind, desto kleiner sind deren Größen im Vergleich zur Größe der ganzen Windkraftanlage, desto relativ weiter sind sie vom Zentrum der Windkraftanlage entfernt und desto geringer ist die Liniengeschwindigkeit ihrer Enden gegenüber dem Makrogitter, was die aerodynamischen Eigenschaften und die Funktionsfähigkeit der Windkraftanlage verbessert. Dabei spielt absolute Größe der Windkraftanlage auch eine wichtige Rolle – je größer, desto besser. An einer abstrakten, mathematischen Grenze hätten wir eine Windkraftanlage mit virtuellen Makro-Rotorblättern, die nur dann erscheinen, wenn die entsprechenden Makrogitter zur richtigen Positionen gelangen. Wenn sich die Zahl der Rotorblätter im Makrogitter der Infinität annähert, wird das Makrogitter mit diesen Rotorblättern zusammen zu einem großen virtuellen Rotorblatt. Die Abstraktion mit der mathematischen Grenze ermöglicht das Wesen der Idee besser zu verstehen.
7. Lösung (7, 8), die mit einer der Lösungen 1 bis 6 verbunden ist.
Die Makrogitter (11) sind auf einem Makroring (36) befestigt und stellen mit diesem Makroring einen Ring-Rotor zusammen. Das Makroring rollt über Raumstützen (29), die Räder (35) aufweisen, ohne eigene Räder. Weil sich die Geschwindigkeit des Windes und die Umdrehungszahl der Windkraftanlage nicht ändern, egal wie weit man vom Zentrum der Windkraftanlage sie misst, sind die Rotorblätter mit verschiedenen Abstanden vom Zentrum der Windkraftanlage verschieden belastet und das verringert die Effektivität. Deshalb wäre es wahrscheinlich sinnvoll sein, mindestens zwei unabhängige Ring-Rotoren, die ein gemeinsames geometrisches Zentrum aufweisen, zu bauen. Dabei rollten die Makroringe über Raumstützen mit verschiedenen Umdrehungszahlen, aber mit gleichen Liniengeschwindigkeiten nach ihren zentralen Kreislinien.
Die Zahl der Raumstützen beträgt 3 bis 16, normalerweise 4 pro Ring-Rotor. Nach Bedarf weisen einige oder alle Raumstützen in ihren inneren Räumen Getriebe und Elektrogeneratoren auf. Dabei kann das Zentrum der Windkraftanlage leer bleiben. Diese Struktur senkt Forderungen an die Übersetzungsverhältnisse der Getriebe und macht es leicht, die Zahl von Elektrogeneratoren flexibel zu variieren. Jedes Getriebe kann optional Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen. Wahrscheinlich wäre es auch sinnvoll sein, die Elektrogeneratoren von einem Gebiet zu einem anderen Gebiet nach gegenwärtigen Windbedingungen zu transportieren und aufs Neue zu installieren. Das wäre schon ein neuer Standpunkt, der bisher undenkbar war. Aus dieser Sicht heraus ist es schon wichtig, wie eine Windkraftanlage die Elektrogeneratoren leicht installieren und deinstallieren lässt und ob Konstruktion der Elektrogeneratoren dafür erfolgreich geeignet gemacht ist. Nach dieser Idee könnte man den Park von Elektrogeneratoren flexibel nutzen und dadurch Ersparungen beziehen.
Solche Windkraftanlagen könnten gewaltig groß sein, z.B. mit Höhe 70 bis 150 m und Durchmesser 200 bis 500 m, sowohl für das Land als auch für den Offshore-Bereich. Dabei wären Leistungen von 20, 30, 50, 100 MW pro Windkraftanlage leichter zu erreichen als für die Horizontalachsen-Windkraftanlagen. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Elektrogeneratoren für solchen Windkraftanlagen auch gewaltig groß sein müssen. Eine Raumstütze könnte über mehr als einen Elektrogenerator verfügen und diese Elektrogeneratoren könnten ganz mäßige Größen haben. Relativ kleine Varianten sind auch möglich. Z.B. könnte man sich ein Gebäude, dessen Architektur mit der Konstruktion der Windkraftanlage integriert ist, vorstellen. Ob das schön oder hässlich aussehen wird, ist von Kunst von Architekten und Konstrukteuren abhängig. Flexibilität der Konstruktions-Struktur gibt dafür viel Freichat.
