NO329219B1 - Montasje av energistromkollektorer sasom en vindmollepark, samt fremgangsmate til drift av samme - Google Patents

Abstract

Det beskrives en fremgangsmåte som vedrører en sammenstilling, hvorav energi kan ekstraheres fra et strømmende fluid. Det er foreslått å se på alle anordninger i sammenstillingen sammen som et strømningslegeme. Nærmere bestemt er de anordninger på oppstrømssiden av sammenstillingen oppstilt slik at de utøver laterale (horisontal og/eller vertikal) krefter på fluidstrømmen, som et resultat av hvor strømmen er produsert som styrer hurtig fluid gjennom energiekstraherende anordninger og styrer sakte fluid presist vekk fra disse (i noen tilfeller presis motsatt er også fordelaktig). Nærmere bestemt omfatter denne sammenstillingen et vindanlegg og anordningene som genererer de laterale kreftene er av typen virvelstrømgeneratorer for det atmosfæriske grensesjiktet, og nærmere bestemt er de horisontale eller vertikale vindturbiner som er posisjonert ved en vinkel mot vinden. Ved å systematisk oppstille anordningene ifølge bestemt mønster, kan produksjonen økes ved at, for det første, noe av den sakte luften i den nedre delen av det atmosfæriske grensesjiktet har allerede blitt styrt vekk før vinden når anlegget og, for det andre, fordi sakte virvelstrømsluft fra energiekstraherende anordninger styres vekk av sirkulasjonene og erstattes av hurtig luft fra en større høyde. Et antall fordeler oppnås ved fordelene av oppfinnelsen. For eksempel er fluidhastigheten ved lokasjonen for de energiekstraherende anordningene høyere i mange tilfeller, som et resultat hvorav høyere produksjon oppnås. Videre hindre de energiekstraherende anordningene til en mindre grad av virvelstrøm og de kan derfor plasseres nærmere hverandre, som et resultat hvorav kabellengde spares og den installerte kraften pr. enhet overflateareal kan øke.

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og/eller sammenstilling som er innrettet til å ekstrahere energi fra et strømmende fluid, hvor sammenstillingen omfatter flere sammenstillinger som påvirker hverandre. Det strømmende fluidet betegner både vind og (sjø)vannstrømmer. Anordningene omfatter nærmere bestemt vindturbiner.

Det er generelt sett kjent at energi kan ekstraheres fra vind ved å anvende vindturbiner. Både størrelsen på vindturbinene og antallet vindturbiner har økt kraftig de siste årene. Det at flere turbiner installeres ved siden av hverandre i et såkalt vindanlegg eller sammenstilling øker hurtig. På grunn av plassmangel på land (spesielt i Europa) blir også turbiner ofte installert offshore. Vindanlegg offshore, som omfatter titalls med turbiner eller mer har nå blitt planlagt. Selv om ekspertenes innsikt er spredende med hensyn til dette, blir vindenergi sett på som en av hovedenergikildene i fremtiden. Dersom dette blir virkelighet, vil det behøves mange anlegg med hundrevis av turbiner, hver med installert effekt på noen megawatt. Disse anleggstypene er kostbare og derfor er det veldig viktig at produksjonen av anleggene er høy for å forsvare kostnadene.

Fordi en vindturbin tar ut kinetisk energi fra vinden, vil vindhastigheten ha falt bak turbinen. Dersom en vindturbin tar ut den maksimale energimengden fra vinden er det normalt at vindhastigheten har falt til mindre enn 50% av den opprinnelige hastigheten en kort avstand bak turbinen (for eksempel én diameter). Siden kraften som kan oppnås fra vinden er proporsjonal med vindhastigheten opphøyd i tredje, betyr det at en andre turbin som vil bli installert i den posisjonen er i stand til å oppnå kun en åttendedel av effekten sammenlignet med oppstrømsturbinen. Denne effekten er ofte benevnt som skyggeeffekten og er også benevnt interferens; tapet som foreligger er benevnt skyggetap.

1 praksis forekommer det sjelden et slikt dramatisk fall i effekt fordi vindturbinene er plassert ganske langt fra hverandre. Avstanden mellom turbinene er vanligvis 5 til 10 ganger tu rbind ia meteren. Over den distansen blandes den sakte vinden inn i virvelstrømmen med hurtigere vind rundt den, slik at vindhastigheten ved lokasjonen av en etterfølgende turbin ikke har falt for mye sammenlignet med den opprinnelige vindhastigheten. Kort fortalt minker skyggeeffekten ved å øke avstanden mellom turbiner. Imidlertid fungerer denne faktoren kun til en bestemt grad.

