NL2006276C2

NL2006276C2 - Constructie met meervoudige windturbine.

Info

Publication number: NL2006276C2
Application number: NL2006276A
Authority: NL
Inventors: Thomas Hubertus Maria Doreleijers
Original assignee: Itomforce Innovations B V
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-24
Also published as: ES2639649T3; EP2678555A1; DK2678555T3; EP2678555B1; WO2012115512A1

Description

Constructie met meervoudige windturbine

De onderhavige uitvinding betreft constructies met windturbines. Het woord ‘windturbine’ wordt hier gebruikt om deze windturbines te onderscheiden van de 5 klassieke windmolens.

Meer in het bijzonder betreft de uitvinding een windturbine, omvattende een draagconstructie, een op de draagconstructie geplaatste eerste gondel waarin een eerste generator is geplaatst en een voor aanstroming in axiale richting ingerichte eerste 10 windturbinerotor met een zich hoofdzakelijk horizontaal uitstrekkende eerste as die is gelagerd in de eerste gondel en die met de eerste generator is gekoppeld.

Dergelijke windturbines zijn algemeen bekend. Zij zijn ingericht voor het opwekken van elektrische energie. Om deze elektrische energie aan het openbare elektriciteitsnet 15 te koppelen zijn omvormers noodzakelijk die de door de generator met specifieke spanning en frequentie opgewekte elektrische energie omvormen tot energie met frequentie en spanning van het openbare elektriciteitsnet. Dit biedt de mogelijkheid de generator te optimaliseren zonder rekening te moeten houden met frequentie en spanning van het net.

20

In het bijzonder in dichtbevolkte landen is het aantal plaatsen voor windturbines beperkt; het is dan ook van belang de beschikbare plaatsen zou goed mogelijk te gebruiken, hetgeen betekent dat op de beschikbare plaatsen zo veel mogelijk elektrische energie dient te worden opgewekt. Het doel van de onderhavige uitvinding is het 25 verschaffen van een windturbine waarmee een zo groot mogelijke hoeveelheid elektrische energie kan worden opgewekt.

Dit doel wordt bereikt door een windturbine van de bovengenoemde soort waarbij op de draagconstructie tenminste een tweede windturbinerotor met een tweede as is geplaatst. 30

Deze maatregel biedt de mogelijkheid het aantal windturbines op een enkele plaats, in het bijzonder op een enkel draagconstructie te vergroten omdat het gebruik van meer dan één windturbine de mogelijkheid biedt meer bewegingsenergie van de wind om te zetten in kinetische energie van de windturbinerotor en daarmede in elektrische energie.

2

In overeenstemming met het bovenstaande verschaft deze uitvoeringsvorm voorts een werkwijze voor het plaatsen van een windturbine, omvattende de stap van het plaatsen van een draagconstructie die is ingericht voor het dragen van meer dan één windturbinerotor en tenminste één generator met een vermogen dat gedimensioneerd is 5 voor de tenminste ene windturbinerotor en het vervolgens op de draagconstructie plaatsen van de tenminste twee windturbinerotoren en de door deze windturbine aan te drijven generator.

Opgemerkt wordt dat het gebruik van meer dan één windturbine op een enkele locatie 10 beperkingen kent, bijvoorbeeld als gevolg van het feit dat de kinetische energie van een de windturbine passerende luchthoeveelheid afneemt; een deel van deze kinetische energie is immers overgedragen aan de windturbine, zodat nog slechts een deel van de bewegingsenergie resteert. Voor een direct achter de eerste windturbine geplaatste tweede windturbine is dan ook nog maar slechts een deel van de bewegingsenergie van 15 de lucht beschikbaar zodat deze tweede windturbine in het algemeen minder energie op kan wekken. In het algemeen is het dan ook aantrekkelijker het ontwerp van de eerste windturbine aan te passen om het beschikbare vermogen te vergroten. In veel gevallen is dit niet mogelijk of zinvol als gevolg van ruimtegebrek of andere beperkingen. In het bijzonder in dergelijke situaties komen de voordelen van de onderhavige uitvinding tot 20 hun recht.

Overigens wordt, mede in verband met hun onderhoudsvrije karakter, voor het opwekken van elektrische energie bij voorkeur gebruik gemaakt van borstelloze generatoren, zoals synchrone of asynchrone generatoren. Voor de turbinerotor kan 25 gebruik worden gemaakt van twee-, drie- of meerbladige rotoren.

Het plaatsen van windturbines gaat gepaard met een grote hoeveelheid papierwerk, in het bijzonder als gevolg van de door wetgeving bepaalde vergunningen en andere beperkingen. Om deze hoeveelheid papierwerk te verminderen is het soms aantrekkelijk 30 een reeds bestaande windturbine van een extra windturbinerotor te voorzien.

Aannemende dat de bestaande windturbine aan alle regelgeving voldoet, is het veelal mogelijk de zonder al te veel vergunningen aan de draagconstructie van de bestaande windturbine een tweede turbinerotor met mogelijkerwijs een tweede generator toe te voegen.

3

Hiertoe verschaft een specifieke uitvoeringsvorm een werkwijze voor het vergroten van het vermogen van een bestaande windturbine, omvattende de stap van het aanbrengen van tenminste een tweede windturbinerotor en mogelijkerwijs een tweede generator aan 5 de draagconstructie van de bestaande windturbine.

Aldus kan het vermogen van een bestaande windturbine worden vergroot, uiteraard binnen de hierboven geschetste beperkingen, zonder al te veel problemen met regelgeving.

10

Volgens een eerste uitvoeringsvorm is de tenminste tweede windturbinerotor ingericht voor axiale aanstroming en strekt de tweede as zich hoofdzakelijk horizontaal uit. Hiermede wordt een tweede of een volgende windturbinerotor toegevoegd zodat het vermogen van de windturbine in totaal toeneemt. Opgemerkt wordt dat in dergelijke 15 gevallen de assen van beide turbinerotoren zich beide onderling parallel en parallel aan de windrichting zullen uitstrekken.

