JP2020528979A - 風力変換モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
−空気流動が変化する条件下で時点毎に、モジュールの最大風力エネルギー効率がえられない結果をもたらす、モジュールの速度を制御できないこと。
−本システムが羽根面積及び設置される発電機容量を変化させることができないため、システムが有効である風速の範囲が狭い。いくつかの推定によると、従来の風力発電機が最適な性能で動作するのは、15%以下の確率である。他の日では、風力は、動作するには非常に弱く、または非常に強い場合がある。
−高速時にのみ効果的な動作モードを達成し、大容量の超低周波の発生、動物及び人々に対する危険性、鳥の集団死、プラントの周囲に制限領域を作る必要性をもたらす。
−高価な構造材料及び技術を使用することに至らしめる構造要素の高搭載。
−輸送及び設置に特有の輸送及び設置作業が必要になる、大きな寸法で重い構造部品。
−構造の低い保全性。任意の大型部品の交換に、特有の輸送及び設置作業を繰り返す必要がある。
−いずれかの部品の故障時に、修復が完了するまで、稼働停止時間を生じさせる構造の操作性の喪失。
−風力エネルギー受信部は、羽根のプロファイル形状で作成することが好ましい。
−風力エネルギー受信部は、変化する空気力学的なプロファイル及び/または面積を持つ羽根の形状で作成されることができる。
−風力エネルギー受信部は、また、少なくとも1つの帆の形状で作成されることができる。
−風力エネルギー受信部は、主要なプロファイル及び少なくとも1つの傾斜フラップを含む複合の空気力学的プロファイルを持つ羽根の形状で作成されることができる。
−風力エネルギー受信部は、中間部分でケーシングに取り付けられることが好ましく、それにより、風に吹かれるときに風力エネルギー受信部からケーシング上への片持ち荷重が平衡する。
−モジュールがガイドベルトに沿って水平に移動するとき、風力エネルギー受信部は垂直に配向される。
−モジュールがガイドベルトに沿って垂直に移動するとき、風力エネルギー受信部は水平に配向される。
−ケーシングは、レールトラックに沿って、具体的には、モノレールに沿って移動するように構成されることができる。
−ガイドベルトに沿ったケーシングの移動は、磁気ベアリングで実施されることができる。
−電気エネルギー発生デバイスはロータリー型のものであり得、ガイドベルトに関連付けられる接触ガイドとの力相互作用は機械的なものである。
−別の実施形態では、電気エネルギー発生デバイスはリニア発電機の可動部分であり得、ガイドベルトに関連付けられる接触ガイドとの力相互作用は電磁気的なものである。
−リニア発電機の可動部分は、歯上の巻線により軟磁性鋼鉄のレールの形状で作成される接触ガイドとの電磁的相互作用によってモジュールが移動しているとき、電気を発生するように構成される短いレールの形状で作成されることができる。
−制御システムは、短いレールの歯及び接触ガイドのギヤレールを付勢するように構成される、電子制御モジュールを備える。
−機械的力相互作用は、ギヤによって形成される歯車装置と、固定ギヤレールの形状で作成された接触ガイドとによって行われることができる。
−発電機は、羽根誘導型発電機の形状で作成されることができる。
−制御システムは、発電機をモータモードに変えるように構成され得る。
−風速及び風向センサは、ケーシング上に設置されることができる。
−制御システムは、情報をセンサから受信し、センサからの情報を使用するアルゴリズムに従って、風力エネルギー受信部の駆動配向によって最適な方法で風力エネルギー受信部を配向するように構成される。
−風力エネルギー受信部の駆動部はサーボ駆動であることが好ましい。
−制御システムは、風力エネルギー受信部の配向を変化させるための補助の空気力学的コントローラを含み得る。
−また、制御システムは、羽根モードに移行するまで、空気力学的プロファイルを変化させる、及び/または羽根の面積を変化させるように構成され得る。
−ケーシングは、ガイドベルト及び接触ガイドを清掃するための搭載式除雪機を備える。
安全上の理由、環境保全性、心理的快適性に関して10m/s〜15m/s、
空気力学的ノイズに関して60m/s、
転回するときの遠心力による過負荷に関して5m/s〜30m/s、
に制限されるべきである。
入力パラメータ:
−見掛けの風速、
−見掛けの風向、
−実際の風速、
−実際の風向、
−モジュール速度、
−モジュール間距離、
−ターンオーバー点を通過するモジュール。
−見掛けの風に対する羽根設定角度、
−主要の羽根プロファイルに対するフラップ設定角度(フラップ付きの羽根を使用する時)、
−羽根面積、
−モジュール速度、
見掛けの風に対する羽根設定角度は、羽根回転サーボ駆動を使用して、または、サーボ駆動型補助空気力学的表面(安定器)を用いて設定される。見掛けの風は、直接移動する羽根によって受け取られる風であり、実際の風力ベクトルでの風力発電機の動作から生じる全ての速度ベクトルの加算の結果である。
−全体として、モジュールを用いてできる限り最大の風力エネルギー使用係数(CWEU)を確保する。それぞれの総羽根面積に関して、風力発電機のCWEUが最大である最適速度(ベルトに沿った羽根速度と実際の風速との比率)がある。速度制御システムは、ベルトのこの区分の最大許容速度、ベルト上のモジュールの均等分布、モジュールの衝突の防止、発生する交流/直流電流の所与の周波数を維持する必要性と、発電機電気効率が最大となる速度を考慮する必要性という制限を考慮し、速度センサ及び実際のまたは見掛けの風方向センサからのデータ、モジュールの速度センサからのデータ、他のモジュールの位置についてのデータを受信し、発電機の制動トルクを調節し、最適速度を常に維持する。
−起動時に抵抗する、モジュールの能力を確保にする。ほとんどの発電機は、風力発電機が微風で起動することを防止するかなりの起動抵抗力を有する。羽根誘導技術は、制御システムが、モジュール速度センサからデータを受信し、起動抵抗力を最小にすることを可能にして起動を容易にする。
−モジュールの緊急停止を確保にする。風速が安全動作制限を超える場合、制御システムは、実際の風速センサまたは見掛けの風速センサからデータを受信し、全てのモジュールの発電機の完全な制動を行う。
−モジュールのベルトへの入力、モジュールのベルトからの出力、モジュールの貯蔵部への輸送の輸送動作の性能を確保にする。
Claims (23)
