DE102017100674A1 - Flow energy installation - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsenergieanlage (1), die aus der Strömungsenergie gasförmiger oder flüssiger Medien, unabhängig von der Strömungsrichtung, mechanische Energie generiert und diese mit mindestens einem Generator (12) in elektrische Energie umwandelt, wobei die Strömungsenergieanlage mindestens zwei Rotoren (10,11) mit jeweils mindestens einem Rotorblatt (100,110) umfasst. Die erfindungsgemäße Strömungsenergieanlage (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Rotoren (10,11) an einer gemeinsamen, vertikal ausgerichteten Drehachse (20) angeordnet sind, wobei jedem Rotor (10,11) eine entlang der Drehachse (20) verlaufende, vertikal ausgerichteten Welle (101,111) zugeordnet ist, welche mit dem mindestens einen Generator (12) gekoppelt ist, wobei die Rotorblätter (100,110) der Rotoren (10,11) derart ausgebildet und an der Strömungsenergieanlage (1) angeordnet sind, dass das mindestens eine Rotorblatt (100) des inneren Rotors (10) innerhalb der Kreisbahn des mindestens einen Rotorblatts (110) des äußeren Rotors (11) rotiert. Diese Ausführung der Strömungsenergieanlage (1) erlaubt eine Steigerung des Wirkungsgrades gegenüber den bekannten Strömungsenergieanlagen.The present invention relates to a flow energy plant (1) which generates mechanical energy from the flow energy of gaseous or liquid media, irrespective of the flow direction, and converts this energy into electrical energy with at least one generator (12), wherein the flow energy plant comprises at least two rotors (10, 10). 11), each comprising at least one rotor blade (100, 110). The flow energy plant (1) according to the invention is characterized in that the at least two rotors (10, 11) are arranged on a common, vertically oriented axis of rotation (20), each rotor (10, 11) extending along the axis of rotation (20), is associated with the at least one generator (12), wherein the rotor blades (100,110) of the rotors (10,11) are formed and arranged on the flow energy plant (1) that the at least one Rotor blade (100) of the inner rotor (10) within the circular path of the at least one rotor blade (110) of the outer rotor (11) rotates. This embodiment of the flow energy plant (1) allows an increase in the efficiency compared to the known flow energy plants.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsenergieanlage, die aus der Strömungsenergie gasförmiger oder flüssiger Medien, unabhängig von der Strömungsrichtung, mechanische Energie generiert und diese mit mindestens einem Generator in elektrische Energie umwandelt, wobei die Strömungsenergieanlage mindestens zwei Rotoren mit jeweils mindestens einem Rotorblatt umfasst.The present invention relates to a flow energy plant which generates mechanical energy from the flow energy of gaseous or liquid media, irrespective of the flow direction, and converts it into electrical energy with at least one generator, the flow energy plant comprising at least two rotors each having at least one rotor blade.

Stand der TechnikState of the art

Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2014 006 135 U1 ist eine Windkraftanlage mit zwei Rotoren bekannt, dessen Zielsetzung eine Steigerung der Anlagenleistung um den Faktor zwei bei keiner Verdopplung der Gesamtkosten (Planung, Pachtgebühren, Material, Transport und Aufbau) ist. Erreicht wird dieses Ziel durch die Anbringung eines zweiten Rotors, der auf der anderen Seite der Gondel angebracht ist und mit demselben Generator verbunden ist. In einer anderen Ausführung wird die Anlage über zwei Generatoren betrieben. Diese Bauweise ist ausschließlich auf Horizontalachser bezogen.From the utility model DE 20 2014 006 135 U1 is a wind turbine with two rotors known whose goal is an increase in plant performance by a factor of two with no doubling of the total cost (planning, lease fees, material, transport and construction). This goal is achieved by the attachment of a second rotor, which is mounted on the other side of the nacelle and connected to the same generator. In another embodiment, the system is operated by two generators. This construction is based exclusively on horizontal axis.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 005 164 A1 ist eine Windturbine mit gegenläufigen Rotoren bekannt, die einen Horizontalachser beschreibt, welcher durch zwei auf einer Achse montierte Rotoren beinhaltet, die gegenläufige Drehrichtungen haben. Dabei dreht ein Rotor den Anker eines Generators und der zweite den Ständer desselben.From the publication DE 10 2014 005 164 A1 For example, there is known a counter-rotating rotor wind turbine that describes a horizontal axle that includes two rotors mounted on an axle that have opposite directions of rotation. One rotor turns the armature of one generator and the second one the stator of the same.

