NL1013205C2 - Werkwijze en inrichting voor het benutten van windenergie en elektriciteit opgewekt door het toepassen van de werkwijze of de inrichting. - Google Patents

Description

Werkwijze en inrichting voor het benutten van windenergie en elektriciteit opgewekt door het toepassen van de werkwijze of de inrichting

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het benutten van windenergie, waarbij een luchtstroom langs een de stromingsnelheid verhogend element wordt geleid onder oplevering van een onderdrukzone, waarbij de door het de stromingsnelheid verhogende element verkregen onderdrukzone wordt gebruikt 5 voor het genereren van een tweede fluïdumstroom in een leiding met een invoerope-ning en een afvoeropening door het plaatsen van de afvoeropening van de leiding in de onderdrukzone, welke in de leiding gegenereerde tweede fluïdumstroom vervolgens op een stroomopwaarts ten opzichte van de afvoeropening gelegen plaats wordt gebruikt voor het opwekken van energie.

10 Een werkwijze voor het benutten van windenergie is bekend uit de praktijk en wordt onder meer toegepast onder gebruikmaking van windmolens. Hierbij vormt het blad van de windmolen een de stromingsnelheid verhogend element onder oplevering van een onderdrukzone.

Het nadeel van de bovengenoemde bekende werkwijze is dat gebruik 15 gemaakt wordt van een ronddraaiend of anderszins dynamisch element voor het verkrijgen van de onderdrukzone. Deze dynamische elementen dienen bestand te zijn tegen zeer zware weersomstandigheden, zoals bijvoorbeeld tegen een storm met windsnelheden van orkaankracht. Hiertoe dienen de dynamische elementen zeer zwaar en in zeer duurzame en kostbare materialen te zijn uitgevoerd teneinde te 20 voorkomen dat de elementen losraken.

Een verder nadeel van de bovengenoemde bekende werkwijze is dat, mede doordat gebruik wordt gemaakt van zich onder invloed van de weersomstandigheden bevindende, bewegende onderdelen, onderhoud van deze bewegende onderdelen noodzakelijk is. Dit onderhoud is bovendien zeer kostbaar, aangezien deze 25 bewegende onderdelen zich meestal hoog boven de grond bevinden.

Een ander nadeel van de bekende werkwijze is dat de toepassing ervan een aanzienlijke horizonvervuiling levert. Zo worden bijvoorbeeld windmolens meestal in het open veld geplaatst, waardoor ze des te meer opvallen. Plaatsing van 101 320 5·^ - 2 - windmolens in bewoonde omgeving is echter niet goed mogelijk gezien het gevaar van het losraken van bewegende onderdelen. Ook is het plaatsen van een windmolen op een gebouw niet mogelijk vanwege de zware constructie van de windmolen en de trillingen die in gebruik worden veroorzaakt door bijvoorbeeld vibraties in de be-5 wegende delen van de windmolen.

Verder levert de bekende werkwijze een aanzienlijke geluidshinder, die wordt veroorzaakt door het draaien van bewegende onderdelen, zoals de bladen van een windmolen.

Bovendien vallen veel slachtoffers onder (trek)vogels doordat zij te-10 rechtkomen tussen de draaiende bladen van de windmolen.

Het uittreksel van JP-57206778 heeft betrekking op een werkwijze voor het benutten van stromingsenergie onder gebruikmaking van de venturiwer-king van een waterstroom.

FR-2.379.709 heeft betrekking op een oriënteerbare vleugel voor het 15 benutten van windenergie.

US-4.076.448 heeft betrekking op een waterturbine voor het benutten van de energie van een waterstroom.

WO 91/17359 heeft betrekking op een hydro-elektrisch energiecon-versiesysteem, waarbij de energie van een waterstroom wordt benut.

20 Een werkwijze volgens de aanhef is bekend uit US-5.709.419.

US-5.709.419 heeft betrekking op een werkwijze en inrichting voor het onder benutting van het Bemoulli-effect verzamelen van energie uit wind en het omzetten ervan in bruikbare energievormen.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een gelijkmatige 25 tweede fluïdumstroom in de leiding te verschaffen, waardoor een voor het uit de tweede fluïdumstroom opwekken van energie te gebruiken middel, zoals een turbine, niet te zwaar wordt belast. Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding bereikt door een werkwijze voor het benutten van windenergie, waarbij een luchtstroom langs een de stromingsnelheid verhogend element wordt geleid onder opleve-30 ring van een onderdrukzone waarbij dat de door het de stromingsnelheid verhogende element verkregen onderdrukzone wordt gebruikt voor het genereren van een 1013205^ - 3 - tweede fluïdumstroom in een leiding met een invoeropening en een afvoeropening door het plaatsen van de afvoeropening van de leiding in de onderdrukzone, welke in de leiding gegenereerde tweede fluïdumstroom vervolgens op een stroomopwaarts ten opzichte van de afvoeropening gelegen plaats wordt gebruikt voor het opwekken 5 van energie, met het kenmerk, dat de onderdruk stroomafwaarts ten opzichte van de plaats voor het opwekken van energie wordt gebufferd.