Problemet er ikke kun begrenset til en ugunstig interaksjon mellom to vindturbiner som er installert etter hverandre i vindretningen, men forekommer til en mer vesentlig grad i vindanlegg. Energien som tas ut av vindturbinene som er oppstrøms i anlegget, sammen med blandingstapet forklart nedenfor, fører uunngåelig til et hastighetsfall i det atmosfæriske grensesjiktet hvori resten av anlegget er lokalisert. Det sies å være tømming av energi i det atmosfæriske grensesjiktet. I generelle termer utgjør alle turbiner som er lokalisert oppstrøms til vinden en ulempe for alle turbiner som er lokalisert nedstrøms til vinden og enda mer utbredt til og med turbiner nedstrøms vil produsere en ulempe for turbinene oppstrøms. Den gjensidige påvirkningen (skyggeeffekt) driver derfor ikke kun i vindretningen, men, selv om til en mye mindre grad, også vind opp-strøms. I en mye bredere betydning kan det også sies å være en skyggeeffekt mellom ulike vindanlegg. Et totalt anlegg som er lokalisert nedstrøms til et annet anlegg kan utsettes for en vesentlig reduksjon i produksjon. Bortsett fra fallene i utgangssignal som allerede er nevnt, kan driften i virvelstrømmen også føre til flere tretthetsskader på vindturbiner. Skyggeeffekter er derfor spesielt ugunstig.

Dersom antallet turbiner som er lokalisert etter hverandre blir stort, behøves økte større distanser mellom turbinene for å holde skyggetapet aksepterbart. Dette betyr at et stort overflateareal behøves og at kabellengdene mellom turbinene, og derfor kostnadene, øker. På land betyr en større avstand mellom turbinene også at lengre veier må bygges, som betyr en ytterligere kostnads-økning. Selv om plassering av vindturbiner ytterligere fra hverandre hjelper mot skyggetap, vil et godtakbart produksjonsfall for turbinene på lesiden i store anlegg være uunngåelig. Fallet kan være så stort at anlegget blir uøkonomisk som et resultat. Tap på 30% eller mer er vanligvis kjent fra litteraturen.

Så godt som i alle deler av verden forekommer bestemte vindretninger oftere enn andre. Det sies da å være en dominant vindretning, som er definert her som den årlige gjennomsnittsvindretningen, hvor hoveddelen av den årlige produksjonen innhøstes i delbelastningsdrift. En styre- eller energi-ekstraheringsanordning har en påvirkning på vindretningen. Uforstyrret vindretning er definert som vindretningen ved lokasjonen av anordningen så lenge anordningen oppfattes å ha blitt fjernet (og har derfor ingen påvirkning). For øvrig varierer vindretningen hovedsakelig over en kort tidsskala (sekunder til minutter); og derfor er termen vindretning ikke forstått som den momentane retningen, men som gjennomsnittsretningen, for eksempel over 10 minutter. Skyggeeffekter kan også reduseres ved å konstruere et vindanlegg slik at det utvides hovedsakelig vertikalt til den dominante vindretningen. I praksis er opp-byggingen av vindturbiner imidlertid også bestemt av et antall andre interesserte, slik som: hvilket land eller sjøoverflateareal har blitt tildelt til vindturbinoperatøren, hva er de andre funksjonene i området, hvilken ulempe forårsakes av turbinene, hvordan løper de eksisterende kraftlinjene, etc. Følgelig vil dette valget kun tilby en løsning til en begrenset grad.

Artikkelen som kalles 'The Application of Pl V to the Wake of a Windturbine in Yaw", fremlagt ved "the 4th International Symposium on PIV", Gøttingen, Tyskland, september 17-19, 2001, nevner en situasjon hvor to turbiner er lokalisert én bak den andre i vindretningen. Nedstrømsturbinen håret produksjonstap fordi den er i virvelstrømmen av oppstrømsturbinen. I artikkelen er det foreslått å plassere en oppstrømsturbin ved en vinkel slik at virvel-strømmen viker unna og bare strømmer (delvis) forbi nedstrømsturbinen. Nå er ikke denne turbinen lenger (eller til en mindre grad) i virvelstrømmen og produserer derfor mer. Forfatterne konstaterer at aktiv kontroll av skråstillings-vinklene, hvorved vindturbinene er plassert, kan gi en fordel for maksimering av produksjonen på anlegget som en helhet. Dette oppnås derfor ved å styre virvelstrømmen til turbinene lokalisert oppstrøms vekk fra turbinene som er lokalisert nedstrøms. Skyggeeffekter reduseres til en viss grad ved hjelp av denne faktoren, men fordi virvelstrømmen fremdeles forblir i anlegget, i tilfellet av et stort anlegg, vil tømming av grensesjiktet likevel skje og skyggetapet vil i hovedsak fremdeles eksistere.

