DK176233B1 - Vindenergianlæg med lynbeskyttelsesindretning - Google Patents

Description

DK 176233 B1

Titel: Vindenergianlæg med lvnbeskvttelsesmdretning

Den foreliggende opfindelse angår et vindenergianlæg med en lynbeskyttelse-sindretning, hvor vindenergianlægget omfatter et antal vinger, der forløber i det væ-5 sentlige radialt ud fra et nav og sammen med dette udgør en rotor.

Det er kendt at forsyne vinger med lynbeskyttelsessystemer for at beskytte dem mod lynnedslag. Eksempelvis kendes der fra WO 96/07825 et lynbeskyttelsessystem, hvor vingens tip er forsynet med en såkaldt lynreceptor af elektrisk ledende materia-10 le. Denne lynreceptor kan ’’fange” et lynnedslag og lede strømmen gennem en lyn-nedleder, som strækker sig i vingens længderetning, og som via navet er jordforbundet. Dette system har vist sig at give en særdeles effektiv beskyttelse.

Der er dog risiko for, at der kan ske et overslag eller gnistspring fra lynreceptoren 15 eller lynnedlederen til samlinger af vand i vingen, idet vandet er elektrisk ledende. I dette tilfælde vil lynstrømmen opvarme vandet, så at der kan opstå en ’’dampeksplo-sion”. Dette kan medføre så kraftige trykstigninger, at vingen beskadiges. Overslag kan også forekomme på grund af aflejringer af eksempelvis partikler fra luften, salte eller insekter på vingernes overflade. Skaderne der forekommer på grund af overslag 20 medfører, at vingen skal repareres eller i værste fald udskiftes, hvilket er en tidskrævende og dyr proces, idet det er kompliceret at udføre reparationer eller udskiftning af vinger - især ved off-shore vindenergianlæg.

Endvidere er det problematisk at indrette lynreceptoren og lynnedlederen i vinger af 25 kulfibre, idet kulfibre typisk også vil være elektrisk ledende.

Fra WO 94/25752 kendes et vindenergianlæg med en lynsikringsindretning. Vindenergianlægget har et tårn, der bærer en rotor med vinger, og en generator, som er drevet af rotoren. Vindenergianlægget er udstyret med en jordet lynafleder, som kan 30 udløses, og som er koblet til en tordenvejrsdetektor, der er indrettet til at udløse lyn- DK 176233 B1 2 aflederen. Når lynaflederen er udløst, rager den ud forbi rotorens vinger. Rotoren stoppes, når tordenvejrsdetektoren udløser lynaflederen.

Formålet med opfindelsen er at anvise en ny og forbedret lynbeskyttelsesindretning 5 til vindenergianlæg.

Formålet er ifølge opfindelsen opnået ved, at der mellem to hosliggende vinger er anbragt et lynbeskyttelsesorgan, som er elektrisk ledende. Da lynbeskyttelsesorganet er placeret uden for en vinge vil risikoen for overslag til vingerne herved være kraf-10 tigt reduceret.

Ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen omfatter vindenergianlægget tre vinger og tre lynbeskyttelsesorganer. I en særlig udførelsesform er vingerne skalemner, der fortrinsvis er fremstillet af et glasfiber- eller kulfiberarmeret polymerma-15 teriale. Rotoren er fortrinsvis monteret på en i det væsentlige vandret hovedaksel.

Ifølge opfindelsen kan lynbeskyttelsesorganet være udformet som et langstrakt organ, der forløber i det væsentlige radialt ud fra navet. På denne måde vil lynbeskyt-telsesorganeme komme til at rage højt i vejret, når rotoren bringes til rotation af vin-20 den. Da lynbeskyttelsesorganet er elektrisk ledende vil et eventuelt lynnedslag ’’foretrække” at slå ned i dette, og lynstrømmen kan via lynbeskyttelsesorganet sendes til det jordforbundne nav. Man kan også tænke sig udførelsesformer, hvor der er et gnistgab mellem navet og lynbeskyttelsesorganet.

25 Ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er hvert lynbeskyttelsesorgan placeret i det væsentlige midt mellem to hosliggende vinger. Herved vil lynbeskyt-telsesorganeme være placeret så langt væk fra vingerne som muligt i rotorplanet, hvorved risikoen for et overslag til vingerne minimeres.

DK 176233 B1 3

Ifølge opfindelsen kan lynbeskyttelsesorganet være fastholdt af et holdeorgan, der er forbundet mellem lynbeskyttelsesorganet og mindst én vinge. Holdeorganet er fortrinsvis langstrakt og har form som en snor, en wire eller en stang.

