NL1036429C2 - Inrichting voor het winnen van energie uit een waterlichaam en werkwijze daarvoor. - Google Patents

Description

Inrichting voor het winnen van energie uit een waterlichaam en werkwijze daarvoor

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting 5 voor het winnen van energie uit een waterlichaam, welke inrichting - een Darrieus rotor met ten minste twee Darrieus rotorbladen omvat, en - ten minste twee verbindingsarmen omvat welke de Darrieus rotorbladen met een centrale as verbinden, waarbij per Darrieus rotorblad een 10 eerste, proximaal deel van een verbindingsarm is verbonden met de centrale as en een op afstand van het proximale deel gelegen punt van de verbindingsarm is verbonden met een eerste punt op het Darrieus rotorblad, en - de Darrieus rotor en de verbindingsarmen draaibaar zijn rond 15 een gezamenlijke draaiingsas, - elk Darrieus rotorblad op een tweede, in langsrichting van het Darrieus rotorblad op afstand van het eerste punt gelegen punt ervan al dan niet via een tweede verbindingsarm met de centrale as van de inrichting is verbonden.

20 Een dergelijke inrichting is bekend uit WÖ02/44558. Hiermee kan doelmatig golfenergie worden gewonnen. De door het water op de Darrieus rotorbladen uitgeoefende aandrijfkrachten moeten doelmatig worden doorgegeven aan de centrale as teneinde deze te laten draaien, waarvoor een stijve constructie noodzakelijk is. Het voordeel van het 25 winnen van energie uit een waterlichaam zoals een rivier, estuarium, of zee - te weten een hoge energie-dichtheid - vormt tevens een probleem voor dergelijke inrichtingen. Omdat een inrichting voor het winnen van energie uit een waterlichaam naast de gebruikelijke wisselende belastingen ook zware weersomstandigheden moet kunnen weer-30 staan, zijn zeer sterke en daardoor relatief kostbare constructies noodzakelijk.

De onderhavige uitvinding beoogt een inrichting te verschaffen met een stijve constructie welke een verhoogde belastbaarheid heeft.

Hiertoe verschaft de onderhavige uitvinding een inrichting van 35 de in de aanhef genoemde soort, waarbij - ten minste de verbinding tussen het op afstand van het eerste proximale deel gelegen punt van een verbindingsarm en het eerste punt op een Darrieus blad de vorm heeft van een scharnierbare verbinding, 10J6429 2 - voor elk Darrieusrotorblad van ten minste een verbindingsarm de verbinding tussen het proximale deel van de verbindingsarm en de centrale as een starre verbinding is, waarbij de draaiingsas van de scharnierbare verbinding 5 - een hoek cc van minder dan 30° maakt met een vlak loodrecht op de draaiingsas van de Darrieus rotor, en een hoek β van minder dan 15° maakt met een vlak dat loodrecht staat op een lijn die loopt van de draaiingsas van de Darrieus rotor tot de aanstroomrand van het betreffende Darrieus rotorblad ter hoog-10 te van het scharnier, welke lijn in een vlak ligt loodrecht op de draaiingsas van de Darrieus rotor.

Een dergelijke inrichting is beter in staat om wisselende belastingen op te vangen aangezien deze enerzijds zodanig stijf is dat de op de Darrieus rotorbladen uitgeoefende aandrijfkrachten doelmatig 15 op de centrale as worden overgedragen, terwijl anderzijds buigmomen-ten in de rotorbladen worden verminderd, in het bijzonder nabij de overgang van de Darrieus rotorbladen naar de verbindingsarmen. De uitvinding combineert een gemakkelijke assemblage met grote stevigheid, mede omdat dwars door Darrieus rotorbladen en/of verbindingsar-20 men aangebrachte bouten die versterkingselementen in de Darrieus rotorbladen en/of verbindingsarmen, zoals kokerprofielen, zouden verzwakken kunnen worden vermeden, terwijl verder een hydrodynamisch laag weerstandprofiel kan worden bereikt ter plaatse van de scharnierende verbinding. Bij voorkeur is elke verbinding tussen het 25 proximale deel van elke verbindingsarm en de centrale as een starre verbinding, waarmee een zeer sterke constructie wordt bereikt die niettemin goed in staat is buigmomenten op te vangen. De inrichting kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor het winnen van golfenergie of getijdenenergie tegen relatief lage kosten.

30 Volgens een gunstige uitvoeringsvorm hebben de via de schar nierbare verbinding verbonden elementen gekozen uit een Darrieus blad, een op afstand van het proximale deel gelegen punt van een verbindingsarm, en de centrale as elk een contactvlak voor wederzijds contact.