Aus der europäischen Patentschrift EP 2 538 529 A3 ist ein Horizontalachsen-Generator mit zwei gegenläufigen Rotoren bekannt, die gegenläufige Drehrichtungen besitzen und direkt hintereinander montiert sind, wobei magnetisierbare Rotorwellen in einem Generator mit zwei Statoren, die jeweils einen Feldmagneten besitzen, integriert sind.From the European patent EP 2 538 529 A3 is a horizontal axis generator with two counter-rotating rotors are known which have opposite directions of rotation and are mounted directly behind each other, wherein magnetizable rotor shafts are integrated in a generator with two stators, each having a field magnet.

Aus der europäischen Patentschrift DE 600 10 843 T2 ist eine Windturbine mit zwei gegenläufigen Rotoren bekannt, welche gegenseitige Drehrichtungen haben und jeweils an einen elektrischen Generator gekoppelt sind.From the European patent DE 600 10 843 T2 is a wind turbine with two counter-rotating rotors are known which have mutual directions of rotation and are each coupled to an electric generator.

Nachteilig bei den bekannten Strömungsenergieanlagen ist in erster Linie ihr relativ geringer Wirkungsgrad. Zudem sind bekannte Anlagen sehr aufwendig konstruiert und erfordern einen großen Platzbedarf.A disadvantage of the known flow energy systems is primarily their relatively low efficiency. In addition, known systems are constructed very expensive and require a lot of space.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Strömungsenergieanlage zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile ausräumt und die eine Steigerung des Wirkungsgrades gegenüber den bekannten Strömungsenergieanlagen erlaubt.The present invention is based on the object to provide a flow energy plant, which eliminates the aforementioned disadvantages and allows an increase in efficiency over the known flow energy systems.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Strömungsenergieanlage sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.According to the invention the above object is achieved according to the preamble of claim 1 in conjunction with the characterizing features. Advantageous embodiments and further developments of the flow energy plant according to the invention are specified in the dependent subclaims.

Erfindungsgemäß ist eine Strömungsenergieanlage der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Rotoren an einer gemeinsamen, vertikal ausgerichteten Drehachse angeordnet sind, wobei jedem Rotor eine entlang der Drehachse verlaufende, vertikal ausgerichtete Welle zugeordnet ist, welche mit dem mindestens einen Generator gekoppelt ist, wobei die Rotorblätter der Rotoren derart ausgebildet und an der Strömungsenergieanlage angeordnet sind, dass das mindestens eine Rotorblatt des inneren Rotors innerhalb der Kreisbahn des mindestens einen Rotorblatts des äußeren Rotors rotiert.According to the invention, a flow energy plant of the type mentioned above is characterized in that the at least two rotors are arranged on a common, vertically oriented axis of rotation, wherein each rotor is associated with a vertically aligned shaft extending along the axis of rotation, which is coupled to the at least one generator, wherein the rotor blades of the rotors are formed and arranged on the flow energy plant such that the at least one rotor blade of the inner rotor rotates within the circular path of the at least one rotor blade of the outer rotor.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Welle am drehbaren Stator des mindestens einen Generators gekoppelt, während die andere Welle am drehbaren Rotor des selbigen Generators gekoppelt ist, wobei die Drehrichtung der Rotoren entgegengesetzt ist. Der Generator selber ist hierbei drehbar gelagert, um die Drehung des Stators umzusetzen.In a particularly preferred embodiment of the invention, a shaft is coupled to the rotatable stator of the at least one generator, while the other shaft is coupled to the rotatable rotor of the same generator, the direction of rotation of the rotors being opposite. The generator itself is rotatably mounted to implement the rotation of the stator.

Durch die entgegengesetzte Drehbewegung von Rotor und Stator des Generators, ist eine insgesamt höhere Drehzahl des Generators möglich. Zudem wird durch die Anordnung der Rotoren ein Teil der sonst ungenutzten/verlorenen Strömungsenergie aufgefangen und genutzt. Der Vorteil ist eine Steigerung der Effizienz der Strömungsenergieanlage durch einen hohen Wirkungsgrad.Due to the opposite rotational movement of the rotor and stator of the generator, an overall higher speed of the generator is possible. In addition, a part of the otherwise unused / lost flow energy is collected and used by the arrangement of the rotors. The advantage is an increase in the efficiency of the flow energy plant by a high efficiency.