5 Ifølge en foretrukken udførelsesform for vindenergianlægget ifølge opfindelsen er lynbeskyttelsesorganet fastholdt ved hjælp af et holdeorgan mellem dette og hver af de to hosliggende vinger.

Holdeorganet er fortrinsvis forbundet ved vingernes tip, så at holdeorganet far så 10 stor afstand som muligt fra vindenergianl æggets nav. Holdeorganet kan være forbundet til vingerne via et drej el ed og/eller et fj ederled. På denne måde kan holdeorganet bruges i forbindelse med et pitchreguleret (bladvinkelreguleret) vindenergian-læg.

15 Ifølge en særlig udførelsesform er holdeorganeme i det mindste områdevist fremstillet af et ikke elektrisk ledende materiale. På denne måde sikres det, at lynstrømmen ikke bliver ført over i vingerne. Holdeorganet kan f.eks. være forbundet til lynbeskyttelsesorganet og vingerne via et elektrisk isolerende materiale, såsom et forbindelsesled af keramik. Hele holdeorganet kan naturligvis også være fremstillet af 20 et ikke elektrisk ledende materiale.

Holdeorganeme kan være i det mindste områdevist fjedrende. Alternativt kan holdeorganeme være fremstillet af et fleksibelt materiale. På denne måde vil holdeorganeme kunne give sig, så at lynbeskyttelsesorganeme kan bevæge sig en lille smule.

25

Ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er lynbeskyttelsesorganet udformet med et bæreplanslignende profil. Dette kan f.eks. være et såkaldt stræberpro-fil, hvor profilet har en symmetrisk dråbeform. På denne måde reduceres lynbeskyttelsesorganets vindmodstand, og støjgener kan mindskes. I nogle tilfælde kan lyn-30 beskyttelsesorganeme endda have et særligt bæreplansprofil, så at de bidrager til vindenergianlæggets produktion.

DK 176233 B1 4

Lynbeskyttelsesorganerne kan være længere end, kortere end eller have i hovedsagen samme længde som vingerne. De skal dog være så lange, at det gøres uattraktivt for lynet at slå ned i en af vingerne.

5 Ifølge en foretrukken udførelsesform for opfindelsen er de modsat af navet vendende ender af lynbeskyttelsesorganeme udstyret med en lynreceptor, f.eks. i form af en såkaldt Franklin rod.

Desuden kan vingerne være coatet med et materiale, der minimerer aflejringer af 10 f.eks. partikler fra luften, saltvand eller insekter på vingerne. På denne måde gøres det endnu mindre attraktivt for lynet at slå ned i vingerne.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret ved hjælp af udførelsesformer, der er vist på tegningen, på hvilken 15 fig. 1 skematisk viser en første udførelsesform for et vindenergianlæg ifølge opfindelsen, fig. 2 en anden udførelsesfoim for et vindenergianlæg ifølge opfindelsen, 20 fig. 3 en tredje udførelsesform for et vindenergianlæg ifølge opfindelsen, fig. 4 en Qerde udførelsesform for et vindenergianlæg ifølge opfindelsen, 25 fig. 5 et snit efter linjen I-I i fig. 1, fig. 6 en første udførelsesform for en sammenkobling mellem en vingetip og holde-organer, og 30 fig. 7 en anden udførelsesfonn for en sammenkobling mellem en vingetip og holde-organer.

DK 176233 B1 5

Det i fig. 1 viste vindenergianlæg 1 omfatter et tårn 6, som understøtter en nacelle 5, der også kaldes en møllehat. Ud fra nacellen 5 rager en i det væsentlige vandret ho-vedaksel, hvorpå der er monteret en rotor, der omfatter et nav 3 og et antal vinger 2.

Denne rotor kan bringes til rotation af vinden. Vindenergianlægget 1 er fortrinsvis 5 en såkaldt forløber, hvor vinden rammer rotoren før tårnet 6, og hvor nacellen 5 kan krøjes, dvs. dreje omkring en lodret akse i forhold til tårnet 6, hvorved rotoren kan indstilles efter den aktuelle vindretning. Desuden vil vindenergianlægget 1 fortrinsvis som vist i fig. 1 have tre vinger 2, som forløber i det væsentlige radialt ud fra navet 3, og som er udformet som skalemner af et glasfiber- eller kulfiberarmeret poly-10 mermateriale.