Het toevoegen van een windturbinerotor kan geschieden door een zodanige plaatsing dat de tenminste tweede as zich hoofdzakelijk parallel aan de eerste as uitstrekt en dat 20 de projectie van de eerste windturbinerotor en de projectie van de tweede windturbinerotor op een zich loodrecht op de as uitstrekkend vlak tenminste gedeeltelijk overlappen. Met deze uitvoeringsvorm wordt, als gevolg van het feit dat de projecties van beide rotoren elkaar overlappen slechts weinig extra ruimte benodigd, terwijl toch het opgewekte vermogen kan worden vergroot.

25

Opgemerkt wordt dat de grootte van de tweede rotor gelijk kan zijn aan die van de eerste rotor, maar het is evenzeer mogelijk dat de diameter van de eerste windturbinerotor groter is dan die van de tweede windturbinerotor. Ook andere eigenschappen van de rotoren zoals spoed van de rotorbladen en de vorm van de 30 rotorbladen kunnen anders of gelijk zijn.

Een meer specifiek uitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat de eerste as en de tweede as zijn gekoppeld met de eerste generator. Deze maatregel vergt een kleine investering omdat gebruik wordt gemaakt van een enkele generator. Bij voorkeur is 4 deze enkele generator gedimensioneerd voor het vermogen van beide turbinerotoren. Bij het later aanbrengen van een tweede turbinerotor is dit qua investering minder aantrekkelijk omdat dan een nieuwe generator zou moeten worden geïnstalleerd. Om dit te voorkomen kan worden volstaan met de bestaande generator die is gedimensioneerd 5 op het vermogen van de enkele, reeds geplaatste windturbinerotor. Omdat een windturbine voor het overgrote deel van de tijd met minder dan het volle vermogen draait, is dan voldoende vermogen in de generator beschikbaar. Slechts wanneer de windkracht zo groot is dat de som van de vermogens van beide windturbinerotoren groter is dan het vermogen van de generator, is geen optimaal gebruik meer mogelijk.

10

De laatstgenoemde uitvoeringsvorm kan verder worden bepaald wanneer de eerste windturbinerotor en de tweede windturbinerotor op dezelfde as geplaatst zijn.

Hiermede wordt de constructie van de gehele windturbine, in het bijzonder de lagering van de enkele as sterk vereenvoudigd. Er treedt nog een verdere vereenvoudiging op 15 wanneer ook de generator op dezelfde as is geplaatst.

Het is echter ook mogelijk de generator te voorzien van een draaibare stator. Deze stator vormt dan eigenlijk een tweede rotor. Het is dan aantrekkelijk wanneer de eerste as met de rotor van de eerste generator is verbonden, dat de tweede as met de stator van de 20 eerste generator is verbonden en dat de turbinerotoren zijn ingericht voor het in tegengestelde richting aandrijven van de eerste as en de tweede as. Hiermede kan met een generator met bepaalde afmetingen het dubbele vermogen worden opgewekt dan met een generator waarvan de stator niet roteert.

25 Bij een aantal van de hier toegelichte uitvoeringsvormen zijn de generator of generatoren en de as of assen in dezelfde gondel geplaatst. Een alternatieve uitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat de tweede as is gelagerd in een tweede gondel en dat de tweede as is gekoppeld met een in de tweede gondel opgenomen tweede generator. Hierbij is dus sprake van twee of meer gondels. Dit biedt de 30 mogelijkheid de gondels onafhankelijk van elkaar te plaatsen zodat er geen of nauwelijks overlap is van de windturbinerotoren en de ene rotor de wind voor de andere niet wegneemt.

5

Volgens een andere uitvoeringsvorm zijn de eerste en de tweede gondel om een hoofdzakelijk verticale as onafhankelijk roteerbaar verbonden met de draagconstructie. Deze maatregel biedt de mogelijkheid de hoek waaronder de hartlijn van de gondels zich uitstrekt onafhankelijk te bepalen. De richting van de hartlijn van de gondels wordt 5 in eerste instantie bepaald door de windrichting omdat immers het meeste profijt van de windenergie wordt getrokken wanneer de hartlijn van de gondel zich parallel aan de windrichting uitstrekt. Omdat op de relatief korte afstand waarop de gondels zich bevinden de windrichting weinig zal afwijken, zal de richting van de hartlijnen van de gondels in de praktijk evenmin veel afwijken.

10

In veel gevallen is de draagconstructie door een zich hoofdzakelijk verticaal uitstrekkende mast gevormd. Voor het aanbrengen van een volgende gondel met een daarin geplaatste generator met bijbehorende as en turbinerotor is het aantrekkelijk wanneer de eerste gondel met de top van de mast is verbonden en dat de tweede gondel 15 tussen de top en de voet van de mast met de mast is verbonden.

De boven op een mast geplaatste gondel is veelal om een verticale as draaibaar aangebracht om de windrichting te kunnen volgen. Om ook de tweede gondel de windrichting te kunnen laten volgen is het van belang dat ook de tweede gondel om een 20 verticale as draaibaar is. Deze maatregel kan constructief gemakkelijk worden geïmplementeerd wanneer een eerste de mast omringende ring met de mast is verbonden, dat de tweede gondel roteerbaar op de eerste ring rust, dat een tweede de mast omringende ring met de mast is verbonden en dat een op afstand van de mast met de gondel verbonden juk op de tweede ring rust. Hiertoe behoeft immers de mast niet te 25 worden aangepast, hetgeen de sterkte van de mast zou kunnen beïnvloeden, maar hetgeen tevens extra werkzaamheden zou veroorzaken.

Alhoewel wind langs de aarde zich in het algemeen in horizontale richting beweegt, zijn er situaties waarin de windrichting een component in verticale richting heeft, 30 bijvoorbeeld bij de kust. Om ook in dergelijke situaties optimaal gebruik te kunnen maken van de wind, is het aantrekkelijk wanneer tenminste één van de gondels om een horizontale, zich hoofdzakelijk dwars op de rotatieas uitstrekkende as kantelbaar is. Deze constructie biedt immers de mogelijkheid de as van de gondel zich parallel aan de windrichting uit te laten strekken.

