NL1035026C2 - Verticale-as-windturbine voor het opwekken van elektrische energie. - Google Patents

Description

Verticale-as-windturbine voor het opwekken van elektrische energie

De uitvinding heeft betrekking op een verticale-5 as-windturbine (VAT) voor het omzetten van wind energie naar een andere vorm van energie zoals elektrische energie. Daarnaast heeft de uitvinding ook betrekking op een werkwijze voor het omzetten van wind energie naar een andere vorm van energie met behulp van een dergelijke 10 verticale-as-windturbine.

Windturbines die om een verticale as draaien om energie op te wekken zijn als zodanig bekend. Een voorbeeld is een windturbine die op een dak kan worden geplaatst om wind te vangen en zodoende energie op te 15 wekken. De windturbines hebben één of meerdere windbladen die gemonteerd zijn om een rotatie as.

Er zijn twee essentieel verschillende types verticale-as-windturbines. Het eerste type wordt weerstandsturbine genoemd en bevat windbladen die het hele 20 bestreken oppervlak afdekken. De windbladen bieden een hoge weerstand aan de wind die invalt in de bewegingsrichting en een relatief lage weerstand aan de wind die tegen de andere kant van het blad blaast. Het tweede type turbine heet aërodynamische windturbine. Dit 25 type turbine bevat vleugelvormige windbladen die slechts een deel van het bestreken oppervlak afdekken. Een windstroom langs deze windbladen wekt een liftkracht op loodrecht op de stromingsrichting. In de huidige aanvrage wordt onder VAT zowel een windturbine van het eerste als 30 van het tweede type bedoeld.

Omdat de zee bij uitstek een plaats is met ruimte en wind, worden tegenwoordig windparken aangelegd midden op zee. Hierbij worden meestal de welbekende windmolens 2 gebruikt die draaien om een horizontale as. Door de benodigde reikwijdte van de vleugels van dergelijke windmolens, is een aanzienlijk lange mast vereist wat weer vraagt om een stevige positionering op de bodem van de 5 zee. Een fundering van dergelijke windmolens is dan ook aanzienlijk en kost veel geld en constructietijd. Ook door de grote hoogte waar zich de meeste onderdelen bevinden is onderhoud en reparatie moeilijk en duur.

Een doel van de onderhavige uitvinding is om een 10 windturbine te verschaffen die op zee kan functioneren en die een of meerdere van de bovengenoemde nadelen mist.

Dit doel wordt bereikt door een verticale-as-windturbine voor het omzetten van windenergie naar een andere vorm van energie, volgens conclusie 1.

15 In nog een uitvoeringsvorm hebben de windbladen een vliegtuigvleugelvormige doorsnede.

Verder kan de windturbine een afremsysteem omvatten voor het afremmen van de drijver in de vloeistof.

In een verdere variant omvat de VAT ten minste één 20 reactiearm die is ingericht om te voorkomen dat de energieomzetter als geheel meedraait met de drijver. De reactiearm kan bijvoorbeeld een vin of een schoep omvatten.

Ook kan een verankeringsorgaan aanwezig zijn voor 25 het verankeren van de windturbine aan een vast punt, zoals een zeebodem of een verankeringspaal in de zeebodem.

De vloeistof waar de Vat in drijft is bijvoorbeeld water zoals zeewater.

De drijver en de windbladen kunnen zijn gemaakt 30 van kunststof, bijvoorbeeld van polyester.

In een variant is de energieomzetter ingericht om te fungeren als een motor voor het, althans in een opstartfase, aandrijven van de drijver.

3

In een bepaalde uitvoeringsvorm omvat de energieomzetter een dynamo voor het omzetten van rotatie-energie naar elektrische energie.

In een verdere uitvoeringsvorm omvat de 5 energieomzetter een pomp.

De windbladen kunnen mogelijk ieder om een eigen in hoofdzaak verticale as roteerbaar zijn.

Een verder aspect van de onderhavige uitvinding 10 betreft een werkwijze voor het omzetten van windenergie naar een andere vorm van energie met behulp van een verticale-as-windturbine, waarbij de werkwijze omvat: - het in een vloeistof laten drijven van een hierboven beschreven verticale-as-windturbine; 15 - het omzetten van de wind energie naar de andere vorm van energie met behulp van de energieomzetter.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen nader worden verduidelijkt 20 aan de hand van een beschrijving van enkele uitvoeringsvormen onder verwijzing naar de aangehechte figuren, waarin: - Fig. 1 een schematische weergave is van een VAT volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding; 25 - Fig. 2 een perspectivisch aangezicht is van de VAT van de uitvoeringsvorm van Figuur 1.

