NL8202722A

NL8202722A - Werkwijze voor het toepassen van windenergie voor het opwekken van autonome elektriciteit.

Info

Publication number: NL8202722A
Application number: NL8202722A
Authority: NL
Original assignee: Snam Progetti
Priority date: 1981-07-07
Filing date: 1982-07-07
Publication date: 1983-02-01
Also published as: FR2509385A1; BE893785A; FI822402A0; IT1167547B; IE821629L; DE3225456A1; DK303782A; GR76200B; SE8204113D0; CA1192950A; FI822402L; IT8122777A0; IE53230B1; CH649817A5; FR2509385B1; SE8204113L; NO822188L; GB2101691B; US4556801A; GB2101691A

Description

, ________ K - 4

823148/vdKX/vL

-1-

Korte aanduiding: Werkwijze voor het toepassen van windenergie voor het opwekken van autonome elektriciteit

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het toepassen van windenergie en voor het opwekken van elektrici-. teit met constante frequentie. Het grootste probleem bij het opwekken van elektriciteit van windenergie ontstaat door de bij-5 zonder grote variaties van de wind, die bijzonder slecht aan-gepast kan worden aan de vraag naar elektriciteit die een vol-ledig ander verloop heeft.

Verschillende soorten accumulatiesystemen zijn uitgebreid bestudeerd en onderzocht, zelfs met goede resultaten, doch zij 10 leggen vaak zeer veeleisende beperkingen op aan het systeem, dat vaak zowel ten opzichte van zijn constructie als de werking kostbaar wordt.

Het is mogelijk windenergie als enige elektriciteitsbron te gebruiken (directe koppeling tussen de windrotor, synchroon-15 of inductiegenerator en vermogensrooster), doch dit levert slechts een maximaal gebruik van het windvermogen binnen een bepaald snelheidsgebied, en leidt derhalve tot een laag gemid-deld rendement van het systeem. Dit probleem kan alleen worden opgelost bij toepassing van zeer ingewikkelde onderdelen (rotor 20 met beweegbare bladen, ingewikkelde regel-systemen enz.) die onvermijdelijk leiden tot hoge constructie en onderhoudskosten. Als een windrotor met vaste bladen (en derhalve sterk en be-trouwbaar) wordt toegepast, dient extra energie te worden toe-gevoerd om de snelheid van de windrotor in een toestand voor 25 het maximale gebruik van de windenergie te houden wanneer de windsnelheid varieert.

Een windrotor met vaste bladen kan windenergie opnemen on-der optimale omstandigheden bij een hoeksnelheid die afhanke-lijk is van de windsnelheid. Wanneer derhalve optimale wind-30 energieabsorptieomstandigheden in stand moeten worden gehouden is het onmogelijk direct met de schacht van de windrotor ver-bonden een elektrische generator met een constante snelheid te roteren.

8202722

« V

-2-

Volgens de Nederlandse octrooiaanvrage 8104192 wordt deze extra energietoevoer geleverd door een eerste aandrijver, bij voorbeeld een verbrandingsmotor, waarvan de voeding wordt be-paald door de noodzaak om de vereiste hoeksnelheid te handha-5 ven.

De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding voorziet in het koppelen van de windrotor met een elektrische gelijkstroom-motor en een elektrische generator, die op constante snelheid wordt gehouden. Deze koppeling vindt plaats met een sommerings-10 inrichting voor de hoeksnelheid. De werkwijze volgens de uitvinding kan uiteraard eveneens worden verkregen met een verbin-dingssysteem bestaande uit S€n of meer windrotors, d£n of meer elektrische gelijkstroomhulpmotors en §£n of meer elektrische generators.

15 Verschillende elektrische verbindingselementen kunnen in verband met het rendement een verbeterde systeemmodulatie ver-schaffen.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de beschrijving van een kenmerkende uitvoeringsvorm onder ver-20 wijzing naar fig. 1.

De drie elementen (generator 2, elektrische motor 4, wind-rotor 1) zijn mechanisch gekoppeld door het differentieel 3 waarvan de kleinste kop is verbonden met de generator 2 en de twee assen enerzijds zijn verbonden met de elektrische motor 4 25 en anderzijds met de windrotor 1.