Um den Wirkungsgrad nochmals zu steigern, sind in einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mindestens zwei Generatoren vorgesehen, wobei eine Welle an einem Generator gekoppelt ist, während die andere Welle an einem weiteren Generator gekoppelt ist, wobei die Drehrichtung der Rotoren entgegengesetzt oder gleichgerichtet ist.In order to further increase the efficiency, in a further particularly preferred embodiment of the invention, at least two generators are provided, wherein one shaft is coupled to a generator, while the other shaft is coupled to another generator, wherein the direction of rotation of the rotors is opposite or rectified ,

Figurenliste list of figures

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Strömungsenergieanlage ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Other objects, features, advantages and applications of the flow energy plant according to the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawing. All described and / or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of the summary in individual claims or their dependency.

In den Zeichnungen zeigen

  • 1 die Strömungsenergieanlage in einer perspektivischen Ansicht;
  • 2 die Strömungsenergieanlage in der Draufsicht;
  • 3a,3b die Strömungsenergieanlage in der Frontansicht sowie in perspektivischer Ansicht in einer Ausführungsform mit mehreren Rotormodulen;
  • 4 die Anordnung der Rotoren an einem Generator,
  • 5a,5b die Anordnung der Rotoren an zwei Generatoren.
In the drawings show
  • 1 the flow energy plant in a perspective view;
  • 2 the flow energy plant in plan view;
  • 3a . 3b the flow energy plant in the front view and in perspective view in an embodiment with a plurality of rotor modules;
  • 4 the arrangement of the rotors on a generator,
  • 5a . 5b the arrangement of the rotors to two generators.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

Wie aus 1 ersichtlich, umfasst die erfindungsgemäße Strömungsenergieanlage 1 vorzugsweise zwei Rotoren 10,11 mit jeweils drei Rotorblättern 100,110, wobei die Rotoren 10,11 über die gemeinsame, vertikal ausgerichtete Drehachse 20 mit dem mindestens einen Generator 12 verbunden sind.How out 1 can be seen, comprises the flow energy plant according to the invention 1 preferably two rotors 10,11, each with three rotor blades 100,110, wherein the rotors 10,11 on the common, vertically oriented axis of rotation 20 with the at least one generator 12 are connected.

Die vorliegend jeweils drei Rotorblätter 100,110 der beiden Rotoren 10,11 sind in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an jeweils einer gestellartigen Halterung 102,112 angeordnet, wobei die Halterung 112 des äußeren Rotors 11 derart ausgebildet ist, dass die Halterung 102 des inneren Rotors 10 innerhalb der Kreisbahn der Halterung 112 des äußeren Rotors 11 rotieren kann.The present three rotor blades 100,110 of the two rotors 10,11 are arranged in this preferred embodiment of the invention to a respective frame-like support 102,112, wherein the holder 112 the outer rotor 11 is formed such that the holder 102 of the inner rotor 10 within the circular path of the bracket 112 the outer rotor 11 can rotate.

2 veranschaulicht hierzu die Anordnung und Ausbildung der Halterungen 102,112 der Rotorblätter 100,110. Der Durchmesser der Halterung 102 ist gegenüber dem Durchmesser der Halterung 112 kleiner und erlaubt dadurch die rotierende Anordnung der Rotorblätter 100 des inneren Rotors 10 gegenüber dem äußeren Rotor 11. 2 illustrates the arrangement and design of the brackets 102,112 of the rotor blades 100,110. The diameter of the holder 102 is opposite the diameter of the bracket 112 smaller and thereby allows the rotating arrangement of the rotor blades 100 of the inner rotor 10 opposite the outer rotor 11 ,

In den 3a,3b ist eine Strömungsenergieanlage 1 in der Frontansicht sowie in perspektivischer Ansicht in einer Ausführungsform mit mehreren Rotormodulen 13 dargestellt. Hierbei sind mehrere übereinander angeordnete Rotorenmodule 13 vorgesehen, welche jeweils mindestens einen inneren Rotor 10 und mindestens einen äußeren Rotor 11 umfassen. Diese vorteilhafte Bauweise erlaubt eine sehr Platz sparende und dennoch effiziente Ausbildung der erfindungsgemäßen Strömungsanlage.In the 3a . 3b is a flow energy plant 1 in front view and in perspective view in an embodiment with a plurality of rotor modules 13 shown. Here are several superimposed rotors modules 13 provided, which in each case at least one inner rotor 10 and at least one outer rotor 11 include. This advantageous construction allows a very space-saving and yet efficient design of the flow system according to the invention.