6

Bij rotatie van een gondel om een verticale as zal de potentiële energie van de gondel niet veranderen; het kost dan ook, afgezien van wrijvingsverliezen, geen kracht om de gondel om zijn verticale as te laten roteren. Aandrijving kan dan ook plaatsvinden door 5 een windvaan of een als windvaan fungerend deel. Overigens wordt actieve aandrijving van de rotatiebeweging geenszins uitgesloten. Bij rotatie om een horizontale as van de gondel, zal de potentiële energie ervan in het algemeen wel veranderen, tenzij de rotatieas door het zwaartepunt van de gondel met inbegrip van generator as en rotor gaat. In het overgrote deel van de gevallen is dus een aandrijving nodig voor de rotatie. 10 Hiertoe verschaft een verder uitvoeringsvorm de maatregel dat de kantelbare gondel op een subframe is geplaatst, dat het subframe door een as met de draagconstructie is verbonden en dat tussen het subframe en de draagconstructie op afstand van de as een bestuurbaar lineair aandrijfelement is geplaatst. Het lineair aandrijfelement kan bijvoorbeeld worden gevormd door een hydraulische of pneumatische cilinder of door 15 een bij voorkeur elektrisch aangedreven schroefspil of combinatie van een tandheugel met een tandrad.

Bij de hierboven toegelichte uitvoeringsvormen is steeds sprake van turbinerotoren met axiale aanstroming, hetgeen aanduidt dat de windrichting zich parallel aan de richting 20 van de rotatieas uitstrekt en dat het hoofdvlak van de rotor zich loodrecht op de as uitstrekt. Dit geldt voor het overgrote deel van de thans toegepaste windturbines. Er zijn echter eveneens windturbines waarbij de aanstroomrichting zich radiaal op de rotatieas van de turbinerotor uitstrekt. Een voorbeeld van een dergelijk rotor is de zogenaamde ‘Darrieus’-rotor. Het is echter eveneens mogelijk turbinerotoren van deze soort toe te 25 passen waarbij de bladen volgens een cilinder zijn gerangschikt. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm is de tenminste tweede windturbinerotor ingericht voor radiale aanstroming en strekt de tweede as zich hoofdzakelijk verticaal uit.

Er wordt een constructief aantrekkelijke uitvoeringsvorm verkregen wanneer de tweede 30 windturbinerotor onder de eerste windturbinerotor is geplaatst. Hiermede wordt immers voorkomen dat de rotoren elkaar de ‘wind uit de zeilen’ nemen, terwijl de tweede, cilindrische rotor en meer gesloten geheel vormt, en dus qua veiligheid minder problemen met zich mee brengt; een dergelijke rotor heeft immers geen uitstekende bladen.

7

Wind is een sterk aan variaties onderhevig fenomeen. Bij het opwekken van elektrische energie is het gewenst dat het momentaan opgewekt vermogen zo veel mogelijk constant is om overbelasting van de componenten van de windturbine te voorkomen.

5 Om variaties van het vermogen te voorkomen door het toerental van de generator zo constant mogelijk te maken, is het bekend een vliegwiel toe te passen op de as. Om effectief te kunnen zijn, heeft een dergelijk vliegwiel een grote massa, hetgeen te constructieve bezwaren leidt. Om deze bezwaren te voorkomen, stelt een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de uivinding voor dat tenminste één van de generatoren 10 voorzien is van een binnenliggende stator en een buitenliggende rotor. De buitenliggende rotor is het roterende deel, waardoor de massatraagheid oftewel de vliegwielwerking vergroot wordt zonder het aanbrengen van extra massa.

Het toerental van turbinerotoren van windturbines is relatief laag. Dit geldt in het 15 bijzonder voor turbinerotoren met een bladlengte van enige tientallen meters.

Elektrische generatoren worden - bij gelijk vermogen - kleiner en goedkoper bij grotere toerentallen. Als gevolg daarvan worden vaak tandwielkasten toegepast voor het vergroten van het toerental van de turbinerotor opdat de generator kleiner kan worden gedimensioneerd. Tandwielkasten zijn, ook wanneer zij een planetaire configuratie 20 hebben, aan slijtage onderhevig, behoeven veel onderhoud en zijn gevoelig voor overbelasting. Om aan deze nadelen te voorkomen stelt een andere uitvoeringsvorm voor dat tenminste één van de windturbinerotoren direct is gekoppeld met de rotor van de betreffende generator. Hiermede komt de tandwielkast te vervallen, maar moet de generator - bij een gelijkblijvend vermogen - groter worden gedimensioneerd. Omdat 25 daarmede een nagenoeg onderhoudsvrije constructie kan worden verkregen, wordt dit nadeel voor lief genomen.

Volgens een laatste uitvoeringsvorm is de as van de eerste windturbinerotor is gekoppeld met tenminste twee generatoren. Op het eerste gezicht lijkt deze 30 uitvoeringsvorm weinig aantrekkelijk; het is immers goedkoper bij een door de turbinerotor bepaald vermogen, een enkele generator toe te passen van een root vermogen, dan twee generatoren voor elk een klein vermogen. Toch zijn er situaties waarin het aantrekkelijk is om twee generatoren toe te passen. Dit betreft situaties waarin bij een bestaande windturbine de turbinerotor is aangepast, bijvoorbeeld 8 vergroot of van andere bladen is voorzien, waardoor het vermogen van de turbinerotor is vergoot. Om dit vergrote vermogen ook bij sterke windkracht te kunnen omzetten in elektrische energie, kan een extra generator worden bij geplaatst. Deze extra generator kan gelijk zijn aan of kleiner of groter zijn dan dat van de reeds aanwezige generator.