8. Lösung (7, 8), die mit der Lösung 7 verbunden ist.
Der Makroring (36, 38) weist einen unteren Ring und/oder untere Oberflächen auf, die bei ihrer Rotation erste Räder (37) der Getriebe in Bewegung bringen. Die ersten Räder jedes Getriebes fixieren nebenbei das Zentrum des Makrorings indirekt und so eine zentrale vertikale Welle überflüssig machen.
Man könnte die Räder (35), auf die sich der Makroring stützt und über die er bei seiner Rotation rollt, als erste Räder der Getriebe benutzen. Wenn jedoch der Ring-Rotor relativ leicht ist und starke Elektrogeneratoren sehr großen Widerstand leisten, könnte das zum Durchgleiten führen.
Wenn das Verhältnis vom Raddurchmesser zu dem Durchmesser des Rad-Kugellagers oder des Rad-Rollenlagers groß ist, könnte der entsprechende Teil der Reibung gering genug sein. Glatte Reifen der unterstützenden Räder (35) könnten den anderen Teil der Reibung verringern. Im jeden Fall werden die Elektrogeneratoren viel größten Widerstand leisten, weil sich die ersten Räder der Getriebe oder die Räder, mit denen Elektrogeneratoren direkt verbunden sind, ziemlich weit von der zentralen vertikalen Achse befinden.
9. Lösung (7, 8), die mit der Lösung 7 oder 8 verbunden ist.
Jede Raumstütze (29), in deren inneren Raum mindestens ein Elektrogenerator installiert ist, weist auch einen Windenergie-Speicher-Puffer auf. Wenn Windenergie für die Elektrogeneratoren zu hoch ist, speichert dieser Puffer zeitbedingt Überfluß der Windenergie. Der Windenergie-Speicher-Puffer weist ein Eingangs-Getriebe, ein Luftkompressor, ein Druckluft-Reservoir, ein Ventil, eine Luftturbine und ein Ausgangs-Getriebe auf. Die Windkraftanlage kann auch ein großes zentrales Druckluft-Reservoir, das sich unter der Boden-Oberfläche oder in einem zentralen Raumturm befinden könnte, aufweisen. Der mechanische Eingang des Luftkompressors ist mit dem drehenden Makroring durch Eingangs-Getriebe verbunden. Der Luft-Ausgang des Luftkompressors ist mit dem Luft-Eingang des Druckluft-Reservoirs verbunden. Der Luft-Ausgang des Druckluft-Reservoirs ist mit dem Luft-Eingang der Luftturbine durch das Ventil verbunden. Der mechanische Ausgang der Luftturbine ist mit dem Rotor eines der Elektrogeneratoren durch das Ausgangs-Getriebe verbunden. Das alles wird durch einen Computer, der mit notwendigen Geber- und Steuergeräten verbunden ist, gesteuert. Wenn der Wind zu stark ist, arbeiten die Elektrogeneratoren und der Luftkompressor gleichzeitig oder arbeitet der Luftkompressor allein. Wenn der Wind zu schwach ist, bekommt die Luftturbine Druckluft und dreht durch das Ausgangs-Getriebe den Rotor eines der Elektrogeneratoren.
Jede einzelne Raumstütze mit allen erwähnten Elementen innendrin kann man als eine ziemlich selbstständige Anlage betrachten und für die Windkraftanlage das Makromodul-Prinzip verwenden. Das ist auch ein neuer Standpunkt. Eine herkömmliche Windkraftanlage kann man nicht in identische Teile teilen.