Hierdoor wordt een gelijkmatige tweede fluïdumstroom in de leiding verkregen, waardoor een voor het uit de tweede fluïdumstroom opwekken van (bijvoorbeeld mechanische of elektrische) energie te gebruiken middel, zoals bijvoor-10 beeld een turbine, niet te zwaar wordt belast. De onderdruk in de leiding kan bijvoorbeeld in het geval van lucht als tweede fluïdumstroom worden gebufferd door het opnemen van een bufferkamer of buffervat in de leiding, of door het lokaal verbreden van de leiding.

Met de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt met een-15 voudige middelen windenergie benut. Een belangrijk voordeel van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is dat er geen zichtbaar draaiende delen worden gebruikt. Dit levert in geval van windenergie zodoende minder horizonvervuiling. Bovendien zal er volgens de uitvinding minder onderhoud benodigd zijn, aangezien er geen - meestal onderhoudsgevoelige - bewegende onderdelen aan barre weersom-20 standigheden behoeven te worden blootgesteld. Ook vallen er bij de werkwijze volgens de uitvinding geen slachtoffers onder vogels.

Als het de stromingsnelheid verhogende element kan in het algemeen elk element worden gebruikt dat zorgt voor een (lokale) verhoging van de stromingsnelheid. Er kunnen bijvoorbeeld hoeken, een dakrand of een nok van een 25 gebouw worden gebruikt voor het (lokaal) verhogen van de windsnelheid.

Onder een ‘fluïdumstroom’ kan naast een gasstroom (bijvoorbeeld lucht) ook een vloeistofstroom (zoals water) worden begrepen.

Het verdient de voorkeur volgens de werkwijze volgens de uitvinding, dat als het de stromingsnelheid verhogende element een concaaf vlak wordt 30 gebruikt.

Hiermee wordt de stromingsnelheid, indien de luchtstroom langs 1013205* - 4 - het concave vlak wordt geleid, aanzienlijk verhoogd.

Als concaaf vlak kan bijvoorbeeld een kunststof of metalen vlak worden gebruikt. Ook kan bijvoorbeeld gebruik gemaakt worden van reeds aanwezige concave vlakken, zoals bijvoorbeeld een dijk, een wand van een gebouw, delta-5 werken en dergelijke. Ook kunnen eventueel verscheidene gebouwen met concave vormgeving worden gebruikt.

In principe is een enkel concaaf vlak voldoende voor het verhogen van de stromingsnelheid onder oplevering van een onderdrukzone. Het verdient echter de voorkeur dat de langs het concave vlak geleide luchtstroom bovendien 10 langs een tweede vlak wordt geleid, waarbij het tweede vlak zodanig ten opzichte van het eerste vlak wordt geplaatst, dat tussen het eerste en het tweede vlak een opening wordt verkregen.

Volgens een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding, wordt bovendien een overdrukzone gecreëerd, 15 waarbij een stroomopwaarts ten opzichte van de plaats voor het opwekken van energie gelegen invoeropening van de leiding in de overdrukzone wordt geplaatst.

Hierdoor wordt de tweede fluïdumstroom in de leiding versneld. Een overdruk kan bijvoorbeeld worden gecreëerd door het plaatsen van een voorwerp in de luchtstroom, waardoor vóór het voorwerp lokaal een ophoping van lucht - de 20 overdruk - wordt verkregen.

Bij voorkeur wordt de overdruk stroomopwaarts ten opzichte van de plaats voor het opwekken van energie gebufferd, teneinde een gelijkmatige tweede fluïdumstroom in de leiding te verkrijgen ter voorkoming van een overbelasting van een voor het opwekken van energie te gebruiken middel, zoals een turbine.

25 De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting voor het be nutten van windenergie waarbij de inrichting omvat: - een leiding met een invoeropening en een afvoeropening, welke afvoeropening zodanig geplaatst is dat deze zich in gebruik in een door een luchtstroom opgewekte onderdrukzone bevindt, welke onderdrukzone in gebruik een tweede fluïdumstroom 30 in de leiding opwekt in de richting van de afvoeropening; - een op de leiding aangesloten, stroomopwaarts ten opzichte van de afvoeropening 10132051 - 5 - gelegen middel voor het opwekken van energie uit de in gebruik verkregen tweede fluïdumstroom, met het kenmerk, dat de inrichting tussen de afvoeropening en het middel voor het opwekken van energie een buffer voor de onderdrukzone omvat.