5 Het bijplaatsen is in het bijzonder gemakkelijk wanneer de reeds aanwezige generator van een doorgaande as is voorzien, zodat de toegevoegde generator coaxiaal ten opzichte van de reeds aanwezige generator kan worden geplaatst. Het kan echter eveneens aantrekkelijk zijn twee generatoren toe te passen bij een in het geheel nieuwe windturbine, bijvoorbeeld wanneer verwacht wordt dat de windkracht slechts gedurende 10 korte tijden hoge waarden zal bereiken. Een eerste generator is dan steeds in bedrijf en de tweede generator slechts wanneer de windkracht zo groot is dat het vermogen van de eerste generator wordt overschreden. Omdat deze tweede generator dan slechts een kleien bedrijfstijd heeft, kan hiervoor een goedkopere generator worden gebruikt met een lager rendement. Ook kan de tweede generator worden gebruikt in situaties waarin 15 de eerste generator buiten dienst is, bijvoorbeeld voor onderhoud of reparatie.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen, waarin voorstellen:

Figuur 1: een schematisch perspectivisch aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm 20 van de uitvinding;

Figuur 2: een schematisch zijaanzicht van een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuur 3: een schematisch zijaanzicht van een derde uitvoeringsvorm van de uitvinding; 25 Figuur 4: een schematisch vooraanzicht van een vierde uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuur 5: een schematisch zijaanzicht van een vijfde uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuur 6: een schematisch zijaanzicht van een zesde uitvoeringsvorm van de 30 uitvinding;

Figuur 7: een gedeeltelijk als doorsnedeaanzicht uitgevoerd schematisch zijaanzicht van een zevende uitvoeringsvorm van de uitvinding; en Figuur 8: een doorsnedeaanzicht van een achtste uitvoeringsvorm van de uitvinding.

9

In figuur 1 is een in zijn geheel met 1 aangeduide windturbine getoond. De windturbine 1 omvat een als draagconstructie fungerende mast 2, die als een hoofdzakelijk gladde, cilindrische, wellicht enigszins conisch uitgevoerde mast is uitgevoerd. Het zal duidelijk zijn dat in plaats daarvan andersoortige masten kunnen worden toegepast zoals 5 vakwerkmasten. Boven op de top van de mast 2 is een ligger 3 om een verticale as draaibaar geplaatst. De ligger 3 is als kokerligger uitgevoerd, maar deze kan ook op andere wijze zijn uitgevoerd, bijvoorbeeld als vakwerkligger. Op het eerste einde van de ligger 3 is een eerste in zijn geheel met 4 aangeduide gondel geplaatst. In de eerste gondel 4 is een eerste generator 5 geplaatst en in de eerste gondel 4 is een eerste rotoras 10 6 gelagerd. Op de rotoras 6 is een eerste turbinerotor 7 met rotorbladen 7a, 7b en 7c bevestigd. Op het tweede einde van de ligger 3 is een eerste in zijn geheel met 8 aangeduide gondel geplaatst. In de tweede gondel 8 is een tweede generator 9 geplaatst en in de tweede gondel 8 is een tweede rotoras 10 gelagerd. Op de rotoras 10 is een eerste turbinerotor 11 met rotorbladen 11a, 11b en 11c bevestigd. Bij de afgebeelde 15 uitvoeringsvorm is de ligger 3 symmetrisch ten opzichte van de mast 2 geplaatst. Dit levert immers de laagste mechanische belasting van deze ligger 3 en van de mast 2 op. Een, als gevolg van ruimtegebrek noodzakelijke of nuttige asymmetrische plaatsing is echter niet uitgesloten.

20 Het zal duidelijk zijn dat de wind beide turbinerotoren 7, 11 in rotatie aandrijft, waardoor de rotorassen 6, 10 in rotatie worden aangedreven. Deze rotorassen drijven, mogelijkerwijs via een in de gondels 4, 8 opgenomen overbrenging, de in de gondels 4, 8 geplaatste generatoren 5, 9 aan. Deze generatoren wekken elektrische energie op die via een in de tekening niet weergegeven omzetter aan de afnemer wordt toegevoerd. De 25 omzetter zet de door de generatoren opgewekte spanning en frequentie, die beide variëren met het toerental om in deze waarden aan te passen aan die van de afnemer, bijvoorbeeld het openbare elektriciteitsnet. De omzetter kan zijn geplaatst in de gondels 4, 8, maar deze kan ook in de mast of elders zijn geplaatst.

Deze uitvoeringsvorm is in het bijzonder doch niet uitsluitend geschikt voor het 30 naderhand vergroten van het vermogen van de windturbine. Hierbij wordt uitgegaan van een windturbine, die slechts een mast 2 en een direct daarop geplaatste gondel 4 met generator 5, as 6 en rotor 7 omvat. Voor het vergroten van het door deze windturbine opgewekte vermogen wordt de gondel 4 en de daar aan en in bevestigde delen 5, 6 en 7 afgenomen, waarna de ligger 3, evenals een rotatie om een verticale as toelatend lager 10 wordt geplaatst. Vervolgens worden de gondel 4 en een nieuwe gondel 8 geplaatst, tezamen met de daar aan en in bevestigde delen 5, 6, 7, 9, 11 en 11, waarna de in figuur 1 afgebeelde configuratie is verkregen.

5 Opgemerkt wordt dat in deze uitvoeringsvorm beide rotoren elkaar niet overlappen zodat er geen of weinig onderlinge beïnvloeding en daarmede samenhangende verliezen zijn. Voorts strekken de assen zich parallel uit hetgeen tot een optimale positie ten opzichte van de windrichting leidt. Ook zijn de rotoren, alhoewel niet noodzakelijk op een zelfde afstand van de ligger 3 gelegen.

10

In figuur 2 is een in zijn geheel met 21 aangeduide windturbine afgebeeld. Deze windturbine omvat een mast 22, waarop een draagconstructie 23 is geplaatst. Deze draagconstructie 23 is in zijn geheel draaibaar om een verticale as met de mast 22 verbonden. In deze draagconstructie 23 is een eerste gondel 24 geplaatst, waarin een 15 niet in de tekening weergegeven generator 25 is geplaatst. In de gondel 24 is voorts een as 26 gelagerd, op het einde waarvan een rotor 27 is geplaatst. In de draagconstructie 23 is boven de eerste gondel 24 een tweede gondel 28 geplaatst, waarin opnieuw een niet in de tekening weergeven generator 29 is ondergebracht, terwijl een as 30 in de gondel 28 is gelagerd. Hierbij steekt de as 30 aan de tegenover liggende zijde uit de gondel 28. 20 Op het einde van de as is een rotor 31 geplaatst. De rotoren bevinden zich dus aan weerszijden van de mast 22. Het zal duidelijk zijn dat de assen 26, respectievelijk 30 gekoppeld zijn met de generatoren 25, 29.

