NO20111142A1 - Energifangst, inkludert vindturbiner ved hjelp av induserte gradienter i fluider - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse angår energifangst, inkludert vindturbiner, ved hjelp av induserte gradienteri fluider. Gjennom Introduksjon av fluider med kinetisk energi oppnår oppfinnelsen konsentrasjon av fornybar energi fluks i en grad som gir betydelige reduksjoner for materialforbruk og fysiske størrelser på installasjoner.

Description

INNLEDNING

Foreliggende oppfinnelse gjelder system for fangst av fornybar energi som naturlig eller kunstig er til stede og utnyttelse av den gjennom elektrisk energi. Oppfinnelsen gjelder særlig metoder for å realisere vindturbiner med små fysiske størrelser og høy effekt.

BAKGRUNN

Vindturbiner er de siste årene blitt en levedyktig teknologi for kommersialiserbar leveranse av elektrisk kraft. Hovedprinsippene for teknologien har ikke endret seg vesentlig siden de første vindturbinene for mer enn hundre år siden.

Noen forsøk har vært gjort på å lage vindturbiner med lignende prinsipper som jetmotorer. Disse forsøkene har ikke vært særlig vellykkede, selv om noen av dem er blitt til kommersielle produkter, men med svært liten utbredelse.

Den langt dominerende teknologien for vindturbiner er to- og trebladet propell koplet til en generator direkte eller via gir.

Denne teknologien gir utførelser og fysiske størrelser som svært ofte i liten grad er forenlig med moderne miljøbetraktninger. Årsaken er at vindfangsten med kjent teknologi krever stort rotasjonsareal for propell vingene og at dette arealet må eleveres høyest mulig for å utnytte det mest mulig laminære vindfeltet som ligger over det mer turbulente og svekkede vindfeltet som er sterkest influert av bakkefriksjon og terreng.

De samme parametre gir også komplisert fabrikasjon av turbiner, store investeringskostnader, store driftskostnader, vanskelige logistikkoperasjoner, samt en hel rekke andre problemer og utfordringer. Ikke minst lider slike turbiner av utsteiling og må stenges av når de kan gi mest energi og raskest nedbetaling av investeringer, nemlig i sterk vind.

Også anlegg for andre typer fornybar energi leder av lignende ulemper og hindringer hvor fysisk størrelse for anleggene alltid er en meget utfordrende faktor, ikke minst økonomisk.

Ser vi på naturen selv, vet vi at meget ofte klarer denne å skape enormt store energimengder over ganske lokale områder uten hjelp av fysiske strukturer som kan tilsvare menneske skapte anlegg slik som vind turbin parker, for eksempel. Å gjenskape eller etterligne kunstig enkelte naturfenomener har alltid vært menneskenes drøm. Dette har vist seg svært vanskelig i praksis. Et eksempel er vannstrøm og bølgekraftverk, som med få unntak har gitt liten energiinnhøstning i forhold til investeringer, dersom energiuttaket i det hele tatt har vært positivt over lengre tid.

Samtidig finnes eksempler på teknikker som etterligner for eksempel meteorologiske fenomener i mindre skala. Et eksempel er svingdører hvor såkalte luftkniver etablerer en barriere mellom varm og kald luft.

FORMÅL

Det er behov for en ny teknologi for vindturbiner som er vesentlig mer miljøvennlig, kan fabrikkeres rimeligere, er rimeligere i drift og gir enklere logistikkoperasjoner.

Videre er det behov for en ny vindturbinteknologi som er vesentlig billigere å bygge ut over store områder. Slik sett trenger ikke teknologien gi særlig høy virkningsgrad isolert sett, fordi lavere investeringer gjør at like mye eller høyere total virkningsgrad over lang tid, som ett år, oppnås gjennom antall og volum og derigjennom å kunne utnytte et større horisontalt areal. Virkningsgrad kan altså betraktes som forholdt mellom effekttimer pr. år og investeringer.

Det følger at et formål med oppfinnelsen er å høste fornybar energi i større høyde over bakken uten å behøve å ha strukturelle installasjoner i tilsvarende høyde.

Videre er det et formål å oppnå så positiv miljøprofil at helt nye områder kan bygges ut med vindturbiner, hvor det i dag er utelukket av miljøhensyn.