Hierdoor wordt in gebruik voorzien in een gelijkmatige tweede fluï-5 dumstroom door de leiding tussen de afvoeropening en het middel voor het opwekken van energie.

Met de inrichting volgens de onderhavige uitvinding kan op eenvoudige wij ze gebruik worden gemaakt van een door wind opgewekte onderdrukzone. Bijvoorbeeld kan de afvoeropening van de leiding in gebruik in een door wind opge-10 wekte onderdrukzone worden geplaatst bij een dijk, gebouw en dergelijke. De onderdrukzone wekt dan in gebruik een tweede fluïdumstroom in de leiding op in de richting van de afvoeropening. Deze tweede fluïdumstroom kan vervolgens worden gebruikt voor het opwekken van energie.

Een verder voordeel van de inrichting volgens de onderhavige uit-15 vinding ten opzichte van bekende inrichtingen zoals een windmolen, is dat de inrichting volgens de uitvinding vrijwel trillingsvrij is uit te voeren; daardoor wordt ook plaatsing van de inrichting in, op of aan bestaande bouwwerken mogelijk.

Bovendien is voor de inrichting volgens de uitvinding vrijwel geen onderhoud vereist aangezien er geen onderhoudsgevoelige delen, zoals bijvoorbeeld 20 een turbine, aan weersomstandigheden worden blootgesteld. Ook zal de turbine worden aangedreven door een door de luchtstroom in een leiding opgewekte tweede fluïdumstroom, in plaats van door de luchtstroom, namelijk wind, zelf. Dit betekent dat de turbine veel minder klappen’ zal krijgen, aangezien de tweede fluïdumstroom veel gelijkmatiger is dan de luchtstroom.

25 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat de inrichting een de stromingsnelheid verhogend, instelbaar statisch element voor het daarlangs leiden van een luchtstroom onder oplevering van de onderdrukzone. Bij voorkeur is dit het de stromingsnelheid verhogende element een concaaf vlak. De inrichting volgens de uitvinding zal in het algemeen een sta-30 tisch vlak omvatten, dat zodanig instelbaar is dat deze op de stromingssnelheid en op de windrichting kan worden afgestemd. In gebruik, dus bij het feitelijke opwek- 101 3205”* - 6 - ken van energie, zal het statische vlak stil staan in tegenstelling tot bijvoorbeeld de draaiende onderdelen van een bekende windmolen.

Gebleken is dat de inrichting volgens de uitvinding betere resultaten levert, wanneer de inrichting bovendien een tweede vlak omvat waarbij de boiling 5 van het eerste vlak richting het tweede vlak gericht is onder vorming van een spleet ertussen. Bij voorkeur is ook het tweede vlak een concaaf vlak, waarbij de boiling van het eerste vlak richting de boiling van het tweede vlak gericht is. Hierdoor worden de onderdrukken verder versterkt.

Als het middel voor het opwekken van energie kan de inrichting in 10 principe elk mogelijk, daarvoor geschikt middel bevatten. Het verdient volgens de onderhavige uitvinding echter de voorkeur dat het middel voor het opwekken van energie gekozen is uit een turbine en een zuigersysteem.

Volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de inrichting middelen voor het verschaffen van een overdrukzone, waarbij de invoeropening in 15 de in gebruik verkregen overdrukzone kan zijn geplaatst.

Hierdoor wordt de snelheid van de tweede fïuïdumstroom in de leiding van de inrichting verhoogd.

Om de tweede fïuïdumstroom in de leiding gelijkmatig te houden, verdient het de voorkeur wanneer de inrichting tussen de invoeropening en het 20 middel voor het opwekken van energie een buffer voor de overdrukzone omvat.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op elektriciteit opgewekt door het toepassen van de werkwijze of inrichting volgens de uitvinding.