Uit deze figuur blijkt dat de beide gondels 24, 28 boven elkaar zijn geplaatst. Hiermede 25 wordt bespaard op een ligger 3, zoals bij figuur 1 aanwezig is, maar ten koste van het nadeel dat beide rotoren 27, 31 ‘achter elkaar zijn gelegen’. Anders uitgedrukt zijn vallen de projecties van de door de rotoren 27, 31 beschreven cirkels voor een groot deel samen. De as 26, 30 van beide rotoren 27, 31 zal tijdens bedrijf zo veel mogelijk parallel aan de windrichting gedraaid zijn om optimaal profijt te trekken van de wind.

30 Hierbij zal de stroomopwaarts liggende rotor optimaal energie kunnen onttrekken aan de wind, maar de daarop volgende rotor, slechts voor een deel omdat een deel van de kinetische energie van de wind reeds door de stroomopwaarts liggende rotor is opgenomen. De lagere kinetische energie komt tot uitdrukking in een lagere windsnelheid. Ook moet rekening worden gehouden met de luwte en de daardoor 11 veroorzaakte verlaging van de luchtsnelheid die door de mast 22 wordt veroorzaakt omdat de tweede rotor stroomafwaarts van de mast ligt.

Bij deze uitvoeringsvorm hebben de rotoren 27, 31 dezelfde diameter en hebben zij ook 5 dezelfde bladvorm en spoed. Het is voorstelbaar dat door een onderling verschillende diameter, spoed of bladvorm meer optimale resultaten kunnen worden verkregen. Hierbij zal de stroomafwaarts gelegen rotor gedimensioneerd moeten zijn op een lagere windsnelheid dan de stroomopwaarts gelegen rotor. Hiermede samenhangend kan het aantrekkelijk zijn de met de betreffende rotor 27, 31 verbonden generator 25, 29 op dit 10 verschil aan te passen voor wat betreft vermogen of optimaal toerental. Overigens kan met een ander toerental rekening worden gehouden door toepassing van een overbrenging tussen de as en de generator met een andere verhouding.

In figuur 3 is een uitvoeringsvorm getoond die voor en groot deel overeenstemt met de 15 in figuur 2 afgebeelde uitvoeringsvorm. In deze figuur worden wanneer de delen overeenstemmen, dezelfde verwijzingscijfers gebruikt. Deze windturbine 21 omvat een mast 22 waarop een om een verticale as draaibare draagconstructie 33 is geplaatst, die afwijkt van de draagconstructie 23 van de tweede uitvoeringsvorm. Op deze draagconstructie zijn twee gondels 24, 28 geplaatst. De gondels 24, 28 zijn - in 20 tegenstelling tot de tweede uitvoeringsvorm - op dezelfde hoogte en in eikaars verlengde geplaatst. Overigens wijkt deze uitvoeringsvorm niet of nauwelijks af van de tweede uitvoeringsvorm voor wat betreft generatoren 25, 29, assen 26, 30 of rotoren 27, 31. Ook bij deze uitvoeringsvorm kunnen afwijkingen tussen de rotoren, generatoren of overbrengingen aanwezig zijn om rekening te houden met de stroomopwaarts of 25 stroomafwaarts gelegen posities van de rotoren. Ook deze uitvoeringsvorm is geschikt om een enkelvoudige windturbine te vervangen door een dubbele windturbine zonder al te veel ingrijpen. Hiermede kan de energieopbrengst weliswaar niet worden verdubbeld maar wel sterk worden vergroot.

30 Figuur 4 toont een windturbine 41 waarbij op een enkele drager drie turbinerotoren zijn geplaatst, waarvan er twee een kleinere diameter hebben. De drager heeft de vorm van een mast 42 waarop door middel van een roteerbare draagconstructie 43 een gondel 44 is geplaatst. Deze gondel 44 is op de gebruikelijke wijze voorzien van een generator 45, een daarin gelagerde as 46 en een aan het einde van de as 46 bevestigde rotor 47. In 12 zoverre komt een dergelijke windturbine 41 overeen met tot de stand van de techniek behorende windturbines.

Voor het vergroten van het door de windturbine 41 opgewekte vermogen is op de mast 5 41 een tweede gondel 48 geplaatst. Deze gondel 48 heeft beduidend kleinere afmetingen dan de gondel 41. De tweede gondel 48 strekt zich dan ook niet uit tot in de mast 42, maar de tweede gondel 48 is bevestigd op een drager 49 die draaibaar aan de mast 41 is bevestigd. In de tweede gondel 48 is een generator opgenomen en een as 50 is in de gondel gelagerd, terwijl op het einde van de as 50 een turbinerotor 51 is bevestigd. De 10 diameter van deze turbinerotor is aanzienlijk kleiner dan die van de turbinerotor 47. De tweede turbinerotor kan een kleiner vermogen aan de wind onttrekken zodat het vermogen van de in de gondel 49 geplaatste generator desbetreffend kleiner is dan dat van de generator 45 in de gondel 44 boven op de mast 42. Het zal duidelijk zijn dat de tweede gondel naderhand tegen de bestaande mast 42 aan kan worden geplaatst, zodat 15 de oorspronkelijke windturbine 41 naderhand kan worden voorzien van een extra turbinerotor 51 en daarbij behorende generator opdat het vermogen van de windturbine 41 in zijn geheel kan worden vergroot. Opgemerkt wordt dat de door de rotoren 47, 51 beschreven cirkels elkaar niet overlappen.