35 Ofschoon het denkbaar is dat de scharnierbare verbinding de vorm heeft van een verjonging, geniet het uit sterkte-overwegingen de voorkeur wanneer de scharnierbare verbinding wordt gevormd door het tegen elkaar brengen van daartoe een contactvlak dat in de lengte 3 richting van het Darrieus blad ten opzichte van het contactvlak van de verbindingsarm kan verschuiven, dan wel ten opzichte daarvan draaibaar is, in welk laatste geval het ene contactvlak hol is en het andere contactvlak bol is.

5 Volgens een gunstige uitvoeringsvorm omvat de inrichting een tweede verbindingsarm, een eerste, proximaal deel van de tweede verbindingsarm star is verbonden met de centrale as en een op afstand van het eerste proximale deel gelegen punt van de tweede verbindingsarm via een scharnierende verbinding is verbonden met het tweede punt 10 op het Darrieus rotorblad.

Aldus kan een groter doorstroombaar oppervlak worden bereikt, en dus meer energie worden gewonnen, waarbij enerzijds de hierbij optredende grotere aandrijfkrachten doelmatig worden doorgegeven, terwijl anderzijds geen buigend moment wordt doorgegeven.

15 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm zijn ten minste de verbin- dingsarmen die de eerste punten van de Darrieus bladen met de centrale as verbinden Wells rotorbladen.

Een dergelijke inrichting is in het bijzonder geschikt voor het winnen van golfenergie. Het aantal Wells bladen dat de Darrieus bla-20 den met de centrale as verbindt is bij voorkeur gelijk aan het aantal Darrieus bladen of 2 keer zoveel. In het laatste geval zijn ook de tweede verbindingsarmen Wells rotorbladen.

Bij voorkeur zijn de tweede verbindingsarmen korter dan de Wells rotorbladen die de eerste punten van de Darrieus bladen met de 25 centrale as verbinden.

In dat geval bevindt het onderste distale uiteinde van een Darrieus blad zich dichter bij de draaiingsas van de inrichting dan het bovenste distale uiteinde. In dat geval wordt de meeste voorkeur gegeven aan een hoek tussen een Darrieus rotorblad en de draaiingsas 3C van 25-35 °.

Deze uitvoeringsvorm is in het bijzonder geschikt voor de benutting van golfenergie.

In de praktijk zal een kenmerkende inrichting volgens de uitvinding een generator bevatten gekozen uit i) een generator voor het 35 opwekken van elektriciteit, en ii) een generator voor het opwekken van fluïdum-druk.

Als fluïdum kan een vloeistof of gas worden gebruikt, bij voorkeur lucht.

4

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het winnen van energie uit een waterlichaam, waarbij een inrichting volgens de uitvinding in een waterlichaam wordt gebracht waarin op natuurlijke wijze golven en/of stroming ontstaan.

5 Voor het winnen van golfenergie is de gemiddelde golfhoogte (tussen dal en top) van een geschikt waterlichaam ten minste 50 cm per jaar.

Een gunstige uitvoeringsvorm wordt hierdoor gekenmerkt dat ten minste de verbindingsarmen die zijn verbonden met een eerste punt van 10 de Darrieus bladen, welk eerste punt hoger ligt dan het tweede punt, Wells rotorbladen zijn en de Wells rotorbladen zich op een diepte tussen 0,5 en 2,0, bij voorkeur tussen 0,8 en 1,25 keer de 5-minuten gemiddelde golfhoogte onder de spiegel van het waterlichaam bevinden.

Aldus kan zeer doelmatig golfenergie worden gewonnen.

15 Volgens een gunstige uitvoeringsvorm steken de bovenste uitein den van ten minste twee Darrieus bladen boven het wateroppervlak uit.

Aldus kan een hoge energieopbrengst worden bereikt. Voor een waterlichaam met golven zullen de bovenste uiteinden van ten minste twee Darrieus rotorbladen ten minste twee keer de jaar-gemiddelde 20 golfhoogte uitsteken.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm staat de draaiingsas over 5 minuten gemiddeld minder dan 5° van de verticaal.

In dat geval wordt de hoogste energieopbrengst bereikt.

Volgens een gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt 25 energie gekozen uit hydraulische energie, pneumatische energie, elektriciteit of waterstof-gas gegenereerd.

Het waterstof-gas kan door middel van elektrolyse onder gebruikmaking van door de inrichting opgewekte elektriciteit worden verkregen.

30 In de aanvraag worden de volgende definities gehanteerd:

Een rotor is een samenstel van twee of meer rotorbladen, welke laatste ook wel kortweg worden aangeduid met bladen.