Enda et formål er å få en så mekanisk robust teknologi at dagens problemer og utfordringer med kjent vindturbinteknologi overvinnes i en slik grad at helt nye områder kan bygges ut selv med slike forutsetninger. Et formål er også, så langt det er mulig, helt eller delvis å unngå høye, kostbare master for montering av vindturbiner for dermed å redusere strukturenes utstrekning ytterligere, med de positive konsekvenser det kan få. På land, for eksempel på fjelltopper, kan en betydelig reduksjon av synbarheten oppnås med en meget lav høyde for de omfangsrike strukturer. Ti sjøs vil en viss større mastehøyde være nødvendig for å beskytte utstyr mot bølger, salttåke samt å unngår turbulens når det er høy sjø. Tross dette kan totalhøyden for den massive konstruksjonen reduseres i meget betydelig og kostnadsbesparende grad.

OPPFINNELSEN

I motsetning til kjent teknologi bygger oppfinnelsen på at innretninger tilføres energi for å øke eller få i stand innhøstning av fornybar energi over et gitt, horisontalt areal. Videre oppnår oppfinnelsen dette med en meget lav vertikal installasjonshøyde for strukturer. Oppfinnelsen benytter seg av fysikalske mekanismer som vil være ikke synlige. En av oppfinnelsens fordeler er at den i mange sammenhenger vil oppfattes som ikke synlig eller skjemmende. Enkelte utførelser av oppfinnelsen vil av legmann kunne kalles usynlige vindturbiner. Strukturene vil dermed i vesentlig grad synes mindre og skjemme miljøet mindre. Kostnadene for mekaniske konstruksjoner blir vesentlig lavere. En grunn er at kostbare, mekaniske konstruksjoner for suspendering av tunge objekter i stor høyde under ekstreme værforhold unngås.

Hovedprinsippene for oppfinnelsen kan anvendes for flere, ulike fornybare energikilder som vind, vannbølger, vannstrømmer, synlig og usynlig lys.

Innretninger i foreliggende oppfinnelse er innrettet mot utnyttelse av vindenergi. Lignende innretninger vil kunne tenkes for andre energiformer. Mange andre utførelser av oppfinnelsen vil kunne sees av eksperter i de relevante fagene.

Oppfinnelsen bygger på at all energi har en eller annen form for bølgekarakter og dermed adlyder flere eller enkelte av de lover som gjelder for bølgeforplantinger. Energiens fluks vil alltid ha en bevegelsesretning og en front, mer eller mindre diffus, avhengig av betingelser og type energi. Matematisk kan oppfinnelsen beskrives med aerodynamiske lover, som er en avart av hydrodynamikk, men også med Maxwells ligninger, hvor særlig diffusjonsleddene er viktige. Heri ligger at oppfinnelsen utnytter avbøyning eller defleksjon av energi i bølgebevegelse for å oppnå konsentrasjon av energiens fluks tetthet. Dermed oppnår oppfinnelsen en reduksjon av materialforbruk for systemet. Defleksjon for all bølgeforplantning er knyttet til endringer i mediets impedans, magnetfelt eller tyngdekraft. I luft kan impedansen endre seg av ulike årsaker som endring i tetthet eller endring av rene elektriske egenskaper. Endring av tetthet påvirker mediets impedans forvind, lyd og elektromagnetisk bølgeforplantning. Endring av tetthet brukes for eksempel for å detektere vindskjær i nærheten av høyt instrumenterte og trafikkerte flyplasser. Vindskjær er vind som abrupt endrer retning. Vindskjær og mange andre typiske aerodynamiske og meteorologiske fenomener er ofte hysteresepregede mekanismer og oppstår ved tilførsel av eller indusert fremmed energi. Metoden som brukes for deteksjon av vindskjær er radar med svært høye frekvenser som gir refleksjoner fra tetthetsvariasjoner. På kortere avstander kunne også ultralyd brukes til deteksjon, til og med subsonisk lyd er mulig. På samme måte som vindskjær kan frambringe tetthetsgradienter eller kontraster i luft, kan en tenke seg at induserte tetthetsgradienter kan frambringe vindskjær. Dette er et av prinsippene oppfinnelsen bygger på. Siden vann er et inkomprimibel fluid, ville mekanismene for havbølger og vannstrømmer være noe annerledes, men hovedprinsippene er applikerbare.