Hierna zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een figuurbeschrijving. Gelijke verwijzingscijfers verwijzen naar gelijke onderdelen. 25 Hierbij toont: - figuur 1 een schematisch dwarsdoorsnede-zijaanzicht van de inrichting volgens de uitvinding; - figuur 2 een perspectivisch vooraanzicht van een alternatieve uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding; 30 - figuur 3 een dwarsdoorsnede-bovenaanzicht van de inrichting vol gens figuur 2; en 1 η * o o f\ c ·*ί S i· f : ·-.s - . J U ^ - 7 - - figuur 4 een schematisch diagram van een deel van een mogelijke uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont in een schematisch dwarsdoorsnede-zij aanzicht een leiding 1 met een invoeropening 2 en een afvoeropening 3. De afvoeropening 3 van 5 de leiding 1 is geplaatst bij een onderdrukzone 4, die is gecreëerd doordat wind (de eerste fluïdumstroom) tegen een duin 5 opstuwt. Uiteraard kan de afvoeropening 3 in plaats van bij een duin 5 ook bij een heuvel, dijk en dergelijke zijn geplaatst. Ook kan de leiding 1 meer dan één invoeropening 2 en afvoeropening 3 hebben. In gebruik zal de onderdrukzone 4 een tweede fluïdumstroom in de leiding 1 opwekken, 10 vanaf de invoeropening 2 richting de afvoeropening 3. Als fluïdum in de leiding 1 kan een gas zoals lucht, maar ook een vloeistof 2»als bijvoorbeeld water worden gebruikt. De in de leiding 1 opgewekte tweede fluïdumstroom wordt volgens de onderhavige uitvinding gebruikt voor het opwekken van energie met behulp van een op de leiding 1 aangesloten middel 6 voor het opwekken van energie. Dit middel 6 voor 15 het opwekken van energie bevindt zich stroomopwaarts ten opzichte van de afvoeropening 3. Als middel 6 kan bijvoorbeeld een zuigersysteem worden gebruikt, maar ook en bij voorkeur een turbine. Bij voorkeur zal, om kosten te besparen, slechts één turbine 6 per leiding 1 aanwezig zijn. Doordat het middel 6 niet aan barre weersomstandigheden, zoals storm, regen en ijzel, wordt blootgesteld, vereist het 20 middel 6 weinig onderhoud. Eventueel kan nog een, bij voorkeur concaaf, instelbaar statisch vlak 7 (met stippellijn aangegeven) boven de duin 5 zijn aangebracht voor het versterken van het de stromingsnelheid verhogend effect. Het vlak 7 kan een vaste stand hebben; het vlak 7 kan echter ook zodanig instelbaar zijn uitgevoerd, dat dit vlak 7 afhankelijk van de windsterkte en windrichting instelbaar is.

25 Figuur 2 toont een perspectivisch vooraanzicht van een alternatieve uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding. Figuur 2 toont een aantal parallel ten opzichte van elkaar geplaatste vlakken 7. De vlakken 7 zijn, zoals goed te zien is in figuur 3, aan beide zijden concaaf, waardoor tussen de vlakken 7 een vernauwde opening 8 overblijft. Wanneer een wind of waterstroom (de pijlen in de 30 figuur geven de stromingrichting aan) door de vernauwde openingen 8 passeert, ontstaan er onderdrukzones 4. Doordat de afvoeropening 3 van de leiding 1 in ge- 101 3205*1 - 8 - bruik in een onderdrukzone 4 is geplaatst, wordt daardoor een tweede fluïdum-stroom in de leiding 1 opgewekt. De in de leiding 1 opgewekte tweede fluïdum-stroom wordt vervolgens analoog aan figuur 1 gebruikt voor het opwekken van energie met behulp van een op de leiding 1 aangesloten middel 6 voor het opwekken 5 van energie, zoals een turbine. De in de leiding 1 verkregen tweede fluïdumstroom wordt nog versneld door de aanwezigheid van invoeropeningen 2 die in een (niet-aangegeven) overdrukzone zijn geplaatst.

Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede-bovenaanzicht van de inrichting volgens figuur 2. Duidelijk zichtbaar is dat de vlakken 7 aan beide zijden concaaf 10 zijn, waardoor tussen de vlakken 7 een vernauwde opening 8 overblijft.