Publikasjonen kalt "Optimal Control of Wind Power Plants" i Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, (27), Amsterdam, 1988, beskriver at driften av oppstrømsvindturbiner av et anlegg med bladtupphastighet lavere enn den hvorved den maksimale energimengden tas ut kan føre til en økning i den totale anleggsproduksjonen. Ingen fysisk forklaring er gitt for resultatet som bekreftes av en simulering.

I oppgaven kalt "Flow Separation on Wind Turbine Blades", ISBN-90-393-2592-0, 8. januar 2001, beskrives det at kinetisk energi går tapt under blanding av sakte virvelstrømsluft og den hurtige ikke-virvelstrømsluften. I tilfellet av en solitær vindturbin som kjører ved optimal drift er miksetapet 50% av kraften som genereres av turbinen, slik at den kinetiske energien som en vindturbin tar ut fra strømmen ikke er lik energien som genereres, men er én og en halv ganger mer. I denne publikasjonen er det også foreslått å tillate oppstrømsturbiner i et vindanlegg for å ta ut mindre enn maksimal energi fra vinden. Som et resultat minker produksjonen av turbinen oppstrøms kraftig, så lenge blandingstapet minker vesentlig, slik at vindhastigheten lenger inne i anlegget vil falle til en mindre grad og nedstrømsturbinene vil starte og produsere mer. Intensjonen er at økningen i produksjon av nedstrømsturbinene er større enn minkningen i produksjon av oppstrømsturbinene. Den foreliggende oppfinnelsen vedrører denne blandingen av luftstrømninger.

For store anlegg er alle faktorer sett på som dråper i havet. Eksperter anser skyggeeffekten til å være en gitt situasjon hvormed vindenergi konfronteres. Turbinene tar ut energien fra det laveste sjiktet av det atmosfæriske grensesjiktet og hastigheten i det sjiktet vil i seg selv falle som et resultat.

Skyggeeffekter har allerede blitt undersøkt i 20 år og den 23. mai 2002

utvekslet tjue eksperter, noen som har arbeidet på dette feltet siden 1980, deres nyligste informasjon under et møte ved Risø National Laboratory, Danmark. All oppmerksomhet fokuseres på modellering av skyggeeffekter. Nærmere bestemt har blitt påvist at effektene er store, men ikke hvor store de er og hva som presist bestemmer dem. Ved å forbedre modellering kan det estimeres mer nøyaktig på forhånd hvor mye et stort anlegg i en spesifikk posisjon vil produsere. Denne informasjonen er naturligvis ekstremt relevant for investorer. Under møtet var skyggeeffekter likevel sett på som uunngåelige og bestemte til den grad spørsmålet angående om skyggeeffekter muligens kan være (delvis) forhindret, ble til og med ikke tatt opp, som kan sees fra minuttene.

Forskningen med navnet "Samenvatting technisch onderzoek SEP-Proefwindcentrale", ("Summary of technical study on SEP Test Wind Power Station"), Kema-lndustriéle energie systemen, Arnhem, november 1994, hvori den følgende konklusjonen ble trukket: "øke produksjon med et anleggskontroll-system ved å ta hensyn til virvelstrømsirvteraksjon fremgår ikke å være utførbar" er ytterligere bekreftelse på dette synspunktet innen vindenergisektoren.

For å oppsummere er problemet med skyggeeffekt at den gir økning i vesent-lige produksjonstall, at plassering med vindturbiner lenger fra hverandre er et hjelpemiddel som fører til høye kostnader (større kabellengde og, på land, lengre veier) og til en lavere kraft pr. enhet overflateområde. Fordi plass er knapp er dette en vesentlig ulempe. Ikke bare kan mindre genereres på et gitt overflateområde, men mange områder vil også tape konkurransen med andre formål dersom kun lav produksjon kan forventes. Det mest vanlige synspunktet er at selv om problemet kan modelleres bedre kan det ikke løses.