Det følger av prinsippene for oppfinnelsen at trykkgradienter ikke trenger stor energitilførsel for at en gradient skal endre retningen for en luftstrøm. Tilsvarende kan en lufttrykksgradient eller barriere eller membran også endre retning for enhver type elektromagnetisk energi på grunn av endring i epsilon i trykkgradienten. Et eksempel på kjent teknologi med bruk av luftbarrierer er luftkniver i forbindelse med svingdører eller dørsluser. Utfordringen ligger blant annet i å oppnå en trykkøkning i et mest mulig todimensjonalt plan. Tilvarende må en luftstrøm som skal klare å etablere en barriere eller membran over en betydelig utstrekning ha en stor lufthastighet. Typisk vil det være mulig å oppnå 0,6 x lydhastigheten eller høyere. Dette planet eller luftkniven kan så fungere på tilnærmet samme måte som et plan som besto av et fast stoff. Tilsvarende kan oppfinnelsen anvende andre og lignende metoder. Slike kan være vortex kanoner som sveipes for å danne et plan. Siden de aerodynamiske eller pneumatiske tilstandene for avbøyning av luftstrømmer som skal oppnås er hysteresepregede, vil sveipefrekvensen ikke nødvendigvis behøve å være kompliserende høy. Slike plan som nevnt kan brukes for å defleksjon av en vindstrøm. Andre mulige metoder er subsonisk lyd som igjen vil grense til vortex generatorer og lignende, eller ultralyd. Prinsippet kan også sees som en metode for å oppnå venturieeffekt, tilsvarende det som oppstår når vindhastighet øker over terrengforhøyninger. I oppfinnelsen brukes prinsippet for å fangste vindenergi i en vesentlig større høyde over bakke eller havnivå enn den tyngre delen av oppfinnelsens mekaniske innretninger og installasjoner befinner seg i. Videre vil de innretningene som kreves for å skape luftknivfunksjoner være betydelig mindre omfangsrike og lettere enn vindturbinene. De kan dermed eleveres betraktelig uten for kostbare installasjoner eller naturskjemmende konsekvenser. Oppfinnelsen viser også at luftkniv kan etablere et membran mellom to ulike, men gjerne relativt identiske fluider slik som med membran mellom fluider med ulik salinitet. I vektløshet og våkum og med lave temperaturer, kan fluid, slik som vanntåke, fryses på plass til en statisk flate med ønsket form og overflate.

Prinsippene for oppfinnelsen med introduksjon av fluid jet strøm kan også brukes for å forbedre virkningsgrad og utnyttelse av vindturbiner og andre generatorer for fornybar energi med kjent teknologi. Ikke minst gjelder dette for vindturbiner ved lavere vindhastigheter for å bedre effektkurven, eventuelt også å senke innkoplingsterskelen. Oppfinnelsen kan således utvide området på effektkurven for optimal ytelse fra effektgenerator.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