Figuur 1 toont schematisch een voorbeeld van een verticale-as-windturbine (VAT) 1 volgens een 30 uitvoeringsvorm van de uitvinding. De VAT 1 bestaat onder andere uit een in water drijfbaar lichaam dat op zichzelf weer bestaat uit een aantal windbladen 3, een buis 4 en een aantal spaken 5 waaraan de windbladen 3 zijn 4 bevestigd. De spaken 5 zijn in deze uitvoeringsvorm in het midden aan de buis 4 gekoppeld. In deze uitvoeringsvorm bevat het drijfbare lichaam ook nog een beschermingsring 7 die de windbladen beschermt tegen mogelijke golfinslag.

5 De dimensies en vorm van de buis 4 ten opzichte van het totale gewicht van de VAT 1 zijn zodanig gekozen dat de buis 4 fungeert als drijver. De VAT 1 is te vergelijken met een dobber waarvan een deel boven het wateroppervlak blijft. De buis 4 kan hol zijn waarbij de 10 onderzijde van de buis is opgesloten. Ook is het denkbaar dat de buis massief is zoals bijvoorbeeld gemaakt van hout of een kunststof met een soortelijk gewicht kleiner dan dat van water. De drijver 4 hoeft niet per sé cilindervormig te zijn. Andere vormen zijn denkbaar zoals 15 bijvoorbeeld een bepaalde dobbervorm waarbij de buis 4 een verdikking omvat.

De VAT 1 omvat een energieomzetter 8 voor het omzetten van rotatie-energie naar een andere vorm van energie, zoals elektrische energie. In het voorbeeld van 20 Figuur 1 is de energieomzetter 8 gekoppeld aan de buis 4 op een plaats die in gebruikt ongeveer overeenkomt met het wateroppervlak. De energieomzetter kan echter ook zo zijn bevestigd aan de buis 4 dat deze zich boven het wateroppervlak bevindt. Dit heeft als voordeel dat de 25 energieomzetter 8 niet, of althans minimaal met water in contact komt. Het is evenzeer denkbaar dat de energieomzetter is aangebracht aan de buis 4 op een plaats ruim onder het wateroppervlak. Hierbij wordt een buitenzijde van de energieomzetter wel vochtig, maar 30 zorgen het gewicht en de kracht die op de energieomzetter 8 worden uitgeoefend en de positie van het aangrijpingspunt van een eventuele verankering, er voor dat de gehele VAT 1 stabieler wordt.

5

Bij voldoende wind zal het drijfbare lichaam na een eventuele opstartfase, ronddraaien in het water. Dit gebeurt om een rotatieas 12 die in hoofdzaak verticaal staat. De hoek die de rotatieas maakt met een verticale 5 lijn zal dynamisch zijn en afhangen van de dynamiek van het water, de wind en de VAT 1.

In een uitvoeringsvorm omvat de energieomzetter 8 een dynamo 8 voor het opwekken van elektrische energie.

Een statordeel van de dynamo 8 kan bijvoorbeeld in een 10 ring aangebracht worden om de buis 4. Het statordeel van de dynamo 8 kan hierbij bestaan uit een aantal spoelen die elektromagnetisch samenwerken met magneten in een rotordeel van de dynamo 8 dat bijvoorbeeld vast in of om de buis 4 is gerangschikt. Hierdoor wordt elektrische 15 energie opgewekt die kan worden getransporteerd via een leiding naar bijvoorbeeld een oplag en/of een elektriciteitsnet. Opgemerkt wordt echter dat de spoelen mogelijk in het rotordeel van de dynamo 8 kunnen zitten.

In dat geval zullen de magneten in het statordeel zitten. 20 Tussen de ring waarin zich het statordeel van de dynamo 8 bevindt, en de buis 4, is bijvoorkeur een lagering aanwezig zodat de ring niet aanloopt tegen de buis 4. De lagering kan bestaan uit een kogellager of een glijlager waarbij de bewegende delen ten opzichte van elkaar 25 gepositioneerd worden. Ook is het mogelijk dat de dynamo 8 wordt aangedreven via een tandwielkast en/of een kettingoverbrenging.