10. Lösung (10, 11), die mit einer der Lösungen 1 bis 6 verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Windkraftanlage weist einen großen Träger-Diskus (12) auf, mit dem die Makrogitter (11) teilweise integriert sind und dessen Zentrum auf der zentralen vertikalen Achse der Windkraftanlage liegt. Dieser Träger-Diskus, der optional ein zentrales Fenster aufweisen kann, und die Makrogitter stellen den Rotor der Windkraftanlage zusammen. Unter dem Träger-Diskus sind Elektrogeneratoren (89), Getriebe (80), Räder (69), die den drehenden Träger-Diskus unterstützen, und die Räder, die von diesem Diskus zu den Elektrogeneratoren durch Getriebe Bewegung übertragen, angeordnet. Die Unterstützungs-Funktion und die Übertragungs-Funktion können von denselben Rädern (69) erfüllt werden. Das Zentrum des Träger-Diskus ist direkt durch eine zentrale vertikale Welle und ein Rollenlager oder indirekt durch einen unteren Ring des Träger-Diskus und vertikalachse Räder diesem unteren Ring entlang fixiert. Die indirekte Fixierung ist nötig, wenn der Träger-Diskus ein zentrales Fenster aufweisen muss. Die Fixierungs-Funktion und die Übertragungs-Funktion können von denselben Rädern erfüllt werden. Unter einem solchen Träger-Diskus könnte sich ein Gebäude, z.B. eine Fabrik, die keinen äußeren Energie-Nachschub unbedingt braucht, befinden. Statt des Gebäudes kann man einen Raumturm mit einem Druckluft-Reservoir und/oder einen Berg benutzen. Allerdings muss diese Subart nicht unbedingt gewaltig groß sein. Relativ kleine Varianten für normale Hoch-Gebäude sind auch möglich. Dabei muss der Träger-Diskus das erwähnte zentrale Fenster aufweisen, um den Ventilatoren und Antennen Platz zu geben.
11. Lösung (10–12), die mit der Lösung 10 verbunden ist.
Falls der Träger-Diskus (12) groß genug ist, sind 2 bis 8 von radialen Ketten mit Getrieben (80) und Elektrogeneratoren (89) unter dem angeordnet. Jedes Getriebe bindet nach gegenwärtigen Windbedingungen die Rotoren der benachbarten Elektrogeneratoren mittels der Räder (81, 82) an den Rotor-Wellen dieser Elektrogeneratoren und eines Zwischenrads (85) durch ein Vorschubgetriebe (87) zusammen. Außerdem bindet jedes Getriebe nach gegenwärtigen Windbedingungen ein der Räder an den Rotor-Wellen der benachbarten Elektrogeneratoren und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus mittels eines Verbindungsrads (83, 84) durch ein Vorschubgetriebe (86). Je stärker der Wind ist, desto mehr ist Zahl der Elektrogeneratoren, die benutzt werden, und desto kleiner ist die Kreislinie der unteren Oberfläche des Träger-Diskus, die benutzt wird. Jedes Getriebe kann optional Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen.
12. Lösung (10–12), die mit der Lösung 11 verbunden ist.
Unter dem Träger-Diskus sind 2 bis 8 von radialen Ketten mit Getrieben (70) und Luftkompressoren (79), ein großes zentrales Druckluft-Reservoir, Druckluft-Rohre, Luftturbinen (99), Ventile und Getriebe zwischen den Luftturbinen und den Elektrogeneratoren, die einen Windenergie-Speicher-Puffer zusammenstellen, angeordnet. Jedes Getriebe (70) bindet nach gegenwärtigen Windbedingungen die Eingangs-Wellen der benachbarten Luftkompressoren mittels der Räder an den Eingangs-Wellen dieser Luftkompressoren und eines Zwischenrads durch ein Vorschubgetriebe zusammen. Außerdem bindet jedes Getriebe (70) nach gegenwärtigen Windbedingungen ein der Räder an den Eingangs-Wellen der benachbarten Luftkompressoren und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus mittels eines Verbindungsrads durch ein Vorschubgetriebe. Also die Konstruktion des Getriebes (70) in den Ketten mit den Getrieben und den Luftkompressoren ist ähnlich der Konstruktion des Getriebes (80) in den Ketten mit den Getrieben und den Elektrogeneratoren. Je stärker der Wind ist, desto mehr ist Zahl der Luftkompressoren, die benutzt werden, und desto kleiner ist die Kreislinie der unteren Oberfläche des Träger-Diskus, die benutzt wird. Die Luftkompressoren werden benutzt, wenn die Elektrogeneratoren ganze Windenergie nicht ausnutzen können. Jedes Getriebe kann optional Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen. Die Luft-Ausgänge der Luftkompressoren sind mit dem zentralen Druckluft-Reservoir verbunden. Das zentrale Druckluft-Reservoir ist seinerseits mit den Luft-Eingängen der Luftturbinen durch die Ventile verbunden. Die mechanischen Ausgänge der Luftturbinen sind mit den vom Zentrum ausgesehen ersten Elektrogeneratoren durch die entsprechenden Getriebe verbunden.