Figuur 4 toont ten slotte een schematisch diagram van een deel van een mogelijke inrichting volgens de uitvinding. Schematisch weergegeven zijn een leiding 1 met een invoeropening 2 en een afvoeropening 3. In gebruik ontstaat een onderdrukzone 4 en een overdrukzone 9, waardoor er een tweede fluïdumstroom 15 van de invoeropening 2 naar de afvoeropening 3 door de leiding 1 heen wordt opgewekt, die de turbine 6 of dergelijke aandrijft. Tussen de turbine 6 en resp. invoeropening 2 en afvoeropening 3 zijn resp. buffervaten 10 en 11 opgenomen. Deze buffervaten 10 en 11 voorkomen dat de turbine 6 te grote verschillen in stroomsnelheid van het fluïdum in de leiding 1 ondergaat. Bovendien wordt aldus maxi-20 maal van de in bijvoorbeeld windvlagen aanwezige windenergie geprofiteerd. De buffervaten 10 en 11 kunnen daarbij bijvoorbeeld zijn voorzien van (niet-getoonde) eenrichtingskleppen. Ook kunnen op andere plaatsen in de leiding 1 eenrichtings-kleppen zijn voorzien.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de boven beschreven 25 uitvoeringsvormen, maar kan in het kader van de bijgevoegde conclusies op velerlei wijzen worden gevarieerd. Zo kan bijvoorbeeld gedacht worden aan het plaatsen van vleugelvormige platen onder of boven bruggen; het plaatsen van concave vlakken bij windschermen langs autosnelwegen, kanalen, etc. Ook kunnen andere in de stromingsleer, in het bijzonder de aërodynamica, gebruikelijke middelen zijn voor-30 zien voor het aanpassen van de windsnelheid of de stromingssnelheid in het algemeen, zoals bijvoorbeeld van vliegtuigvleugels bekende "flaps’.

101 32 0

Claims (15)

1. Werkwijze voor het benutten van windenergie, waarbij een luchtstroom langs een de stromingsnelheid verhogend element wordt geleid onder oplevering van een onderdrukzone, waarbij de door het de stromingsnelheid verhogende element verkregen onderdrukzone wordt gebruikt voor het genereren van een twee- 5 de fluïdumstroom in een leiding met een invoeropening en een afvoeropening door het plaatsen van de afvoeropening van de leiding in de onderdrukzone, welke in de leiding gegenereerde tweede fluïdumstroom vervolgens op een stroomopwaarts ten opzichte van de afvoeropening gelegen plaats wordt gebruikt voor het opwekken van energie, met het kenmerk, dat de onderdruk stroomafwaarts ten opzichte van de 10 plaats voor het opwekken van energie wordt gebufferd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als het de stromingsnelheid verhogende element een concaaf vlak wordt gebruikt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de langs het concave vlak geleide luchtstroom bovendien langs een tweede vlak wordt geleid, 15 waarbij het tweede vlak zodanig ten opzichte van het eerste vlak wordt geplaatst, dat tussen het eerste en het tweede vlak een opening wordt verkregen.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat bovendien een overdrukzone wordt gecreëerd, waarbij een stroomopwaarts ten opzichte van de plaats voor het opwekken van energie gelegen invoer- 20 opening van de leiding in de overdrukzone wordt geplaatst.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de overdruk stroomopwaarts ten opzichte van de plaats voor het opwekken van energie wordt gebufferd.

6. Inrichting voor het benutten van windenergie, waarbij de inrichting 25 omvat: - een leiding met een invoeropening en een afvoeropening, welke afvoeropening zodanig geplaatst is dat deze zich in gebruik in een door een luchtstroom opgewekte onderdrukzone bevindt, welke onderdrukzone in gebruik een tweede fluïdumstroom f0132051 - 10 - in de leiding opwekt in de richting van de afvoeropening; - een op de leiding aangesloten, stroomopwaarts ten opzichte van de afvoeropening gelegen middel voor het opwekken van energie uit de in gebruik verkregen tweede fluïdumstroom, met het kenmerk, dat de inrichting tussen de afvoeropening en 5 het middel voor het opwekken van energie een buffer voor de onderdrukzone omvat.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de inrichting een de stromingsnelheid verhogend, instelbaar statisch element voor het daarlangs leiden van de luchtstroom omvat onder oplevering van de onderdrukzone.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het de stro-10 mingsnelheid verhogende element een concaaf vlak is.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de inrichting bovendien een tweede vlak omvat waarbij de boiling van het eerste vlak richting het tweede vlak gericht is onder vorming van een spleet ertussen.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het tweede 15 vlak een concaaf vlak is, waarbij de boiling van het eerste vlak richting de boiling van het tweede vlak gericht is.

11. Inrichting volgens een der conclusies 6 - 10, met het kenmerk, dat het middel voor het opwekken van energie gekozen is uit een turbine en een zuiger-systeem. 20

12) Inrichting volgens conclusies 6-11, met het kenmerk, dat de in richting middelen omvat voor het verschaffen van een overdrukzone.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de invoer-opening is geplaatst in de in gebruik verkregen overdrukzone.

14. Inrichting volgens conclusies 13, met het kenmerk, dat de inrich-25 ting tussen de invoeropening en het middel voor het opwekken van energie een buffer voor de overdrukzone omvat.

15. Elektriciteit opgewekt door het toepassen van de werkwijze of de inrichting volgens een der voorgaande conclusies. 1013205¾