In een uitvoeringsvorm is onderin de buis 4 een ballast aanbracht. Deze ballast wordt zodanig gekozen dat 30 de VAT niet gaat kantelen. De ballast kan bestaan uit bijvoorbeeld een stuk beton of metaal of een ander materiaal met een relatief hoog soortelijk gewicht. Door het aanbrengen van een dergelijk ballast wordt het 6 zwaartepunt van de VAT 1 naar onderen verplaatst wat zorgt voor een betere stabiliteit. In plaats van het aanbrengen van een ballast, is het ook mogelijk om de dynamo 8 zodanig te verplaatsen dat het zwaartepunt van de VAT 1 5 verder onder het wateroppervlak komt. Een mogelijke plek voor de dynamo 8 is dan bijvoorbeeld het onderste uiteinde van de buis 4. In Figuur 1 is ook een reactiearm 10 te zien die is bevestigd aan de dynamo 8. De reactiearm 10 zorgt ervoor dat de stator van de dynamo 8 niet meedraait 10 met de rest van de VAT 1. Daarnaast omvat de VAT 1 nog een ankerdraad 11 die in dit geval de reactiearm 10 bevestigd aan een anker, niet getoond in Figuur 1, dat bijvoorbeeld in de bodem van de zee is vastgezet. Opgemerkt wordt dat de ankerdraad 11 ook op andere plaatsen aan de VAT 1 kan 15 worden bevestigd. Het is zelfs niet noodzakelijk dat de ankerdraad 11 aan de energieomzetter 8 vastzit. De ankerdraad 11 kan bijvoorbeeld onder of boven de energieomzetter 8 zijn verbonden aan de buis 4 via een eventuele lagering. Ook meerdere bevestigingspunten zijn 20 denkbaar waarbij meerdere ankerdraden worden gebruikt.

Opgemerkt dient te worden dat de uitvinding niet beperkt is tot VAT's die in water drijven. Het is ook mogelijk dat een VAT in een andere vloeistof drijft zoals olie.

25 De drijver 4 en de windbladen 3 met hun verbindingen 5 naar de drijver 4 kunnen worden uitgevoerd uit een enkel segment. In Figuur 2 wordt in perspectief een uitvoeringsvorm weergegeven. Een mogelijk geschikt materiaal voor de windbladen 3 en de drijver 4 is 30 polyester. Het fabriceren van het drijfbare lichaam uit één stuk zorgt voor een onderhoudsarme VAT. Indien de VAT 1 echter relatief groot wordt gedimensioneerd, heeft het de voorkeur om het drijfbare lichaam niet uit een enkel 7 segment te maken maar eerst de verschillende componenten te fabriceren en deze dan aan elkaar te koppelen om zodoende het drijfbare lichaam te verkrijgen.

In een uitvoeringsvorm omvat de reactiearm 10 een 5 vin of een schoep. Dit verhoogt de weerstand van de reactiearm. Ook is het mogelijk om meerdere reactiearmen te gebruiken, bijvoorbeeld vier die rondom het statordeel van de dynamo zijn ingericht.

In een uitvoeringsvorm kan de dynamo ook worden 10 ingericht om te fungeren als een motor. De vakman zal begrijpen dat wanneer de juiste (wissel)spanning op de spoelen wordt aangebracht, het rotordeel van de dynamo 8 zal proberen te gaan draaien. Dit resulteert in het aandrijven van de buis 4. Een dergelijke aandrijving kan 15 wenselijk zijn bij het opstarten van de VAT 1. Ook niet-elektrische aandrijvingen zijn denkbaar.

Opgemerkt wordt dat in plaats van het opwekken van elektrische energie, er met behulp van de VAT 1 ook andere vormen van energie kunnen worden opgewekt. Een voorbeeld 20 van een andere energieomzetter is een waterpomp. Hierbij wordt de rotatie energie van de verticale-as-windturbine 1 omgezet naar druk en stroming van water via een rotor of waaier die direct of via een tandwielkast verbonden is aan de verticale-as-windturbine 1. De rotor of waaier van de 25 pomp kan op een geschikte wijze met bijvoorbeeld kogellagers of glijlagers gelagerd en gepositioneerd worden in een pomphuis. Hierbij wordt het pomphuis vastgehouden met een bijvoorbeeld in de bodem verankerde verankeringsdraad 11 via eventueel de reaktiearm 10, 30 zodanig dat de pomp onbelemmerd zijn pompende werking op de vloeistof kan uitoefenen. Dit omzettingsproces lijkt erg op de omzetting van windenergie naar elektrische energie. In het laatste geval wordt de rotatie energie van 8 de verticale-as-windturbine omgezet naar elektrische energie via een rotor van de dynamo die direct of via een tandwielkast verbonden is aan de verticale-as-windturbine. De rotor kan op een geschikte wijze met bijvoorbeeld 5 kogellagers of glijlagers gelagerd en gepositioneerd worden in het statordeel. Evenzo wordt het statordeel vastgehouden met een in de bodem verankerde ketting via eventueel de reaktiearm 10, zodanig dat de dynamo cq. generator als geheel onbelemmerd zijn stroom kan leveren. 10 Opgemerkt wordt dat de VAT 1 ook kan functioneren zonder een verankering van de reactiearm 10. In dat geval zal de reactiearm 10 rond gaan draaien maar langzamer dan de rest van de VAT 1. De relatieve snelheid is afhankelijk van het ontwerp van de VAT 1 en de weerstand die de 15 reactiearm 10 ondervindt in het water (of andere vloeistof). De energieomzetter 8 zal dus wel de rotatie-energie van de drijver 4 omzetten in de andere vorm van energie. Echter, een verankering van de VAT 1 blijft gewenst om wegdrijven te voorkomen. Indien een heel 20 windpark wordt aangelegd is het ook mogelijk om een VAT 1 te verankeren aan een naburige VAT waarbij een groep VAT's slechts een minimaal aantal verankeringen aan de bodem of aan de wal hebben.