Wenn Windenergie für die Elektrogeneratoren zu hoch ist, speichert der Windenergie-Speicher-Puffer zeitbedingt Überfluß der Windenergie. Wenn der Wind zu schwach ist, bekommen die Luftturbinen Druckluft und drehen durch die entsprechenden Getriebe die Rotoren der Elektrogeneratoren. Das alles wird durch einen Computer, der mit notwendigen Geber- und Steuergeräten verbunden ist, gesteuert.
Aufklärungen zu den Zeichnungen
1 – Stehende Variante der Windkraftanlage mit dem Turm (28) und der Gondel (27). Die Zellen (61) des linken Makrogitters (11) zeigen ihre Frontseiten, wobei die entsprechenden Rotorblätter in der laufenden Halbperiode der Rotation dem Wind einen starken produktiven Widerstand leisten und den Zug erzeugen. Die Zellen des rechten Makrogitters (11) zeigen ihre Hinterseiten, wobei die entsprechenden Rotorblätter in der laufenden Halbperiode der Rotation dem Wind einen geringen unproduktiven Widerstand leisten.
2 – Frontseite der Zelle (61) des Makrogitters (11). Ein Modul, der zwei Rotorblätter mit einem gemeinsamen Gitter und einen zentralen Querbalken (31) aufweist, ist in der Zelle installiert.
3 – Vertikalschnitt der Zelle des Makrogitters. Zwei Segel (67) und ein gemeinsames Gitter (43) stellen zwei Rotorblätter (1) zusammen.
4A – Vertikalschnitt der Zelle des Makrogitters, wenn der Wind das Segel (67) hochhebt. Das entspricht der Halbperiode der Rotation, wann sich das Makrogitter gegen die Windrichtung bewegt.
4B – Vertikalschnitt der Zelle des Makrogitters, wenn ein starker Wind mit dem Segel (67) an das Gitter (43) drückt und das Gitter biegt. Das entspricht der Halbperiode der Rotation, wann sich das Makrogitter nach der Windrichtung bewegt und der Wind den Zug erzeugt.
5A – Horizontalschnitt der Zelle des Makrogitters, wenn der Wind das Segel (67) hochhebt.
5B – Horizontalschnitt der Zelle des Makrogitters, wenn ein starker Wind mit dem Segel (67) an das Gitter (43) drückt und das Gitter biegt.
6 – Stehende Variante der Windkraftanlage mit einem Turm (28), der einen Raum für einen Windenergie-Speicher-Puffer aufweist. Supergröße und Superleistungen sind gemeint, z.B. könnte Abstand zwischen dem Boden und den Makrogittern ungefähr 20 bis 30 m sein. Ofshore-Bereich ist möglich.
7 – Dezentralisierte Variante der Windkraftanlage mit dem Makroring (36). Der Makroring und die Makrogitter (11) stellen einen Ring-Rotor zusammen. Querschnitt. Supergröße und Superleistungen sind gemeint, z.B. Durchmesser von 200 bis 400 m und Höhe von 100 bis 150 m. Ofshore-Bereich ist möglich.
8 – Dezentralisierte Variante der Windkraftanlage mit zwei Ring-Rotoren, die ein gemeinsames geometrisches Zentrum haben. Querschnitt. Supergröße und Superleistungen sind gemeint, z.B. Durchmesser von 300 bis 500 m und Höhe von 100 bis 150 m. Ofshore-Bereich ist möglich.