- 風力エネルギー変換モジュールであって、
前記ガイドベルトに沿って移動するように構成されるケーシングと、
前記ケーシング上に搭載される少なくとも1つの風力エネルギー受信部と、
前記風及び前記ケーシングに対する前記風力エネルギー受信部の配向駆動部と、
制御システムと、
前記ガイドベルトに沿った前記ケーシングの移動中及び前記ガイドベルトに関連付けられる接触ガイドとの力相互作用中、電気エネルギーを発生するように構成される電気エネルギー発生デバイスと、を備え、
前記制御システムは、前記電気エネルギー発生デバイスの制動力を変化させることによって、前記モジュールの速度を変化させるように構成される、風力エネルギー変換モジュール。 - 前記風力エネルギー受信部は、羽根プロファイルの形状で作成されている、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記風力エネルギー受信部は、変化する空気力学的プロファイルを伴う羽根の形状で作成されている、及び/または変化する面積プロファイルを伴う羽根の形状で作成されている、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記風力エネルギー受信部は、少なくとも1つの帆の形状で作成されている、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記風力エネルギー受信部は、主要プロファイル及び少なくとも1つの傾斜フラップを含む複合の空気力学的プロファイルを伴う羽根の形状で作成されている、請求項2に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 風力エネルギー受信部は、その中間部分で前記ケーシングに取り付けられ、それにより、前記風に吹かれるときの前記風力エネルギー受信部からの前記ケーシング上の片持ち荷重は平衡する、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記モジュールが前記ガイドベルトに沿って水平に移動するとき、前記風力エネルギー受信部は垂直に配向される、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記モジュールが前記ガイドベルトに沿って垂直に移動するとき、前記風力エネルギー受信部は水平に配向される、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記ケーシングは、レールトラックに沿って、またはモノレールに沿って、移動するように配置される、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記ガイドベルトに沿って前記ケーシングを移動させる実現性は、磁気ベアリングによって実施される、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記電気エネルギー発生デバイスはロータリー型の電気エネルギー発生デバイスであり、前記ガイドベルトに関連付けられる前記接触ガイドとの前記力相互作用は機械的なものである、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記電気エネルギー発生デバイスはリニア発電機の可動部分であり、前記ガイドベルトに関連付けられる前記接触ガイドとの前記力相互作用は電磁気的なものである、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記リニア発電機の前記可動部分は、歯上の巻線により軟磁性鋼鉄のレールの形状で作成される接触ガイドとの電磁相互作用に起因して前記モジュールが移動しているとき、電気を発生するように構成される短いレールの形状で作成されている、請求項12に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記制御システムは、前記短いレールの前記歯及び前記接触ガイドのギヤレールを付勢するように構成される、電子制御モジュールを備える、請求項13に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記機械力相互作用は、ギヤによって形成される歯車装置と、固定ギヤレールの形状で作成された接触ガイドとによって行われることができる、請求項11に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記電気エネルギー発生デバイスは、羽根誘導型発電機の形状で作成されている、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記制御システムは、前記電気エネルギー発生デバイスを前記モータモードに移行するように構成される、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 風速センサ及び風向センサは前記ケーシング上に設置される、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記制御システムは、情報を前記センサから受信し、前記センサからの情報を使用するアルゴリズムに従って、前記風力エネルギー受信部の駆動配向によって最適な方法で前記風力エネルギー受信部を配向するように構成される、請求項18に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記風力エネルギー受信部の前記駆動部はサーボ駆動である、請求項19に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記制御システムは、前記風力エネルギー受信部の前記配向を変化させるための補助空気力学的コントローラを備える、請求項19に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記制御システムは、前記羽根モードに移行するまで、前記空気力学的プロファイルを変化させる、及び/または前記羽根の前記面積を変化させるように構成される、請求項19に記載の風力エネルギー変換モジュール。
- 前記ケーシングは、前記ガイドベルト及び前記接触ガイドを清掃するための搭載式除雪機を備える、請求項1に記載の風力エネルギー変換モジュール。
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