Door het laten draaien van de drijver 4 fungeert 25 bij een VAT 1 volgens de uitvinding het water als een soort lagering voor de beweging. Een dergelijk lagering heeft geringe verliezen. Met name bij de variant waarbij alleen de buis in het water staat, is het verlies als gevolg van de lagering in het water minimaal. Een verder 30 voordeel van de uitvinding is dat de VAT relatief eenvoudig te verslepen is. Dit komt omdat de VAT niet vast zit aan een fundering. Een heel energiepark is dus makkelijk aan te leggen en ook te verplaatsen. Hierbij 9 zijn geen dure hijskranen nodig. Verder is vanwege de positie van de dynamo deze relatief eenvoudig te bereiken voor onderhoudspersoneel, wat een reductie van de onderhoudskosten met zich meebrengt. Tot slot wordt 5 opgemerkt dat een VAT volgens de uitvinding eenvoudig te fabriceren is. Mogelijk bestaat een exemplaar van de VAT maar uit twee componenten.

In het voorgaande is de onderhavige uitvinding 10 beschreven aan de hand van enkele voorkeursuitvoeringsvormen. Verschillende aspecten van verschillende uitvoeringen worden beschreven geacht in combinatie met elkaar waarbij alle combinaties die op basis van dit document door een vakman kunnen worden gemaakt dienen te 15 worden meegelezen. De genoemde uitvoeringsvormen zijn niet beperkend voor de beschermingsomvang van deze tekst. De gevraagde rechten worden bepaald in de aangehechte conclusies.

Claims (16)

1. Verticale-as-windturbine (1) voor het omzetten van windenergie naar een andere vorm van energie, 5 omvattende: - een in een vloeistof drijfbare drijver (4); - een aantal aan de drijver gekoppelde windbladen (3) die, althans in gebruik, als gevolg van wind krachten ondervinden zodanig dat de drijver een rotatiekracht 10 ondervindt die de drijver laat draaien in de vloeistof om een in hoofdzaak verticale rotatieas; - een energieomzetter (8)voor het omzetten van rotatie-energie van de drijver naar de andere vorm van energie, 15. waarbij de drijver een buis omvat waarvan een lengteas samenloopt met de in hoofdzaak verticale rotatieas en waarbij de windbladen vast gekoppeld zijn met de buis, en waarbij een statordeel van de energieomzetter (8) om de buis is ingericht. 20

2. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij het statordeel in een ring om de buis (4) is aangebracht.

3. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij onderin de buis (4) een ballast aanbracht.

4. Verticale-as-windturbine volgens één of meer 30 van de conclusies 1-2, waarbij de energieomzetter (8) is ingericht aan het onderste uiteinde van de buis (4).

5. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de windbladen een vliegtuigvleugelvormige doorsnede hebben.

6. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de conclusies, waarbij de windturbine een afremsysteem omvat voor het afremmen van de drijver in de vloeistof.

7. Verticale-as-windturbine volgens één of meer 10 van de voorgaande conclusies, verder omvattend ten minste één reactiearm die is ingericht om te voorkomen dat de energieomzetter als geheel meedraait met de drijver.

8. Verticale-as-windturbine volgens conclusie 7, 15 waarbij de ten minste ene reactiearm een vin of een schoep omvat.

9. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de voorgaande conclusies, verder omvattend een 20 verankeringsorgaan voor het verankeren van de windturbine aan een vast punt, zoals een zeebodem of een verankeringspaal in de zeebodem.

10. Verticale-as-windturbine volgens één of meer 25 van de voorgaande conclusies, waarbij de vloeistof water is.

11. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de drijver en de 30 windbladen zijn gemaakt van kunststof, bijvoorbeeld polyester.

12. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de energieomzetter is ingericht om te fungeren als een motor voor het, althans in een opstartfase, aandrijven van de drijver. 5

13. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de energieomzetter een dynamo omvat voor het omzetten van rotatie-energie naar elektrische energie. 10

14. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de energieomzetter een pomp omvat.

15. Verticale-as-windturbine volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de windbladen ieder om een eigen in hoofdzaak verticale as roteerbaar zijn.

16. Werkwijze voor het omzetten van windenergie 20 naar een andere vorm van energie met behulp van een verticale-as-windturbine, de werkwijze omvattend: - het in een vloeistof laten drijven van een verticale-as-windturbine volgens één van de voorgaande conclusies; - het omzetten van de wind energie naar de andere vorm van 25 energie met behulp van de energieomzetter. 'k'k'k'k'k'k'k'k'k'k'k'k'k