9 – Stehende Variante der Windkraftanlage mit einer großen kugelähnlichen zweiteiligen Gondel (27) und kreisförmigen Makrogittern (11). Der drehende Teil (52) der Gondel und die Makrogitter stellen den Rotor der Windkraftanlage zusammen. Die Kugelform der Gondel ist ihrer horizontalen zentralen Kreislinie entlang nach der Form des Makrogitters teilweise abgeschnitten. Die Gondel steht auf schlanken Stützen (54) und weist einen Raum für Getriebe, Elektrogeneratoren und einen Windenergie-Speicher-Puffer auf. Supergröße und Superleistungen sind gemeint, z.B. könnten die Stützen ungefähr 30 bis 40 m hoch sein. Diese Variante lohnt sich, wenn es auf dem Boden kein Platz gibt.
10 – Liegende Variante der Windkraftanlage mit einem großen Träger-Diskus (12) und kreisförmigen Makrogittern (11). Das entsprechende Gebäude könnte auch einen Raum für ein großes Druckluft-Reservoir und eine Fabrik aufweisen. Die gezeichneten Gebäude dienen hier nur für Hervorhebung der Größe der Windkraftanlage und stellen keinen Architektur-Vorschlag dar. Die Architektur muss modern und schön sein. Stationierung auf einem kleinen Berg ist immer von Vorteil.
11 – Unterstützungs-Räder (69), Getriebe (70, 80), Elektrogeneratoren (89), Luftkompressoren (79), Luftturbinen (99), lokale Druckluft-Rohre und ein zentrales Druckluft-Sammelrohr (90), die unter dem großen Träger-Diskus (12) auf einer inneren stationären Oberfläche (60) liegen und eine radiale Struktur zusammenstellen. Es ist gemeint, dass ein großes Druckluft-Reservoir mit dem zentralen Druckluft-Sammelrohr (90) verbunden ist und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus den Elektrogeneratoren und Luftkompressoren durch die Räder und Getriebe Bewegung gibt. Computer-Steuerung ist gemeint.
12A – Substruktur Elektrogenerator-Getriebe-Elektrogenerator. Querschnitt. Die Räder 83 und 81 oder 84 und 82 übertragen Bewegung von der unteren Oberfläche des drehenden Träger-Diskus bis zu einem der Elektrogeneratoren. Das Rad 85 bindet Rotoren von den zwei benachbarten Elektrogeneratoren durch die Räder 81 und 82 zusammen. Die Vorschubgetriebe 86 und 87 machen die entsprechenden Stellungen. Die Elemente 81 bis 87 stellen das Getriebe 80 zusammen. Das ist ein einfaches Beispiel. Es wäre besser, wenn ein Getriebe ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen hätte.
12B – Substruktur Elektrogenerator-Getriebe-Elektrogenerator. Ansicht von oben.