Een Wells rotor omvat ten minste twee bladen, waarbij de bladen convex zijn aan weerszijden van een vlak gevormd door de aanstroom-35 rand en de wegstroomrand van het blad. Een Wells blad is bij voorkeur ten opzichte van dat vlak spiegelsymmetrisch. Wells bladen strekken zich in hoofdzaak radiale richting uit ten opzichte van de draaiingsas van de Wells rotor. Het vlak van een blad kan onder een hoek van 5 ten hoogste 15° met de normaal op de draaiingsas van de Wells rotor staan, bij voorkeur ten hoogste 5°, en met nog meer voorkeur 0°.

Een Darrieus rotor omvat ten minste twee bladen en bij een inrichting volgens de uitvinding gebruikelijk 3 of 4, waarbij de bladen 5 in het vlak van de draaiingsas en de normaal op de draaiingsas in het genoemde vlak een hoek met de draaiingsas maken van ten hoogste 60°, en bij voorkeur ten hoogste 45'. Een gunstige hoek is bijvoorbeeld 0" (waarbij een Darrieus blad de draaiingsas niet snijdt).

De breedte (ook wel koorde genoemd) van een blad is de kortste 10 doorgaande afstand tussen de voor- en achterkant van het profiel (in het engels leading en trailing edge).

De onderhavige uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin fig. 1 een perspectivisch aanzicht toont van een inrichting 15 voor het benutten van golfenergie volgens de uitvinding; fig. 2 in doorsnede een detail in onderaanzicht toont van een detail van de inrichting van fig. 1; en fig. 3 een explosie-aanzicht van een detail van de inrichting van fig. 1 laat zien.

20 Fig. 1 toont een inrichting 100 volgens de uitvinding voor het benutten van golfenergie, welke inrichting 100 drie eerste rotorbladen 101 van het Darrieus type en drie eerste verbindingsarmen in de vorm van tweede rotorbladen 102 van het Wells type omvat. De tweede rotorbladen 102 die als eerste verbindingsarmen fungeren zijn aan de 25 proximale uiteinden ervan star verbonden met een centrale as 104, welke verbonden is met een generator 105 voor het opwekken van elektriciteit. De hartlijn van de centrale as 104 valt samen met de draaiingsas A van het geheel van de Darrieus rotorbladen 101 en de eerste verbindingsarmen 102. De eerste verbindingsarmen 102 zijn na-30 bij het distale uiteinde ervan scharnierend verbonden met eerste punten op de Darrieus rotorbladen. Dit zal hierna nog nader worden toegelicht. Bij de hier getoonde uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding zijn de Darrieus bladen 101 schuin geplaatst en op tweede punten via verbindingsarmen 122 met de centrale as 104 verbon-35 den. De verbindingen tussen het tweede punten en de tweede verbindingsarmen 122 en de verbindingen tussen de verbindingsarmen 122 en de centrale as 104 zijn starre verbindingen. Met name voor wat langere tweede verbindingsarmen zal het de voorkeur genieten als de ver- 6 bindingen tussen het tweede punten en de tweede verbindingsarmen 122 eveneens scharnierend is uitgevoerd.

De in fig. 1 weergegeven inrichting 100 wordt bijvoorbeeld met behulp op een peiler (met weergegeven) in zee geplaatst, zoals be-5 schreven in de eerdere aanvraag WO02/44558.

Fig. 2 toont een doorsnede door een detail van de inrichting 100 van fig. 1 in onderaanzicht. Te zien zijn de centrale as 204 welke star is verbonden met een proximaal deel van de eerste verbin-dingsarm 202, welke de vorm heeft van een Wells rotorblad. Nabij het 10 distale uiteinde van de eerste verbindingsarm 202 bevindt zich een Darrieus rotorblad 201, dat via een scharnier 225 is verbonden met de eerste verbindingsarm 202. Het scharnier 225 laat buiging toe van het Darrieus rotorblad 201 ten opzichte van de eerste verbindingsarm 202 rond een draaiingsas B. Deze ligt bij de weergegeven uitvoeringsvorm 15 in een vlak dat loodrecht op de draaiingsas A staat (hoek α is 0°) . In het genoemde vlak maakt de lijn B een pitchhoek β van 3,5° met een lijn die loopt van de draaiingsas naar de aanstroomrand 231 van het Darrieus rotorblad 201.

Fig. 3 laat een explosie-aanzicht van het scharnier van fig. 2 20 zien. Te zien zijn het Darrieus rotorblad 301, de eerste verbindingsarm 302, en scharnier 325. Het scharnier 325 omvat een eerste schar-nierdeel 331 met drie eerste vingers 341 dat star met de eerste verbindingsarm 302 is verbonden, en een tweede scharnierdeel 332 met twee tweede vingers 342 dat star aan het Darrieus rotorblad 301 is 25 bevestigd. In gemonteerde toestand bevinden de tweede vingers 342 zich tussen de eerste vingers 341. De eerste en tweede vingers zijn alle voorzien van openingen 350 waardoor een scharnierpen 351 wordt gestoken, die met kroonmoeren 371 wordt vastgezet. Draagbussen 352 zorgen voor het verminderen van de wrijving tussen de bewegende delen 30 (d.w.z. scharnierpen 351, eerste vingers 341 en tweede vingers 342) en het beperken van de speling daartussen.