Figur 1 viser prinsippet (101) for defleksjon av laminær vind (103) i en viss høyde over bakken, hvorved avbøyd vindenergi (105) ledes ned til en vindturbin innretning (106) som står ved enden av defleksjonsflaten (104) og relativt nær bakke eller havnivå (102). Figur 2 viser prinsippet (201) for en utførelse av oppfinnelsen hvor en defleksjonsflate er erstattet med luftkniveffekt (211, 212). Luftknivgenerator (209) mates med installasjonens (201) egen energi (210). Turbinen eller turbinene (206) har også mulighet for å få tilførsel av installasjonen egen energi når det er nødvendig for å etablere hysteresepregede, aerodynamiske effekter for å maksimere effekten fra generator tilhørende turbininnretningen (206). Fig. 3 viser en vindturbin med vanlig utførelse (301) og kjent teknologi, dens horisontale utstrekning og vertikale utstrekning. Fig. 4 viser en utførelse (401) av oppfinnelsen som vindturbin, dens horisontale utstrekning og vertikale utstrekning. Fig. 5 viser en utførelse (501) av oppfinnelsen som vindturbin, sett fra siden, på tvers av vindretningen. Over turbinen (502) befinner seg luftknivinnretning (503) og alternativ mikrobølge radar (504) for overvåking og reguleringssløyfe for luftkniv (506) og avbøyd vind (507, 508). Fig. 6 viser en utførelse (601) av oppfinnelsen hvor flere rekker med mindre turbiner (604, 614) er stablet oppe på hverandre med luftkniv innretning montert øverst (606) og suspendert med en forholdsvis lav mast (606). Fig. 7 viser hvordan i enkelte utførelser (701) av oppfinnelsen en luftkniv, vortex kanon eller lignende innretning (702) kan sveipes (703, 704, 705, 707) i en sektor for å skape en bred luftkniv (706) med høyt trykk og hastighet. Fig. 8 viser hvordan en utførelse (801) av oppfinnelsen for vindturbin anvender flere luftkniver (808, 818, 828), suspendert i ulike høyder over turbinanordningen ved hjelp av mast (810, 811) av moderate dimensjoner. Fig. 9 viser en utførelse (901) av oppfinnelsen for vindturbin med luftkniver (908, 918, 928) i ulike høyder, sett fra siden, hvor turbinanordningen (904) med tilhørende luftknivinnretninger er suspendert med en forholdsvis lav mast (906). Fig. 10 viser en utførelse av oppfinnelsen for vindturbin hvor turbinanordningen (1004) er forsynt med luftkniver rundt i en rektangulær form (1005, 1002, 1004, 1006, 1007) for å forme en hornlignende struktur (1010) for luftkniven og for vindfangst. Fig. 11 viser (1101) hvordan en virkemåte for oppfinnelsen forklares med Coanda effekt mellom to fluider, i dette tilfellet en luftkniv fluid jetstrøm (1106) og vind fluid kinetisk energi felt (1109, 1110, 1111). Fig. 12 viser (1201) en ytterligere utførelse av oppfinnelsen hvor vindhastigheten akselereres gjennom at trykket i senter av turbinen (1202) senkes ved hjelp av sirkulært trykk kammer (plenum) (1212) og Coanda effekt og sirkulær dyse (1209, 1210). Fig. 13 viser (1301) en ytterligere utførelse av oppfinnelsen med påmontert regulerbar luftkniv (1311), luftforsterker (1314), kompressor luft inntak (1319), "bleeder" (1320) for turbin utgangsluft (1324) med regulerbart spjeld (1321, 1322), Fig. 14 eksemplifiserer at en kommersielt tilgjengelig vindturbin (1402) kan være utgangspunkt for ulike utførelser av oppfinnelsen ved hjelp av påbygginger og modifikasjoner. Fig. 15 viser et eksempel på utførelse (1501) av oppfinnelsen hvor det kan benyttes ulike typer pådrag (1506, 1508, 1511, 1512, 1513,1514, 1515, 1516) i en eller flere reguleringssløyfer for å optimalisere ytelsen til oppfinnelsen hvori signaler (1509) fra en eller flere sensorplattformer (1510) inngår. Fig. 16 viser (1501) en forenklet, passiv utførelse av oppfinnelsen hvor innkommende vind (1608) ved hjelp av ringformet plenumkammer (1605) og ved hjelp av Coanda profil frambringer selvregulert luftkniveffekt direkte (1607), gjerne i en traktlignende form.

DETALJERT BESKRIVELSE

Figur 1 viser prinsippet (101) for defleksjon av laminær vind (103) i en viss høyde over bakken, hvorved avbøyd vindenergi (105) ledes ned til en vindturbin innretning (106) som står ved enden av defleksjonsflaten (104) og relativt nær bakke eller havnivå (102). Figur 2 viser prinsippet (201) for en utførelse av oppfinnelsen hvor en defleksjonsflate er erstattet med luftkniveffekt (211, 212). Luftknivgenerator (209) mates med installasjonens (201) egen energi (210). Turbinen eller turbinene (206) har også mulighet for å få tilførsel av installasjonen egen energi når det er nødvendig for å etablere hysteresepregede, aerodynamiske effekter for å maksimere effekten fra generator tilhørende turbininnretningen (206). En slik mulighet er å tilføre elektrisk energi til generatoren som er koplet til turbinakslingen slik at den kan akselereres opp i turtall for å utløse ønsket aerodynamisk eller pneumatisk effekt. Fig. 3 viser en vindturbin med vanlig utførelse (301) og kjent teknologi, dens horisontale utstrekning (302) og vertikale utstrekning (303-307). Figuren antyder også utstrekningen av vindfangstområdet (305). Turbindelen kan rotere (309) 360 grader i henhold til vindretning. Fig. 4 viser en utførelse (401) av oppfinnelsen som vindturbin, dens horisontale utstrekning (402) og vertikale utstrekning (404-409).