20 Deze figuur toont voorts dat boven op de gondel 44 een hulpmast 52 is geplaatst.

Hierbij is de hupmast 52 bij voorkeur op de gondel bevestigd opdat de hulpmast meedraait met de gondel 44 en de windrichting. Boven op de hulpmast is een derde gondel 53 geplaatst, die is voorzien van een generator, een in de gondel 53 gelagerde as 54 en een op de as 54 bevestigde turbinerotor 55. Ook deze turbinerotor 55 is kleiner 25 dan de turbinerotor 47, en de maat ervan kan overeenkomen met die van de turbinerotor 51 die lager aan de mast is bevestigd. De door de rotoren 47, 55 beschreven cirkels overlappen elkaar niet. Ook de derde gondel 53 met de daarin en aan bevestigde componenten 54, 55 voor het opwekken van elektrische energie kan naderhand op de bestaande windturbine worden geplaatst.

30

Aldus verschaft deze uitvoeringsvorm twee mogelijkheden voor het vergroten van het vermogen van een bestaande windturbine. Het is overigens mogelijk slechts één van beide turbinerotoren toe te voegen. Het heeft dan de voorkeur de bovensta rotor toe te voegen omdat het vermogen daarvan, bij gelijke diameter groter zal zijn dan dat van de 13 onderste omdat de windsnelheid hoog in de lucht groter is dan die dicht bij de grond. Ook is het - in afhankelijkheid van de hoogte van de mast - mogelijk meer dan één turbinerotor aan de bestaande mast te bevestigen.

5 De in figuur 5 getoonde, in zijn geheel met 61 aangeduide windturbine omvat een mast 62 met een daarop door middel van een draaibaar lager 63 aangebrachte gondel 64.

Ook deze gondel 64 is voorzien van een generator 65, een daarin gelagerde as 66 en een aan het einde van de as bevestigde turbinerotor 67. In zoverre komt deze windturbine 61 overeen met een windturbine volgens de stand van de techniek.

10

De windturbine volgens de uitvinding is voorts voorzien van een eerste vast rondom de mast 62 aangebrachte ring 70. Op de eerste vast aangebrachte ring 70 rust een eerste draaibare ring 71, waaraan een platform 72 vast is bevestigd. Het platform 72 is voor draaiing met de draaibare ring 71 verbonden. Onder de eerste vast aangebrachte ring 70 15 is een tweede ring 73 vast aangebracht. Op deze tweede vaste ring 73 rust een tweede draaibare ring 74. Het platform 72 is van twee zich vanaf het van de mast 62 afgekeerde einde van het platform 72 schuin naar beneden uitstrekkende steunstangen 75 voorzien die verbonden zijn met de tweede draaibare ring 74. Aldus wordt door deze delen 70-75 een draaibaar met de mast verbonden steunconstructie gevormd.

20

Op het platform 72 is een tweede gondel 74 geplaatst die op de gebruikelijke wijze is voorzien van een generator 75, een in de gondel gelagerde as 76 en een op het einde van de as bevestigde turbinerotor 77. Aldus is wederom een windturbine verkregen die voorzien is van twee windturbinerotoren. Hiermede kan het opgewekte vermogen sterk 25 worden vergroot, mede in afhankelijkheid van de windkracht. Als gevolg van de toegepaste constructie zijn beide turbinerotoren onafhankelijk van elkaar om een verticale as roteerbaar. In de praktijk zullen beide turbines een nagenoeg gelijke hoek innemen omdat de windrichting op de korte onderlinge afstand nauwelijks zal variëren. Omdat de turbinerotoren elkaar gedeeltelijk overlappen zal het door de meer 30 stroomafwaarts gelegen rotor opgewekte vermogen kleiner zijn dan dat van de meer stroomopwaarts gelegen rotor. Evenals bij de andere uitvoeringsvormen leent deze constructie zich ook voor het naderhand, bij een bestaande windturbine plaatsen van de tweede turbinerotor met de bijbehorende componenten.

14

De in figuur 6 getoonde, in zijn geheel met 81 aangeduide windturbine omvat een mast 82, waarop een kraag 83 is geplaatst. Deze kraag 83 is draaibaar om een verticale as met de mats 82 verbonden. Een frame 84 is vast met de kraag 83 verbonden. Aan één einde van het frame 84 is een zich horizontaal uitstrekkende as 85 geplaatst, en een subframe 5 86 is draaibaar om de as 85 met het frame 84 verbonden. Als gevolg van deze maatregelen kan het subframe 86 kantelen om de as 85 en daarmede een schuine stand innemen. Voor het aandrijven van de kantelbeweging wordt gebruik gemaakt van een lineair aandrijforgaan 87 zoals een hydraulisch of pneumatische aangedreven cilinder of een lineaire elektromotor. Op het subframe 86 is een gondel 88 aangebracht, waarin 10 een as 89 is gelagerd.

In de gondel 88 is voorts een elektrische generator 90 aangebracht die met de as is gekoppeld door een tandwieloverbrenging. Het is echter eveneens mogelijk dat de as 89 de as van de generator 90 vormt en dat de rotor van de generator 90 op de as 89 is 15 geplaatst. Aan beide zijden van de as 89 is een turbinerotor 91, respectievelijk 92 aangebracht.

Deze maatregelen verschaffen in windturbine waarbij twee turbinerotoren met eenzelfde generator zijn verbonden. Uiteraard zal de generator moeten zijn gedimensioneerd voor 20 het omzetten van het door twee windturbines opgewekte vermogen. Toch kan een dergelijk combinatie tot een besparing leiden omdat immers generatoren voor het dubbele van een bepaald vermogen niet twee maal zo groot zijn als een generator voor het bepaalde vermogen. De onderhavige configuratie maakt voorts een aantrekkelijke constructie mogelijk waarbij de rotor van de generator door één van de turbinerotoren 25 91 wordt aangedreven en de stator van de generator door de andere turbinerotor 92. Dit vereist uiteraard een andere constructie van de stator omdat deze draaibaar moet zijn gelagerd en voorts voor rotatie met de turbinerotor 92 moet zijn verbonden. Uiteraard is het voor deze bijzondere uitvoeringsvorm eveneens van belang dat de draairichting van de rotor en stator tegengesteld is. Hiermede wordt in de generator 90 een 30 verschilsnelheid tussen rotor en stator gecreëerd die het dubbele is van elk van de afzonderlijke snelheden. Aldus kan met een generator die is ontworpen voor een enkele turbinerotor zonder deze groter uit te voeren een vermogen worden opgewekt dat overeenkomt met nagenoeg het dubbele vermogen. Uiteraard moet de stator dan roteerbaar worden gemaakt, hetgeen tot een stevige ingreep in de constructie leidt. De 15 maatregel van de twee turbinegeneratoren die tezamen een enkele generator aandrijven is overigens ook zonder de hierna te bespreken kantelbaarheid toepasbaar.