Die Strömungsenergieanlage 1 ist in den dargestellten Ausführungen aus einem den Generator 12 beinhaltenden Gehäuse 14, einer diese tragende Grundplatte 15 sowie den auf dem Gehäuse befindlichen Rotoren 10,11 aufgebaut. Wie aus 1 sowie den 3a,3b ersichtlich, ist es weiterhin vorteilhaft, eine Abdeckung 16 vorzusehen, welche in einer weiteren Ausführungsform mit Solarzellen 160 ausgestattet ist.The flow energy plant 1 is in the illustrated embodiments of a generator 12 containing housing 14 , a supporting base plate 15 and the rotor located on the housing 10,11 constructed. How out 1 as well as the 3a . 3b As can be seen, it is also advantageous to have a cover 16 to provide, which in another embodiment with solar cells 160 Is provided.

4 zeigt die Anordnung der Rotoren 10,11 an einen Generator 12. Wie dargestellt, ist die Welle 111 des äußeren Rotors 11 am drehbaren Stator 120 des Generators 12 im Sinne eines Innenläufers gekoppelt, während die andere Welle 101 des inneren Rotors am drehbaren Rotor 121 des Generators 12 gekoppelt ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Halterung 112 des äußeren Rotors 11 unmittelbar mit der Welle 111 verbunden und die innere Welle 101 an der äußeren Welle innengelagert 113. Die innere Welle 101 führt zum bzw. ist gekoppelt mit dem Rotor 121 des Generators 12. 4 shows the arrangement of the rotors 10,11 to a generator 12. As shown, the shaft 111 the outer rotor 11 on the rotatable stator 120 of the generator 12 coupled in the sense of an inner rotor while the other shaft 101 of the inner rotor on the rotatable rotor 121 of the generator 12 is coupled. In the illustrated embodiment, the holder 112 the outer rotor 11 directly with the shaft 111 connected and the inner shaft 101 internal to the outer shaft 113. The inner shaft 101 leads to or is coupled to the rotor 121 of the generator 12 ,

Die äußere Welle 111 ist über ein an dem Gehäuse 14 vorgesehenes Flanschlager 17 fest gelagert.The outer wave 111 is about one on the housing 14 provided flange bearing 17 firmly stored.

Der Generator 12 umfasst Generatorspulen 122, ein Kopplungselement 123 für die Anordnung der Welle 111 des äußeren Rotors 11, Permanentmagnete 124 und ist an seinem unteren Ende über einen formschlüssigen Gleitkontakt an einem Schleifring 125 angeordnet, der eine elektrische Leistungsübertragung zwischen den gegeneinander rotierenden Bauteilen erlaubt.The generator 12 includes generator coils 122 , a coupling element 123 for the arrangement of the shaft 111 the outer rotor 11 , Permanent magnets 124 and is at its lower end via a positive sliding contact on a slip ring 125 arranged, which allows an electrical power transmission between the mutually rotating components.

Die 5a,5b zeigen die Anordnung der Rotoren an zwei Generatoren 12, 12a, wobei eine Welle 101 an einem Generator 12 gekoppelt ist, während die andere Welle 111 an einem weiteren Generator 12a gekoppelt ist, wobei die Drehrichtung der Rotoren 10,11 entgegengesetzt oder gleichgerichtet ist.The 5a . 5b show the arrangement of the rotors to two generators 12 . 12a where a wave 101 on a generator 12 is coupled while the other wave 111 at another generator 12a coupled, wherein the direction of rotation of the rotors 10,11 is opposite or rectified.

Die erfindungsgemäße Strömungsenergieanlage 1 beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Vielzahl von Ausgestaltungsvariationen denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch machen.The flow energy plant according to the invention 1 is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a variety of design variations are possible, which make use of the solution shown even with fundamentally different type of execution.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
StrömungsenergieanlageFlow energy installation
1010
innerer Rotorinner rotor
1111
äußerer Rotorouter rotor
1212
Generatorgenerator
12a12a
zweiter Generatorsecond generator
1313
Rotormodulerotor modules
1414
Gehäuse / Maschinenhaus mit ZutrittHousing / machine house with access
1515
Grundplattebaseplate
1616
Abdeckungcover
1717
FlanschlagerBearing
2020
Drehachseaxis of rotation
100100
Rotorblätter am inneren RotorRotor blades on the inner rotor
101101
Welle am inneren RotorShaft on the inner rotor
110110
Rotorblätter am äußeren RotorRotor blades on the outer rotor
111111
Welle am äußeren RotorShaft on the outer rotor
102102
Halterung am inneren RotorHolder on the inner rotor
112112
Halterung am äußeren RotorHolder on the outer rotor
113113
Lager innerer RotorBearing inner rotor
113a113a
Lager äußerer RotorBearing outer rotor
120120
Stator des GeneratorsStator of the generator
121121
Rotor des GeneratorsRotor of the generator
122122
Generatorspulegenerator coil
123123
Kopplungselementcoupling element
124124
Permanentmagnetepermanent magnets
125125
Schleifringslip ring
160160
Solarzellensolar cells
161161
Träger der AbdeckungCarrier of the cover