Det særegne ved det i fig. 1 viste vindenergianlæg 1 er, at den har tre lynbeskyttelsesorganer 4, der er udformet som langstrakte organer, der forløber radialt ud fra navet 3. Hvert lynbeskyttelsesorgan 4 er udstyret med en lynreceptor 8 af f.eks. wolfram.

15 Lynreceptoren 8 er i en foretrukken udførelsesform udformet som en såkaldt Franklin rod. Selve lynnedlederdelen af lynbeskyttelsesorganet 4 er elektrisk forbundet til navet 3, og lynstrømmen fra et lyn, der rammer et af Iynbeskyttelsesorganeme 4, kan herved ledes til jord via navet, som er jordforbundet via en ikke vist lynnedleder, der f.eks. gennem tårnet og nacellen kan være forbundet til et jordspyd. Der kan også 20 være et gnistgab mellem lynbeskyttelsesorganet 4 og navet 3. Lynnedledeme og jordspydet kan være kobberledere eller af ethvert andet elektrisk ledende materiale.

Lynbeskyttelsesorganeme 4 har i den i fig. 1 viste udførelsesform hovedsageligt samme længde som vingerne 2. Herved vil lynbeskyttelsesorganeme 4 rage lige så 25 meget op i luften som vingerne 2, når vindenergianlæggets 1 rotor drejer. På denne måde gøres det uattraktivt for et lyn at slå ned i en af vingerne 2, da lynbeskyttelsesorganeme 4 er bedre elektriske ledere. Lynbeskyttelsesorganeme 4 er placeret radialt midt mellem to hosliggende vinger 2. På denne måde maksimeres afstanden mellem et lynbeskyttelsesorgan 4 og en vinge 2, hvorved risikoen for et overslag eller 30 gnistspring minimeres.

DK 176233 B1 6

Hvert lynbeskyttelsesorgan 4 fastholdes af et holdeorgan 7, fortrinsvis i form af en wire, en snor eller en stang, der er fastspændt mellem to hosliggende vinger 2.

I fig. 2 ses en anden udførelsesform for vindenergianlægget 1 ifølge opfindelsen.

5 Ifølge denne udførelsesform er lynbeskyttelsesorganeme 4 kortere end vingerne 2.

Dette gør fastholdelsen af lynbeskyttelsesorganeme 4 mere stabil. Selv om lynbeskyttelsesorganeme 4 under rotation af rotoren ikke rager så meget i vejret, vil et lynnedslag stadig ’’foretrække” at slå ned i en af lynbeskyttelsesorganeme 4, idet disse er bedre elektriske ledere end vingerne 2.

10

Fig. 3 viser en udførelsesform, hvor hvert af lynbeskyttelsesorganeme 4 er todelt med en yderste stiv del 9 og en inderste fleksibel del 10. Den stive del 9 er fastholdt af to wirer 7, 7”, der sikrer, at den peger radialt ud fra navet 5. Den fleksible del 10 kan være et fleksibelt, elektrisk kabel. På denne måde vil den stive del 9 kunne be-15 væge sig uden, at der påføres unødige belastninger på den inderste del 10 af lynbeskyttelsesorganet 4 eller navet 3.

Den i fig. 3 viste udførelsesform har lynbeskyttelsesorganer 4, der er kortere end vingerne 2, mens fig. 4 viser en tilsvarende udførelsesform, hvor lynbeskyttelsesor-20 ganerne 4 har i det væsentlige samme længe som vingerne 2. Ifølge den i fig. 4 viste udførelsesform fastholdes den stive del 9 ligeledes af to wirer 7, 7’.

For at reducere vindmodstanden af og støjgener fra lynbeskyttelsesorganeme 4 er disse som vist i fig. 5 fortrinsvis udformet med et såkaldt stræberprofil, hvor profilet 25 har en symmetrisk dråbeform. Profilet kan dog også udformes med en konventionel vingeform eller lignende, så at lynbeskyttelsesorganeme 4 bidrager til vindenergianlæggets 1 produktion. De forskellige profiler kan fremstilles ved at indstøbe et kabel i glasfiber. Kablet kan eksempelvis have et tværsnitsareal på 50 mm2.