Voorts wijkt deze uitvoeringsvorm af door het kantelbaar zijn van het gehele samenstel 5 van subframe 87, gondel 88, as 89, generator 90, en turbinerotoren 91 en 92 om een horizontale as. Hiermede wordt de aanstroomhoek van de turbinerotoren veranderd, zodat rekening kan worden gehouden met een verticale component van de windrichting. Opgemerkt wordt dat deze maatregel eveneens toepasbaar is bij enkelvoudige windturbines volgens de stand van de techniek maar ook bij windeturbines volgens de 10 eerder in dit document toegelichte uitvoeringsvormen.

Bij de tot nu toe beschreven uitvoeringsvoorbeelden is steeds sprake van turbinerotoren waarbij de windrichting zich hoofdzakelijk parallel aan de as van de rotor uitstrekt. Dit is overigens het meest voorkomende type turbinerotor. In figuur 7 is echter een zevende 15 uitvoeringsvorm getoond waarbij buiten de ‘normale’ rotor bovendien een rotor met radiale aanstroming is geplaatst. Dergelijke turbinerotoren zijn op zichzelf bekend.

De in figuur 7 afgebeelde windturbine 101 omvat evenals bij de voorgaande uitvoeringsvorm, een mast 102, waarop een gondel 103 met een daarin geplaatste 20 generator en een in de gondel gelagerde as 104 is geplaatst. Aan het vrije einde van de as 104 is een turbinerotor 105 bevestigd. De tot nu toe beschreven delen van de windturbine 101 behoren tot de stand van de techniek.

Rondom de mast 102 uitstrekkend zijn twee lagers 106, 107 bevestigd. Aan beide lagers 25 106, 107 is een de mast 102 omgevende cilinder 108 aangebracht. Aan de binnenzijde van deze cilinder 108 is de rotor 109 van een generator aangebracht en aan de buitenzijde van de mast is de stator 110 van de generator geplaatst. Vanaf de cilinder strekken zich spaken 111 radiaal uit naar een turbinerotor 112 van het type dat voor radiale aanstroming is ingericht. Dergelijke turbinerotoren hebben een hoofdzakelijk 30 cilindrische structuur. Als gevolg van deze constructie kan de turbinerotor 112 rondom de mast 102 roteren. De turbinerotor 112 is van zich verticaal uitstrekkende bladen 113 voorzien die zodanig zijn gevormd dat een wind die de turbinerotor 112 met een radiale richtingscomponent treft, een koppel op de turbinerotor uitoefent en de turbinerotor 112 zal doen roteren.

16

Voor het omzetten van de bewegingsenergie van de turbinerotor in elektrische energie wordt gebruik gemaakt van een generator 109, 110 die concentrisch om de mast 102 is aangebracht. De structuur van een dergelijke generator is zodanig dat het roteerbare 5 deel, de rotor zich aan de buitenzijde bevindt terwijl het stilstaande deel, de stator, zich aan de binnenzijde van de generator bevindt. Deze structuur is ongebruikelijk, maar zij is op zich wel bekend. Bij een windturbine van het onderhavige type ligt een voordeel van een dergelijke structuur in het feit dat de roteerbare windturbine de generator omgeeft, waardoor deze gemakkelijk met het buitenliggende roteerbare deel van de 10 generator kan worden verbonden. Bij toepassingen met windturbines met axiale aanstroming, kan het voordeel van generatoren van dergelijke structuren liggen in de grotere massatraagheid van een dergelijke generator waardoor de werking van een vliegwiel wordt verkregen.

15 De turbinerotor met een radiale aanstroming is beter geschikt om laag om een reeds bestaande mast van een windturbine te plaatsen omdat het gevaar van bewegende bladen zoals bij een turbinerotor met radiale aanstroming nauwelijks aanwezig is. De grootte van de turbine kan sterk worden gevarieerd, mede in afhankelijkheid van lokale omstandigheden. Wel wordt erop gewezen dat in het algemeen de windkracht dicht bij 20 de grond kleiner is.

De in figuur 8 afgebeelde achtste uitvoeringsvorm van een windturbine 121 omvat een mast 122, op de top waarvan een druklager 123 is geplaatst. Op het druklager 123 rustend is een aan zijn bovenzijde gesloten en aan zijn onderzijde open, hoofdzakelijk 25 cilindrische bus 124 geplaatst. Tussen de binnenzijde van de bus 124 en de mast 122 is een ringvormig lager 125 geplaatst, dat de dwarskrachten van de bus 124 overdraagt op de mast 122. Op het bovenvlak van de bus 123 zijn twee, zich onderling parallel horizontaal uitstrekkende balken 126 bevestigd. Ter ondersteuning van de balken 126 strekken zich twee armen 127a, 127b uit tussen de mantel van de bus 124, bij voorkeur 30 ter plaatse van het ringlager 125 en de einden van de balken 126. Bij voorkeur is de configuratie symmetrisch uitgevoerd. Op beide balken 126 zijn, coaxiaal, vier generatoren 128a, 128b, 128c en 128d geplaatst. Een as 129 strekt zich door de generatoren 128 heen uit. Aan beide einde van de as 129 zijn elk een grote turbinerotor 130a, 130b en een kleine turbinerotor 131a, 131b aangebracht. De bladen van de grote 17 en de kleine turbinerotor 130, 131 zijn onderling verplaatst opdat de bladen steeds zo veel mogelijk gelijkmatig over de omtrekshoek zijn verdeeld. Ook kan deze uitvoeringsvorm van een kantelinrichting zijn voorzien voor het doen kantelen van de as van de turbinerotoren en generatoren, zoals al is toegelicht bij figuur 6. Voorts kan bij 5 deze uitvoeringsvorm gebruik worden gemaakt van pen- en schotelconstructies zoals deze bij opleggers en trekkers worden toegepast.