Vindfangstområdet (405) antydes å strekke seg opp til et nivå flere ganger høyere enn anordningens totalhøyde. Anordningen kan roteres 360 grader (409) og stilles inn mot vindretningen. Selve turbininnretningen kan anta mange former og utgaver. En effektiv metode er å anvende mange, mindre turbiner som stables sammen. Disse kan ha høy rotasjonshastighet som vil øke muligheten for å oppnå hysteresepregede luftstrømtilstander for den vinden som skal fangstes. Hver turbin kan ha flere sett med rotorer, ikke ulikt jet og turbofan motorer. Styrte bypass innretninger kan dermed brukes for å optimalisere effektuttak i forhold til tilgjengelig effekt fra vind. Videre tillater mange turbiner å kople generatorer i serie for å framskaffe høye spenninger direkte uten energiomforming og opptransformering. Fig. 5 viser en utførelse (501) av oppfinnelsen som vindturbin, sett fra siden, på tvers av vindretningen. Over turbinen (502) befinner seg luftknivinnretning (503) og alternativ mikrobølge radar (504) for overvåking og reguleringssløyfe for luftkniv (506) og avbøyd vind (507, 508). Således kan de ulike pådrag i systemet styres ved hjelp av sensor informasjon fra radar (504) og generator (502) for å optimalisere i sann tid fangsten av fornybar energi. Luftknivens angrepsvinkel kan for optimaliseringsformål styres og er helst en del av reguleringssløyfen med radarinformasjonen. I enkelte utførelser av oppfinnelsen kan også angrepsvinkelen til selve turbinanordningen varieres og styres for optimal energifangst. Fig. 6 viser en utførelse (601) av oppfinnelsen hvor flere rekker med mindre turbiner (604, 614) er stablet oppe på hverandre med luftkniv innretning montert øverst (606) og suspendert med en forholdsvis lav mast (606). Selve turbinhjulene og turbinvingene kan utføres på en rekke måter og eksperter på området vil se at andre utførelser av oppfinnelsen er mulig. Også turbiner eller generatorer som er mer optimalisert på bakgrunn av venturie effekt og Bernouillis ligning, er mulige anordninger i oppfinnelsen. Bypass anordninger i turbinene som alternativ til variabel pitch forenkler oppfinnelsens utførelse og holder produksjonsprisen lav. Fig. 7 viser hvordan i enkelte utførelser (701) av oppfinnelsen en luftkniv, vortex kanon eller lignende innretning (702) kan sveipes (703, 704, 705, 707) i en sektor for å skape en bred luftkniv (706) med høyt trykk og hastighet. Siden de aerodynamiske eller pneumatiske tilstandene for avbøyning av luftstrømmer som skal oppnås er hysteresepregede, vil sveipefrekvensen ikke nødvendigvis behøve å være kompliserende høy. Ved å akselerere selve turbinene opp i turtall med egen energi lettes oppgaven med å etablere ønsket vindavbøyning. Fig. 8 viser hvordan en utførelse (801) av oppfinnelsen for vindturbin anvender flere luftkniver (808, 818, 828), suspendert i ulike høyder over turbinanordningen ved hjelp av mast (810, 811) av moderate dimensjoner. I slike utførelser av oppfinnelsen utnyttes at luftkniver i innretningen ikke behøver å ha stort volum eller masse og dermed kan suspenderes i høyden med lave kostnader i forhold til vindturbiner med kjent teknologi som er suspendert i stor høyde. Nevnte forhold gjør også at synligheten av innretningene beholdes liten slik at de fleste miljøkrav kan innfris. Formålet med luftkniver eller tilsvarende anordninger i ulike høydenivå er å øke effektiviteten ved å kompensere for at lufthastighet fra luftkniv avtar med avstand fra luftkniv. Fig. 9 viser en utførelse (901) av oppfinnelsen for vindturbin med luftkniver (908, 918, 928) i ulike høyder, sett fra siden, hvor turbinanordningen (904) med tilhørende luftknivinnretninger er suspendert med en forholdsvis lav mast (906). Figuren viser også at turbinanordningen (904) og de ulike luftknivene (908, 918, 928) kan ha ulike angrepsvinkler som nevnt for figur 8. Fig. 10 viser en utførelse av oppfinnelsen for vindturbin hvor turbinanordningen (1004) er forsynt med luftkniver rundt i for eksempel en rektangulær form (1005, 1002, 1004, 1006, 1007) for å forme en hornlignende struktur (1010) for luftkniv og for vindfangst. Det vil dermed være bedre forhold for å skape venturieeffekter som kan øke utnyttelsen av vindenergien.