30 For at lynbeskyttelsesorganeme 4 kan bruges i forbindelse med pitchregulerede vindenergianlæg, kan holdeorganeme som vist i fig. 6 være forsynet med et fjeder- DK 176233 B1 7 led 11, som kan give sig, når vingerne 2 pitchreguleres. Holdeorganeme 7 kan også som vist i fig. 7 være forbundet med vingen via et dreje- eller kugleled 12. Holdeorganeme kan selvfølgelig omfatte både et fjederled 11 og et kugleled 12. Alternativt kan hele holdeorganet være udformet af et fleksibelt materiale, så at det kan give sig, 5 når vingerne 2 pitchreguleres. Dette vil også medføre, at lynbeskyttelsesorganeme 4 uden problemer vil kunne bevæge sig en lille smule.

Forbindelsesledene mellem wireme 7 og vingerne 2 samt mellem wireme 7 og lynbeskyttelsesorganeme 4 kan være fremstillet af et elektrisk ikke ledende materiale, 10 såsom keramik eller et polymermateriale. På denne måde kan det være tilladeligt, at dele af wireme 7 kan bestå af f.eks. en stålwire.

Opfindelsen er blevet beskrevet under henvisning til foretrukne udførelsesformer.

Der kan foretages mange ændringer uden, at man herved afviger fra opfindelsens 15 idé. Modifikationer og variationer, der vil være indlysende for fagfolk, betragtes som faldende inden for den foreliggende opfindelses rækkevidde. Eksempelvis kan der være placeret to eller flere lynbeskyttelsesorganer mellem to hosliggende vinger. Alternativt kan den yderste del af lynbeskyttelsesorganeme være tvedelte. Lynbeskyttelsesorganeme behøver heller ikke nødvendigvis være placeret midt mellem 20 to hosliggende vinger, men kan ligge tættere på den ene vinge. På denne måde kan man øge sandsynligheden for, at et lynbeskyttelsesorgan vil rage højere op end vingerne i øjeblikket for et lynnedslag.

Liste over henvisningstal 25 1 vindenergianlæg 2 vinge 3 nav 4 lynbeskyttelsesorgan 30 5 nacelle 6 tårn DK 176233 B1 8 7 holdeorgan / wire / stang 8 lynreceptor 9 stiv del 10 fleksibel del 5 11 ij ederled 12 drej eled / kugleled

Claims (10)

1. Vindenergianlæg (1) med en lynbeskyttelsesindretning, hvor vindenergianlægget (1) omfatter et antal vinger (2), der forløber i det væsentlige radialt ud fra et nav 5 (3) og sammen med dette udgør en rotor, kendetegnet ved, at der mellem to hoslig gende vinger (2) er anbragt et lynbeskyttelsesorgan (4), som er elektrisk ledende.

2. Vindenergianlæg (1) ifølge krav 1, kendetegnet ved, at vindenergianlægget (1) omfatter tre vinger (2) og tre lynbeskyttelsesorganer (4).

3. Vindenergianlæg (1) ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at lynbeskyttelsesorganet (4) er et langstrakt organ, der forløber i det væsentlige radialt ud fra navet (3) .

4. Vindenergianlæg (1) ifølge et af de foregående krav, kendetegnet ved, at hvert lynbeskyttelsesorgan (4) er placeret i det væsentlige midt mellem to hosliggende vinger (2).

5. Vindenergianlæg (1) ifølge et af de tidligere krav, kendetegnet ved, at lyn-20 beskyttelsesorganet (4) er fastholdt af et holdeorgan (7), der er forbundet mellem lynbeskyttelsesorganet (4) og mindst en vinge (2).

6. Vindenergianlæg (1) ifølge krav 5, kendetegnet ved, at lynbeskyttelsesorganet (4) er fastholdt ved hjælp af et holdeorgan (7) mellem dette og hver af de to hoslig-25 gende vinger (2).

7. Vindenergianlæg (1) ifølge krav 5-6, kendetegnet ved, at holdeorganeme (7) i det mindste områdevist er fremstillet af et ikke elektrisk ledende materiale, så at lynbeskyttelsesorganet (4) og vingen (2) er indbyrdes elektrisk isoleret. 30 DK 176233 B1 10

8. Vindenergianlæg (1) ifølge et af kravene 5-7, kendetegnet ved, at holdeorga-neme (7) i det mindste områdevist er fjedrende.

9. Vindenergianlæg (1) ifølge et af kravene 8, kendetegnet ved, at holdeorganer-5 ne (7) er fremstillet af et fleksibelt materiale.

9 DK 176233 B1

10. Vindenergianlæg (1) ifølge et af de tidligere krav, kendetegnet ved, at lynbeskyttelsesorganet (4) er udformet med et bæreplanslignende profil. 10