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 202014006135 U1 [0002]DE 202014006135 U1 [0002]
  • DE 102014005164 A1 [0003]DE 102014005164 A1 [0003]
  • EP 2538529 A3 [0004]EP 2538529 A3 [0004]
  • DE 60010843 T2 [0005]DE 60010843 T2 [0005]

Claims (5)

Strömungsenergieanlage (1), die aus der Strömungsenergie gasförmiger oder flüssiger Medien, unabhängig von der Strömungsrichtung, mechanische Energie generiert und diese mit mindestens einem Generator (12) in elektrische Energie umwandelt, wobei die Strömungsenergieanlage mindestens zwei Rotoren (10,11) mit jeweils mindestens einem Rotorblatt (100,110) umfasst, dadurch gekennzeichnet , dass die mindestens zwei Rotoren (10,11) an einer gemeinsamen, vertikal ausgerichteten Drehachse (20) angeordnet sind, wobei jedem Rotor (10,11) eine entlang der Drehachse (20) verlaufende, vertikal ausgerichteten Welle (101,111) zugeordnet ist, welche mit dem mindestens einen Generator (12) gekoppelt ist, wobei die Rotorblätter (100,110) der Rotoren (10,11) derart ausgebildet und an der Strömungsenergieanlage (1) angeordnet sind, dass das mindestens eine Rotorblatt (100) des inneren Rotors (10) innerhalb der Kreisbahn des mindestens einen Rotorblatts (110) des äußeren Rotors (11) rotiert.Flow energy plant (1), which generates from the flow energy of gaseous or liquid media, regardless of the direction of flow, mechanical energy and converts it with at least one generator (12) into electrical energy, the flow energy plant at least two rotors (10,11), each with at least a rotor blade (100, 110), characterized in that the at least two rotors (10, 11) are arranged on a common, vertically oriented axis of rotation (20), each rotor (10, 11) extending along the axis of rotation (20), is associated with the at least one generator (12), wherein the rotor blades (100,110) of the rotors (10,11) are formed and arranged on the flow energy plant (1) that the at least one Rotor blade (100) of the inner rotor (10) within the circular path of the at least one rotor blade (110) of the outer rotor (11) rotates. Strömungsenergieanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass eine Welle (101) am drehbaren Stator (120) des mindestens einen Generators (12) gekoppelt ist, während die andere Welle (111) am drehbaren Rotor (121) des Generators (12) gekoppelt istFlow energy plant (1) after Claim 1 characterized in that one shaft (101) is coupled to the rotatable stator (120) of the at least one generator (12) while the other shaft (111) is coupled to the rotatable rotor (121) of the generator (12) Strömungsenergieanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Drehrichtung der Rotoren (10,11) entgegengesetzt ist.Flow energy plant (1) after Claim 2 , characterized in that the direction of rotation of the rotors (10,11) is opposite. Strömungsenergieanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Generatoren (12) vorgesehen sind, wobei eine Welle (101) an einem Generator (12) gekoppelt ist, während die andere Welle (111) an einem weiteren Generator (12) gekoppelt ist, wobei die Drehrichtung der Rotoren (10,11) entgegengesetzt oder gleichgerichtet ist.Flow energy plant (1) after Claim 1 characterized in that at least two generators (12) are provided, one shaft (101) being coupled to one generator (12) while the other shaft (111) is coupled to another generator (12), the direction of rotation being Rotors (10,11) is opposite or rectified. Strömungsenergieanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere übereinander angeordnete Rotorenmodule (13) vorgesehen sind, welche jeweils mindestens einen inneren Rotor (10) und mindestens einen äußeren Rotor (11) umfassen.Flow energy plant (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of superposed rotors modules (13) are provided which each comprise at least one inner rotor (10) and at least one outer rotor (11).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2538529A2 (en) 2011-06-23 2012-12-26 Rolls-Royce plc An electrical machine with contra-rotating rotors
DE202014006135U1 (en) 2014-08-01 2015-08-04 Detlef Bechlem Wind turbine with two rotors
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