Eksperter på ulike områder vil kunne se andre mulig utførelser av de ulike anordninger som inngår i oppfinnelsen.

Fig. 11 viser (1101) hvordan en virkemåte for oppfinnelsen forklares med Coanda effekt mellom to fluider, i dette tilfellet en luftkniv fluid jetstrøm (1106) og vind fluid kinetisk energi felt (1109, 1110, 1111). Jet strømmen (1106) fra luftkniven (1103) binder seg gjennom Coanda effekt til vindfeltet (1109) og begge fluid strømmene avbøyes (1108, 1110) mot vindturbinen (1102) og bevirker en konsentrasjon av vind energiens fluks mot vindturbin (1102). Dermed oppnår oppfinnelsen at forholdet mellom energifangst og materialforbruk øker. For at avbøyningen skal oppstå, må luftkniv strømmen avpasses i styrke og retning til vindfeltet som skal avbøyes. Avbøyningen er dessuten avhengig av at turbinen

(1102) skaper et undertrykk. Innkoplingsterskelen kan senkes ved at turbinen

(1102) akselereres opp i rotasjonshastighet for å etablere større undertrykk i turbinen og derigjennom den hysteresepregede avbøyningseffekten. Akselerasjonen kan oppnås med belastningsendring, tilført elektrisk energi eller endringer av de aerodynamiske betingelsene i og rundt turbinen. For vindturbiner som plasseres ved kyst eller ute på åpent hav, og i ytterligere utførelser av oppfinnelsen med induserte gradienter eller flater ved hjelp av fluider, kan luftkniv erstattes med tilsvarende som bruker vann som fluid og hvor virkemåten vil være tilsvarende. Ønsket effekt oppstår gjennom blant annet at Coanda effekt kan oppstå mellom en vannstrøm og en luftstrøm. I tilfellet vann, kan dette gjerne være i form av vanndamp eller vanntåke. Fig. 12 viser (1201) en ytterligere utførelse av oppfinnelsen hvor vindhastigheten akselereres gjennom at trykket i senter av turbinen (1202, 1204, 1203) senkes ved hjelp av sirkulært trykk kammer (plenum) (1212) og Coanda profil og sirkulær dyse (1209, 1210). Plenum kammeret settes under trykk (1205) ved hjelp av komprimert luft tilført (1211). Akselerert luft passerer gjennom den sirkulære dysen (1210) over en Coanda profil og videre bakover i turbinen. Dette øker mengden tilført luft (1206, 1207) til turbinen og dermed lufthastigheten. Den komprimerte luften (1211) kan genereres av turbinen (1202) selv, eller en uavhengig kompressor eller som en kombinasjon av slike. Fig. 13 viser (1301) en ytterligere utførelse av oppfinnelsen med påmontert regulerbar luftkniv (1311), luftforsterker (1314), kompressor luft inntak (1319), bleeder (1320) for turbin utgangsluft (1324) med regulerbart spjeld (1321, 1322), Luftforsterkeren får tilført luft for å øke luftmengden gjennom et grensesnitt (1317), for eksempel mot omgivelsesluften. Fra luftforsterkeren transporteres en regulert

(1318) mengde luft (1315) til turbinens plenum kammer (1312) og til luftknivens plenum kammer (1316), Som alternativ eller supplement kan en uavhengig luft kompressor tilføre komprimert luft til nevnte anordninger (1319). Luftkniven (1311) bør ha individuell regulering (1325) av lufthastigheten fra den samt regulering

(1325) av luftkniv vinkel.