1: Rotorblatt, das normalerweise einem Doppelrotorblatt-Modul gehört
3: Vertikaler Stab des Gitters (2–5)
4: Rand des Gitters, der ein gebogener Stab oder drei zusammengeschweißten
: Stabe aufweist (2–5). Ein integrales Gitter ist jedoch möglich
5: Horizontaler Stab des Gitters (2–5)
6: Folie des Segels (2–5)
7: Äußere Leiste des Segels (2–5)
11: Träger, der hier einem Makrogitter gleicht
12: Träger-Diskus (10), der mit den Makrogittern (11) teilweise integriert ist
20: Äußere stationäre Fläche
27: Gondel (1, 6, 9)
28: Turm (1, 6)
29: Raumstütze, die einen inneren Raum aufweist (7–8)
31: Querbalken (2–5), der dem Doppelrotorblatt-Modul gehört, und leichte
: Installation und Deinstallation ermöglicht
35: Das Rad der Stütze (7, 8), das den drehenden Makroring unterstützt
36: Makroring (7, 8), der mit den Makrogittern (11) einen Ring-Rotor
: zusammenstellt
37: Erste Räder des Getriebes, das in der Stütze installiert ist (7, 8)
38: Zweiter Makroring (8) in der Struktur mit zwei Ring-Rotoren
43: Gitter des Rotorblatts oder des Paars der Rotorblätter (2–5)
52: Drehender Teil der großen zweiteiligen kugelähnlichen Gondel (9)
53: Stationärer Teil der großen zweiteiligen kugelähnlichen Gondel (9)
54: Schlanke Stützen für die große zweiteilige kugelähnliche Gondel (9)
60: Innere stationäre Fläche (11, 12)
61: Zelle des Makrogitters (1–2), in der ein Doppelrotorblatt-Modul
: installiert ist
62: Einfallhaken, der dem obenen Segel im Doppelrotorblatt-Modul gehört und
: das obene Segel zeitbedingt in der unteren Stellung fixiert
67: Segel des Rotorblatts. Zwei Segel (67) und ein gemeinsames Gitter (43) oder
: zwei Segel und zwei getrennte Gitter und ein Querbalken (31) stellen einen
: Doppelrotorblatt-Modul zusammen
69: Rad, das den drehenden Träger-Diskus unterstützt. In diesem Fall kann man
: sagen, dass der Träger-Diskus bei seiner Rotation rollt.
70: Getriebe in der Kette mit den Getrieben und Luftkompressoren
79: Luftkompressor in der Kette mit den Getrieben und Luftkompressoren
80: Getriebe in der Kette mit den Getrieben und Elektrogeneratoren,
: das Teile 81 bis 87 aufweist
81: Rad an der Welle des Rotors eines der benachbarten Elektrogeneratoren
82: Rad an der Welle des Rotors eines der benachbarten Elektrogeneratoren
83: Rad, das von der unteren Oberfläche des drehenden Träger-Diskus
: bis zu einem der benachbarten Elektrogeneratoren durch das Rad 81
: Bewegung überträgt
84: Rad, das von der unteren Oberfläche des drehenden Träger-Diskus
: bis zu einem der benachbarten Elektrogeneratoren durch das Rad 82
: Bewegung überträgt
85: Rad, das Rotoren der zwei benachbarten Elektrogeneratoren
: durch die Räder 81 und 82 zusammenkoppelt
86: Vorschubgetriebe, das ein der Räder 83, 84 an ein der Räder 81, 82 und die
: untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus schiebt und so von der
: unteren Oberfläche des drehenden Träger-Diskus bis zu einem
: der Elektrogeneratoren Bewegung überträgt
87: Vorschubgetriebe, das das breite Rad 85 an die Räder 81 und 82 schiebt und
: so die Rotoren der zwei benachbarten Elektrogeneratoren zusammenkoppelt
89: Elektrogenerator
90: Zentrales Sammelrohr für Druckluft, das mit dem zentralen Druckluft-
: Reservoir verbunden ist. Das zentrale Druckluft-Reservoir selbst ist
: nicht gezeigt.