Het gebruik van een meer dan één, te weten vier generatoren maakt het mogelijk standaardgeneratoren toe te passen waardoor de kostprijs wordt verlaagd. Bij de 10 getekende uitvoeringsvorm is een ruimte tussen de twee middelste generatoren vrij gelaten, hetgeen de toegang tot de in de tekening niet weergegeven gondel waarin zich de generatoren bevinden, vergemakkelijkt. Opgemerkt wordt dat de doorgaande, waarmede de turbinegeneratoren worden gekoppeld, niet per se noodzakelijk is; het is eveneens mogelijk elk van de turbinerotoren twee generatoren aan te laten drijven. Ook 15 kan bij een andere lagerconstructie een deel van het lager tussen de generatoren worden geplaatst. Evenmin wordt uitgesloten dat een deel van de ruimte wordt ingenomen door een kleinere generator die bijvoorbeeld als kan zijn ingericht voor het opwekken van bekrachtigingstroom. Bij deze uitvoeringsvorm is het van belang dat de turbinerotoren elk meervoudig zijn en dat de turbinerotoren elk meer dan een enkele generator 20 aandrijven.

Ten slotte zal het duidelijk zijn dat de aan de hand van bovenstaande uitvoeringsvormen toegelichte maatregelen onderling kunnen worden gecombineerd en dat deze uitvoeringsvormen niet als beperkend voor de beschermingsomvang van de conclusies 25 kunnen worden gebruikt.

Claims

1. Windturbine, omvattende een draagconstructie, een op de draagconstructie geplaatste eerste gondel waarin een eerste generator is geplaatst en een voor 5 aanstroming in axiale richting ingerichte eerste windturbinerotor met een zich hoofdzakelijk horizontaal uitstrekkende eerste as die is gelagerd in de eerste gondel en die met de eerste generator is gekoppeld, met het kenmerk, dat op de draagconstructie tenminste een tweede windturbinerotor met een tweede as is geplaatst.

2. Windturbine volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tenminste tweede windturbinerotor is ingericht voor axiale aanstroming en dat de tweede as zich hoofdzakelijk horizontaal uitstrekt.

3. Windturbine volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de tenminste tweede as 15 zich hoofdzakelijk parallel aan de eerste as uitstrekt en dat de projectie van de eerste windturbinerotor en de projectie van de tweede windturbinerotor op een zich loodrecht op de eerste en tweede as uitstrekkend vlak tenminste gedeeltelijk overlappen.

4. Windturbine volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, 20 dat de diameter van de eerste windturbinerotor groter is dan die van de tweede windturbinerotor.

5. Windturbine volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de eerste as en de tweede as zijn gekoppeld met de eerste generator. 25

6. Windturbine volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de eerste as en de tweede as samenvallen.

7. Windturbine volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de eerste as met de 30 rotor van de eerste generator is verbonden, dat de stator van de eerste generator draaibaar is uitgevoerd, dat de tweede as met de stator van de eerste generator is verbonden en dat de turbinerotoren zijn ingericht voor het in tegengestelde richting aandrijven van de eerste as en de tweede as.

8. Windturbine volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de tweede as is gelagerd in een tweede gondel en dat de tweede as is gekoppeld met een in de tweede gondel opgenomen tweede generator.

9. Windturbine volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de eerste en de tweede gondel om een hoofdzakelijk verticale as onafhankelijk roteerbaar zijn verbonden met de draagconstructie.

10. Windturbine volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de draagconstructie een 10 zich hoofdzakelijk verticaal uitstrekkende mast omvat, dat de eerste gondel met de top van de mast is verbonden en dat de tweede gondel tussen de top en de voet van de mast met de mast is verbonden.

11. Windturbine volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat een eerste de mast 15 omringende ring met de mast is verbonden, dat de tweede gondel roteerbaar op de eerste ring rust, dat een tweede de mast omringende ring met de mast is verbonden en dat een op afstand van de mast met de gondel verbonden juk op de tweede ring rust.

12. Windturbine volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, 20 dat tenminste één van de gondels om een horizontale, zich hoofdzakelijk dwars op de rotatieas uitstrekkende as kantelbaar is.

13. Windturbine volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de kantelbare gondel op een subframe is geplaatst, dat het subframe door een as met de draagconstructie is 25 verbonden en dat tussen het subframe en de draagconstructie op afstand van de as een bestuurbaar lineair aandrijfelement is geplaatst.

14. Windturbine volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tenminste tweede windturbinerotor is ingericht voor radiale aanstroming en dat de tweede as zich 30 hoofdzakelijk verticaal uitstrekt.

15. Windturbine volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de tweede windturbinerotor onder de eerste windturbinerotor is geplaatst.

16. Windturbine volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat tenminste één van de generatoren voorzien is van een binnenliggende stator buitenliggende rotor.

17. Windturbine volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat tenminste één van de windturbinerotoren direct is gekoppeld met de rotor van de betreffende generator.

18. Windturbine volgens één van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, 10 dat de as van de eerste windturbinerotor is gekoppeld met tenminste twee generatoren.

19. Werkwijze voor het plaatsen van een windturbine, omvattende de stap van het plaatsen van een draagconstructie die is ingericht voor het dragen van meer dan één windturbinerotor en tenminste één generator met een vermogen dat gedimensioneerd is 15 voor de tenminste ene windturbinerotor en het vervolgens op de draagconstructie plaatsen van de tenminste twee windturbinerotoren en de door deze windturbine aan te drijven generator.

20. Werkwijze voor het vergroten van het vermogen van een bestaande windturbine, 20 omvattende de stap van het aanbrengen van tenminste een tweede windturbinerotor op de draagconstructie van de windturbine.