Met deze opstelling van de koppeling werkt het differentieel als een sommeringsinrichting van de hoeksnelheid zodat bij een geschikte verandering van de hoeksnelheid van 4 de veran-dering in de rotatiesnelheid van 11 kan worden opgeheven door 30 op de generator 2 een vermogen over te brengen dat gelijk is aan de som van de twee afzonderlijke vermogensvan 4 en 1 bij constante hoeksnelheid.

Fig. 2 toont de verandering in het koppel Z (fig. 2A) en vermogen Y (fig. 2B) van de windrotor (met vaste bladen) wan-35 neer de hoeksnelheid daarvan verandert, bij verschillende wind-snelheden (V1, V2, V3).

Fig. 2B toont eveneens de kromme die alle punten met maxi- 8202722 λ i -3- maal windrotorvermogen verbindt.

Fig. 2A toont de analoge kromme die alle koppelwaarden overeenkomende met maximaal vermogen verbindt.

Wanneer de hoeksnelheid van de windrotor op geschikte wij-5 ze kan worden verande'rd wanneer zich de windsnelheid wijzigt, kan de windrotor altijd werken onder omstandigheden van een maximaal vermogen.

Door op geschikte wijze de elektrische motor en zijn karak-teristieke kromme (draaimoment als functie van de hoeksnelheid), 10 te kiezen is het mogelijk om verandering in het draaimoment Z1 met de hoeksnelheid W' te verkrijgen zoals is weergegeven in fig. 3, dat bijzonder goed overeenkomt met de kromme die weergegeven is in fig. 2A (met uitzondering van de richting van de as W' in vergelijking met de richting van de as W).

15 Dit is bijvoorbeeld mogelijk met een onafhankelijk aange-dreven gelijkstroommotor, waarbij gelijktijdige regeling van zowel de ankerspanning als de bekrachtiging wordt uitgevoerd als functie van de hoeksnelheid.

Wanneer derhalve een dergelijke elektrische motor is ver-20 bonden met de sommeringsinrichting voor de hoeksnelheid zoals is weergegeven in fig. 1 met een windrotor en een elektrische generator die verbonden is met een vermogensrooster waarin de frequentie is vastgelegd, worden de omstandigheden verkregen als weergegeven in fig. 1 waarin de abscis de hoeksnelheid W 25 van de windrotor van links naar rechts vanaf Y weergeeft, en de hoeksnelheid van de elektrische hulpmotor van rechts naar links vanaf Y' weergeeft. De Z as toont het draaimoment van de windrotor wanneer de hoeksnelheid van de windrotor verandert, voor drie waarden van de windsnelheid (V^, V2, V3), en de Z' 30 as toont het draaimoment van de elektrische motor wanneer de hoeksnelheid van de elektrische motor verandert. Het segment Y' stelt de som (constant) voor van de twee hoeksnelheden, die wordt overgedragen naar de generator met behulp van het somme-ringsmechanisme.

35 De in fig. 4 met P^, P2/ P^, weergegeven punten stellen punten voor met stabiele werking van het systeem wanneer de windsnelheid verandert, en vanwege de overeenkomst tussen de 8202722 i .

-4- karakteristieke kromme van de gekozen elektrische motor en de kromme van fig. 2A die de punten verbindt waarbij het draaimo-ment van de windrotor overeenkomt met zijn maximale vermogen, is het effect dat wanneer de wind verandert de op deze wijze 5 met de elektrische motor verbonden windrotor altijd werkt met zijn maximale vermogen.

Wanneer het systeem ten behoeve van de gebruiker is verbonden met een keten die niet verbonden is met andere genera-toren, verdwijnt het regulerende effect van het vermogensroos- 10 ter op de frequentie door het synchroniserende draaimoment van kan de generator, en de som van de hoeksnelheden van de twee moto-ren (wind en elektrisch), weergegeven in fig. 4 door het segment 00' - **derhalve ' slechts constant worden gehouden door

Vit. fc Ο, o ^ " de totale belasting op de generator constant te houden, hetgeen 15 mogelijk is door toepassen van een gebruikersinrichting die een lage prioriteit bezit en derhalve kan worden gemoduleerd.