Voor het verlagen van de weerstand door het water, zijn vulblokken 361, 362, 363 voorzien.

35 1036429

Claims (11)

1. Inrichting voor het winnen van energie uit een waterlichaam, welke 5 inrichting - een Darrieus rotor met ten minste twee Darrieus rotorbladen omvat, en - ten minste twee verbindingsarmen omvat welke de Darrieus rotorbladen met een centrale as verbinden, waarbij per Darrieus rotorblad een 10 eerste, proximaal deel van een verbindingsarm is verbonden met de centrale as en een op afstand van het proximale deel gelegen punt van de verbindingsarm is verbonden met een eerste punt op het Darrieus rotorblad, en - de Darrieus rotor en de verbindingsarmen draaibaar zijn rond 15 een gezamenlijke draaiingsas, - elk Darrieus rotorblad op een tweede, in langsrichting van het Darrieus rotorblad op afstand van het eerste punt gelegen punt ervan al dan niet via een tweede verbindingsarm met de centrale as van de inrichting is verbonden, 20 waarbij - ten minste de verbinding tussen het op afstand van het eerste proximale deel gelegen punt van een verbindingsarm en het eerste punt op een Darrieus blad de vorm heeft van een scharnierbare verbinding, - voor elk Darrieusrotorblad van ten minste een verbindingsarm de 25 verbinding tussen het proximale deel van de verbindingsarm en de centrale as een starre verbinding is, waarbij de draaiingsas van de scharnierbare verbinding een hoek α van minder dan 30° maakt met een vlak loodrecht op de draaiingsas van de Darrieus rotor, en 30. een hoek β van minder dan 15° maakt met een vlak dat loodrecht staat op een lijn die loopt van de draaiingsas van de Darrieus rotor tot de aanstroomrand van het betreffende Darrieus rotorblad ter hoogte van het scharnier, welke lijn in een vlak ligt loodrecht op de draaiingsas van de Darrieus rotor. 35

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de via de scharnierbare verbinding verbonden elementen gekozen uit een Darrieus blad, een op 1036429 afstand van het proximale deel gelegen punt van een verbindingsarm, en de centrale as elk een contactvlak hebben voor wederzijds contact.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de inrichting een 5 tweede verbindingsarm omvat, een eerste, proximaal deel van de tweede verbindingsarm star is verbonden met de centrale as en een op afstand van het eerste proximale deel gelegen punt van de tweede verbindingsarm via een scharnierende verbinding is verbonden met het tweede punt op het Darrieus rotorblad. 10

4. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij ten minste de verbindingsarmen die de eerste punten van de Darrieus bladen met de centrale as verbinden Wells rotorbladen zijn.

5. Inrichting volgens conclusie 4 , waarbij de tweede verbindingsar men korter zijn dan de Wells rotorbladen die de eerste punten van de Darrieus bladen met de centrale as verbinden.

6. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, waarbij de 20 inrichting een generator bevat gekozen uit i) een generator voor het opwekken van elektriciteit, en ii) een generator voor het opwekken van fluïdum-druk.

7. Werkwijze voor het opwekken van energie in een waterlichaam, waar-25 bij een inrichting volgens een van de conclusies 1 tot 6 in een waterlichaam wordt gebracht waarin op natuurlijke wijze golven en/of stroming ontstaan.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, waarbij ten minste de verbindings-30 armen die zijn verbonden met een eerste punt van de Darrieus bladen , welk eerste punt hoger ligt dan het tweede punt, Wells rotorbladen zijn en de Wells rotorbladen zich op een diepte tussen 0,5 en 2,0, bij voorkeur tussen 0,8 en 1,25 keer de 5-minuten gemiddelde golfhoogte onder de spiegel van het waterlichaam bevinden. 35

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, waarbij de bovenste uiteinden van ten minste twee Darrieus bladen boven het wateroppervlak uitsteken.

10. Werkwijze volgens een van de conclusies 7 tot 9, waarbij de draaiingsas over 5 minuten gemiddeld minder dan 5° van de verticaal staat. 5

11. Werkwijze volgens een van de conclusies 7 tot 10, waarbij energie gekozen uit hydraulische energie, pneumatische energie, elektriciteit of waterstof-gas wordt gegenereerd. 1036429