99: Luftturbine

Claims

Vertikalachse-Windkraftanlage, in der die Rotorblätter (1) lokale horizontale Drehungs- oder Biegungsachsen aufweisen und auf den um die zentrale vertikale Achse (2) herum angeordneten Trägern (11) befestigt sind und jedes Rotorblatt in den Skelettsteil, der hier Gitter (43) genannt ist, und den Bezugsteil, der hier Segel (67) genannt ist, geteilt ist und jedes Segel direkt oder mit einem Scharnier auf einem Querbalken des Gitters oder auf dem Träger des Gitters neben der Gitter-Wurzel befestigt ist und sich kein Balken auf der gegenseitigen Leiste (7) jedes Segels befindet und jedes Segel leicht genug ist, um unter dem Druck des Windes leicht aufzusteigen, und jedes Gitter federnd ist, um die Wirkung von Windböen zu dämpfen und sein Form wiederherzustellen, und eigene Federung jedes Gitters durch ein Scharnier in der Gitter-Wurzel und äußere Federn ersetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Rotorblatt (1) oder jedes Paar der Rotorblätter in einer Zelle (61) jedes Trägers (11), der in diesem Fall einem Makrogitter (11) gleicht, installiert ist.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Segel (67) im Wesentlichen aus einer dünnen Folie (6), die normalerweise gerundete äußere Ecken aufweist und normalerweise transparent ist, besteht und optional eine äußere Leiste (7) aufweist und das Makrogitter (11) relativ breite aerodynamisch berechnete Balken, die vor dem Seitenwind schützen, Seitenflattern der Folien verhindern und gleichzeitig eine richtige Richtung dem Luftstrom geben, aufweist.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter (43) vertikale dünne Stäbe (3), die federnd sind, und horizontale dünne Stäbe (5), die nicht unbedingt federnd sein müssen, aufweist und die dünnen Stäbe optional mit Mäntel, die weich sind und aerodynamisch berechnet sind, bekleidet sind.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass falls zwei der Rotorblätter (1) in jeder Zelle (61) des Makrogitters (11) installiert sind, diese Rotorblätter nicht unabhängig, sondern durch ein Querbalken (31) installiert sind und mit diesem Querbalken einen Doppelrotorblatt-Modul zusammenstellen, wobei die erwähnten zwei Rotorblätter zwei Segel (67) und ein gemeinsames Gitter (43) oder zwei Segel und zwei getrennte Gitter aufweisen und das obene Segel an seiner äußeren Leiste optional einen Einfallhaken (62), der während der für seine Zelle aktiven Halbperiode der Rotation dank dem horizontalen Stab des Gitters neben dem Querbalken (31) das obene Segel fixiert und vor Durchgleiten und Hinüberwerfen dieses Segel schützt, aufweist.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Zahl der Makrogitter (11) 3 bis 6 pro Rotor der Windkraftanlage beträgt, wobei ein einziger Rotor das typische Fall ist, und jedes Makrogitter optional Makrogitter-Moduln aufweist.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rahmen des Makrogitters (11) Form von einem Rechteck bishin zu einem Ring aufweisen kann und die Zellen (61) des Makrogitters bevorzugt klein sind.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Makrogitter (11) auf einem Makroring (36) befestigt sind und mit diesem Makroring einen Ring-Rotor zusammenstellen oder zwei unabhängige Makroringe (36, 38) mit den Makrogittern, die auf diesen Makroringen befestigt sind, zwei unabhängige Ring-Rotoren mit einem gemeinsamen geometrischen Zentrum zusammenstellen, wobei der Makroring jedes Ring-Rotors über 3 bis 16 Raumstützen (29), die Räder (35) aufweisen, ohne eigene Räder, rollt und einige oder alle Raumstützen nach Bedarf in ihren inneren Räumen Getriebe und Elektrogeneratoren aufweisen, wobei jedes Getriebe optional Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen kann.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Makroring (36, 38) einen unteren Ring oder untere Oberflächen, die bei ihrer Rotation erste Räder (37) der Getriebe in Bewegung bringen, aufweist und die ersten Räder der Getriebe nebenbei das Zentrum des Makrorings indirekt fixieren, wobei die Räder (35), auf die sich der Makroring stützt und über die er bei seiner Rotation rollt, auch als erste Räder der Getriebe benutzt werden können.