De elektriciteit, nodig voor het aandrijven van de elektrische gelijkstroomhulpmotor (motor 4 van fig. 1) kan afkomstig zijn van het vermogensrooster of worden geleverd door de gene-20 -rator 2 van fig. 1, na te zijn gelijkgericht en daarna naar de hulpmotor te zijn geleid.

Gelijkstroom kan anderzijds direct worden opgewekt door een dynamo (naast de generator 2) met het systeem te verbinden te-zamen met een systeem van bufferbatterijen, die als opslagsys-25 teem dienen.

Gelijkstroomelektriciteit kan eveneens worden opgewekt door een andere bekende luchtmotor met vaste bladen die verbonden is met een batterijsysteem en opgenomen in een eenheid met edn of meer andere luchtmotors voorzien van een inrichting volgens 30 de onderhavige uitvinding. Tenslotte kan gelijkstroom gevormd worden door een fotogalvanische generator die is verbonden met het systeem.

8202722

Claims

1. Werkwijze voor het toepassen van windenergie voor het op-wekken van elektriciteit met constante freguentie met het k e n m e r k dat men een windrotor met behulp van een somme-ringsmechanisme voor de hoeksnelheid verbindt met een elektri-5 sche gelijkstroomhulpmotor en een generator die op constante hoeksnelheid wordt gehouden, welk mechanisme bestaat uit een differentieel waarvan de kleinste kop verbonden is met de generator en door twee assen die enerzijds met de elektrische hulpmotor en anderzijds met de windrotor zijn verbonden.

2. Werkwijze voor het toepassen van windenergie voor het op-wekken van elektriciteit met constante frequently volgens con-clusie 1 met het kenmerk dat de elektrische hulpmotor een van de hoeksnelheid afhankelijk draaimoment bezit, die de windrotor houdt op een snelheid met maximale vermogens-15 omstandigheden.

3. Werkwijze voor het toepassen van windenergie volgens con-clusie 2 met het kenmerk dat de elektrische gelijkstroomhulpmotor van het onafhankelijke aandrijftype is, en zowel de ankerspanning als de bekrachtiging in overeenstem-20 ming met de hoeksnelheid worden geregeld.

4. Werkwijze voor het toepassen van windenergie volgens 66n of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de toevoer van vermogen naar de elektrische gelijkstroomhulpmotor afkomstig is van het vermogensrooster, gelijkgericht 25 en daarna aan de motor toegevoerd wordt.

5. Werkwijze voor de toepassing van windenergie volgens een of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de toevoer van vermogen naar de elektrische gelijkstroomhulpmotor, afkomstig van de generator zelf, gelijkgericht en 30 daarna naar de motor gevoerd.

6. Werkwijze voor het toepassen van windenergie volgens ddn of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de toevoer van vermogen naar de elektrische gelijkstroomhulpmotor wordt geleverd door een met het systeem verbonden dy- 35 namo. 8202722 -6- ο '

7. Werkwijze voor het toepassen van windenergie volgens §§n of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de toevoer van vermogen naar de elektrische gelijkstroom-hulpmotor wordt geleverd door een met het systeem verbonden 5 hulpluchtmotor.

8. Werkwijze voor het toepassen van windenergie volgens Sen of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de toevoer van vermogen naar de elektrische gelijkstroom-hulpmotor wordt verkregen uit een fotogalvanisch systeem.

9. Werkwijze voor het toepassen van windenergie volgens S§n of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de vermogensbron voor de elektrische gelijkstroomhulpmotor is verbonden met een bufferbatterijsysteem dat werkt als een accumulator.

10. Werkwijze voor het toepassen van windenergie voor het opwek-ken van elektriciteit met constante frequentie volgens eSn of meer der voorgaande conclusies met het kenmerk dat de verbinding tussen de elementen van het totale windrotor-. systeem, de elektrische hulpmotor, de wisselstroomgenerator en 20 de gelijkstroomgenerator plaats vindt onder toepassing van een aantal dezelfde elementen. 8202722