Fig. 14 eksemplifiserer at en kommersielt tilgjengelig vindturbin (1402) kan være utgangspunkt for ulike utførelser av oppfinnelsen ved hjelp av påbygginger, tilleggsinstallasjoner og modifikasjoner. Utfordringen vil blant annet ligge i å få turbinen til å tåle økt effektuttak. I enkelte utførelser av oppfinnelsen løses dette med flere turbiner av mindre størrelse for samme effektuttak i ett vindturbinpark system. I andre utførelser brukes oppfinnelsen til å forbedre effektkurven for en type vindturbin. Slik forbedring er mulig med turbiner med frittgående propeller og med turbiner med turbinrør, det vil si lavtrykks turbiner som akselererer vindhastigheten.

Fig. 15 viser et eksempel på utførelse (1501) av oppfinnelsen hvor det kan benyttes ulike typer pådrag (1506, 1508, 1511, 1512, 1513,1514, 1515, 1516) i en eller flere reguleringssløyfer for å optimalisere ytelsen til oppfinnelsen hvori signaler (1509) fra en eller flere sensorplattformer (1510) inngår i anordninger for reguleringssløyfe. Utførelsen har styring av asimut vinkel (1506) og av tiltingsvinkel (1508). Videre styres vertikal vinkel, eventuelt også asimutvinkel til luftkniv anordningen (1511). De ulike luftpådrag til både luftkniv (1512) og til turbinens luftforsterkning (1513) styres. Et videre styrt pådrag kan være tilførsel av ekstern komprimert luft (1514). Et styrt spjeld (1515) regulerer hvor mye av utgangsluften fra turbinen som benyttes for å produsere komprimert luft. Regulering av belastning, eventuelt tilførsel av elektrisk energi, regulerer hastigheten på turbingeneratoren (1516), for eksempel for å etablere avbøyning av vind fram til turbinen. Sensorer (1510) av ulike typer styrer via intelligente anordninger de ulike pådrag. Eksempler på mulige sensorer er måling av vindhastighet foran turbin, tilsvarende bak turbin, måling av generatoreffekt, data fra radar rettet mot vindretning samt andre relevante målinger eller variable parametre. Best regulering i oppfinnelsen vil man få med måling av vindfeltenes dynamikk i en viss avstand foran turbinen. Turbinen kan også utformes med ulike lyddempende tiltak med kjent teknologi for forskjellige slag turbiner. I enkelte utførelser av oppfinnelsen kan separat fangst av vind anvendes for å produsere komprimert luft i stedet for, eventuelt i tillegg til å benytte utgangsluft fra turbinen.

Selve generatoren må eventuelt strekkes ut i lengderetning for å klare å levere de høyeste effektene og for å gi minst mulig restriksjoner for luftstrømmene. Eventuelt kan en slik utførelse av generator lages med mange, seriekoplede generatorer på samme aksel.

Fig. 16 viser (1501) en forenklet, passiv utførelse av oppfinnelsen hvor innkommende vind (1608) ved hjelp av ringformet plenum kammer (1605) og ved hjelp av Coanda effekt frambringer selvregulert luftkniveffekt direkte (1607) og gjerne i en traktlignende form. Den ringformede veggen (1606) som danner plenum kammeret (1605), luftknivdysen (1611) og vind inntak (1612) kan i noen utførelser være sløyfet. Utførelser av oppfinnelsen kan gjerne ha justerbar vinkel for luftknivstrøm (1607) gjennom at enheten (1603) med luftknivplanet kan dreies om en akse (1604) og inndelt i seksjoner. Videre vil mange utførelser av oppfinnelsen ha luftkniv bare langs en del av periferien av turbinens oppvindsside. Det vil gjøre det enklere å ha justerbar luftkniv vinkel. Utførelsen kan i noen versjoner som i figur 12, 13 og 15 også i tillegg benytte turbinrør (1610) med sirkulær luftdyse og sirkulær Coanda profil ved turbinens forkant samt bakkant for ytterligere å senke trykk i turbinen og øke vindhastigheten og dermed øke mengden luft med kinetisk energi som turbinen kan omdanne til elektrisk energi.