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Raumstütze (29), in deren inneren Raum mindestens ein Elektrogenerator installiert ist, auch einen Windenergie-Speicher-Puffer, der zeitbedingt einen möglichen Überfluß der Windenergie speichern kann, aufweist, wobei der Windenergie-Speicher-Puffer ein Druckluft-Reservoir, statt des ein großes zentrales Druckluft-Reservoir unter der Bodenoberfläche oder in einem Raumturm benutzt werden kann, ein Eingangs-Getriebe, ein Luftkompressor, ein Ventil, eine Luftturbine und ein Ausgangs-Getriebe aufweist und der mechanische Eingang des Luftkompressors mit dem drehenden Makroring durch das Eingangs-Getriebe verbunden ist und der Luft-Ausgang des Luftkompressors mit dem Luft-Eingang des Druckluft-Reservoirs verbunden ist und der Luft-Ausgang des Druckluft-Reservoirs mit dem Luft-Eingang der Luftturbine durch das Ventil verbunden ist und der mechanische Ausgang der Luftturbine mit dem Rotor eines der Elektrogeneratoren durch das Ausgangs-Getriebe verbunden ist und das alles durch einen Computer, der mit notwendigen Geber- und Steuergeräten verbunden ist, gesteuert wird.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen großen Träger-Diskus (12), mit dem die Makrogitter (11) teilweise integriert sind und dessen Zentrum auf der zentralen vertikalen Achse der Windkraftanlage liegt, aufweist und dieser Träger-Diskus, der optional ein zentrales Fenster aufweist, und die Makrogitter den Rotor der Windkraftanlage zusammenstellen und unter dem Träger-Diskus Elektrogeneratoren (89), Getriebe (80), Räder (69), die den drehenden Träger-Diskus unterstützen, und die Räder, die von diesem Diskus zu den Elektrogeneratoren (89) durch Getriebe (80) Bewegung übertragen, angeordnet sind, wobei die Unterstützung-Funktion und die Übertragungs-Funktion von denselben Rädern (69) erfüllt werden können, und das Zentrum des Träger-Diskus direkt durch eine zentrale vertikale Welle und ein Rollenlager oder indirekt durch einen unteren Ring des Träger-Diskus und vertikalachse Räder diesem Ring entlang fixiert ist, wobei die Fixierungs-Funktion und die Übertragungs-Funktion von denselben Rädern erfüllt werden können.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass falls der Träger-Diskus (12) groß genug ist, 2 bis 8 von radialen Ketten mit Getrieben (80) und Elektrogeneratoren (89) unter dem angeordnet sind und jedes Getriebe nach gegenwärtigen Windbedingungen die Rotoren der benachbarten Elektrogeneratoren mittels der Räder (81, 82) an den Rotor-Wellen dieser Elektrogeneratoren und eines Zwischenrads (85) durch ein Vorschubgetriebe (87) zusammenbindet und ebenso nach gegenwärtigen Windbedingungen ein der Räder an den Rotor-Wellen der benachbarten Elektrogeneratoren und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus mittels eines Verbindungsrads (83, 84) durch ein Vorschubgetriebe (86) bindet, wobei jedes Getriebe optional Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen kann.
Vertikalachse-Windkraftanlage nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass unter dem Träger-Diskus 2 bis 8 von radialen Ketten mit Getrieben (70) und Luftkompressoren (79), ein großes zentrales Druckluft-Reservoir, Druckluft-Rohre, Luftturbinen (99), Ventile und Getriebe zwischen den Luftturbinen und den Elektrogeneratoren, die einen Windenergie-Speicher-Puffer zusammenstellen, angeordnet sind und jedes Getriebe (70) nach gegenwärtigen Windbedingungen die Eingangs-Wellen der benachbarten Luftkompressoren mittels der Räder an den Eingangs-Wellen dieser Luftkompressoren und eines Zwischenrads durch ein Vorschubgetriebe zusammenbindet und ebenso nach gegenwärtigen Windbedingungen ein der Räder an den Eingangs-Wellen der benachbarten Luftkompressoren und die untere Oberfläche des drehenden Träger-Diskus mittels eines Verbindungsrads durch ein Vorschubgetriebe bindet, wobei jedes Getriebe (70) optional Übersetzungsverhältnis, das nicht 1 gleicht, und sogar ein paar Stufen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen für verschiedene Zahlen von angekoppelten Elektrogeneratoren und verschiedene Windbedingungen aufweisen kann und die Luft-Ausgänge der Luftkompressoren mit dem zentralen Druckluft-Reservoir verbunden sind und das zentrale Druckluft-Reservoir seinerseits mit den Luft-Eingängen der Luftturbinen (99) durch die Ventile verbunden ist und das alles durch einen Computer, der mit notwendigen Geber- und Steuergeräten verbunden ist, gesteuert wird.