Claims (10)

1. System for fangst og omforming av fornybar energi med konsentrasjon av energiens fluks ved hjelp av gradienter i fluider,karakterisert vedat systemet består av en stråle indusert i et medium, hvor strålen består av en fluid, hvor nevnte fluid kan være av samme type fluid som nevnte medium, eller hvor nevnte type fluid kan være av ulik type i forhold til nevnte medium, og hvor strålen minst opptrer todimensjonalt og befinner seg i minst ett plan mellom en effektgenerator anordning og den energifronten av den fornybare energien som skal utnyttes, hvorved den fornybare energien sin fluks konsentreres mot effektgenerator, hvorved mengden av energi i forhold til materialforbruk som fanges, økes, og hvorved høy virkningsgrad og lav materialkostnad for systemet oppnås.

2. System for fangst og omforming av fornybar energi i henhold til krav 1, karakterisert vedat nevnte effektgenerator består av en vindturbin med elektrisk generator.

3. System for fangst og omforming av fornybar energi i henhold til krav 1, karakterisert vedat nevnte fluid stråle genereres av minst en luftkniv i minst ett plan, med minst en valgt vertikal vinkel i forhold til energifront og med horisontal vinkel i forhold til energifront, pekende mot energifront.

4. System for fangst og omforming av fornybar energi i henhold til krav 1, karakterisert vedat trykket innvendig i en vind turbin, senkes ved hjelp av en anordning innvendig i turbinrør, ved hjelp av luft jet strøm inn langs indre overflate av turbinrør, gjennom at komprimert luft først føres til plenum kammer, ut luftdyse og over Coanda profil på turbinrørets innside, i medvindsretning, hvorved trykket i turbinrøret senkes, og hvorved tilleggsluft må hentes fra turbinens oppvindside, og hvorved hysteresepreget konsentrasjon av vind fluks til vindturbin forbedres.

5. System for fangst og omforming av fornybar energi i henhold til krav 1, karakterisert vedat minst en av luftkniv og innvendig anordning for trykksenkning, mates med komprimert luft fra en innretning med inntak for omgivelsesluft, plenum kammer, luftdyse og Coanda profil for derved å øke lufthastighet og luftmengde til luftknivens plenum, og for derved å oppnå effektiv egengenerering av komprimert luft, også ved grenseverdier for vindhastigheter.

6. System for fangst og omforming av fornybar energi i henhold til krav 1, karakterisert vedat nevnte elektriske effektgenerator med turbin akselereres opp i turtall med minst en av tilført energi og belastningsendring og aerodynamisk pådrag for å etablere hysteresepreget, optimalisert tilstand for systemets evne til konsentrasjon av vind fluks, sammen med minst en av luftknivgradient utenfor vindturbin og innvendig anordning i vindturbin for trykksenkning.

7. System for fangst og omforming av fornybar energi i henhold til krav 1, karakterisert vedat oppfinnelsen anvendes for å forbedre effektivitet og utnyttelse av fornybar energi fluks i turbin med kjent teknologi.

8. System for fangst og omforming av fornybar energi i henhold til krav 7, karakterisert vedat anordninger for konsentrasjon av den fornybare energien sin fluks dynamisk tilpasses dynamikken til energiens fluks ved hjelp av minst en av passive innretninger for anordningene og aktive innretninger for anordningene.

9. System for fangst og omforming av fornybar energi i henhold til krav 1, karakterisert vedat konsentrasjon av fornybar energi sin fluks oppnås gjennom introduksjon av en fluid i en annen fluid, hvor begge fluider har kinetisk energi, hvorved gjennom Coanda effekt og den derved skapte trykkforskjell i grensesjiktet mellom dem, de to fluider får gjensidig avhengighet og tenderer mot å flyte sammen til minst en ny fluks strøm i minst en ny retning.

10. System for fangst og omforming av fornybar energi i henhold til krav 1, karakterisert vedat minst ett pådrag, som minst består av en av luftknivvinkel og turbin asimutvinkel og turbin elevasjonsvinkel og luftkniv lufthastighet og turbin utgangsluft "bleeder" luft, og turbin rør innvendig trykksenkning og turbinhastighet styres av intelligent enhet som overvåker systemets funksjon assistert av sensorer som minst måler vindstyrke og vinddynamikk og vindprofil og turbintrykk og turbineffekt.