Likevel frembringes en uforventet delløsning ved hjelp av foreliggende oppfinnelse. Av denne hensikten vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte ifølge krav 1 og en sammenstilling ifølge krav 16. Oppfinnelsen vedrører sammenstillinger som er innrettet til å ekstrahere energi fra strømmende luft eller strømmende (sjø)vann. Sammenstillingen vil være i et grensesjikt som har karakteristikken at fluidhastigheten er lav i nærheten av veggen og øker med økende distanse fra veggen. Sammenstillingen genererer strømmer eller sirkulasjoner oppstrøms (vindretning) slik at hurtig fluid fra en større avstand vekk fra veggen nå styres mot veggen og sakte fluid fra i nærheten av veggen styres vekk fra denne. Strømmen som genereres vil nå, som strømvirvel-generatorer, øke fluidhastigheten i nærheten av veggen. Genereringen av disse flytende påvirkes av såkalte styreanordninger som enten kan være passive eller aktive og som også kan ta energi fra eller tilføre energi til fluidet. Ved korrekt justering av strømmene i resten av sammenstillingen vil fluidhastigheten ved lokasjon på den energiekstraherende anordningen i sammenstillingene nå øke, slik at mer energi også kan produseres. Dersom sammenstillingen omfatter et antall energiekstraherende anordninger én etter den andre, fungerer også strømmene til å styre virvelstrømmen for de energiekstraherende anordningene vekk, som kan føre til en ytterligere økning i produksjon. Energiuttaksanordningene sammen benevnes også anlegg eller sammenstilling nedenfor, hvori konteksten skal forstås at energiuttaksanordningene også kan være styrende, men at anlegget også kan omfatte anordninger som utelukkende er styrt. Et slikt anlegg kan enten være i atmosfæren eller under vann. Dersom sammenstillingen omfatter et antall energiekstraherende anordninger i normale avstander fra hverandre og av en ytterligere gruppe med styreanordninger lokalisert en større avstand borte, benevnes da den første gruppen anlegget og den ytterligere gruppen er lokalisert på utsiden av denne. Derfor er det mulig å referere til posisjoner inne i anlegget og på utsiden av anlegget. Videre er termen anlegg også anvendt til å referere til volumet innenfor, hvor det foreligger fluid fra hvor energi tas ut, uten at den foreliggende oppfinnelse nødvendigvis må anvendes ved hvert punkt deri. Med andre ord forekommer volumet rundt anlegget innenfor, hvori tømming av den kinetiske energien forekommer til en signifikant grad. Vi kan også referere til bredden og lengden på anlegget. Bredden måles perpendikulært til den dominante strømretningen på fluidet og lengden i den dominante strømningsretningen. Vidden eller lengden er alltid den største bredden eller lengden som måles mellom ulike anordninger i anlegget. Anleggsoverflateområdet følger helt enkelt fra produktet på lengden og vidden. Dersom vi adderer alle overflateområdene som okkuperes av de energiekstraherende anordningene inne i anlegget (i tilfellet med to horisontale akselturbiner med en diameter på 100 m er overflateområdet som dekkes 2 - ti/4 -100<2> m<2>) har vi det totale overflateområdet som dekkes av anlegget. Vanligvis utgjør dette dekkede overflateområdet en liten prosent av anleggsoverflateområdet, for eksempel omtrent 5 %. Ved å anvende den foreliggende oppfinnelse, som øker fordelaktigheten dess større et anlegg blir, vil prosenten kunne øke, spesielt i større anlegg med, for eksempel, mer enn 20 turbiner, til over 5 %, 10 % eller til og med 20 %.

I en bestemt utførelse kan veggen sammenlignes med overflaten på jordkloden, dvs. land eller sjø(vann), sammenstillingen med et vindanlegg og både de energiekstraherende og styreanordningene med vindturbiner og strømninger med sirkulasjoner. Sirkulasjonene kan allerede genereres med et antall turbiner på fremsiden av anlegget ved å plassere turbinene vertikalt eller horisontalt i en vinkel mot vinden. Som et resultat produseres en horisontal og/eller vertikal lateralkraft på luftstrømmen, slik at strømninger produseres som styrer den sakte luften fra de laveste sjiktene i atmosfæren vekk og styrer hurtig luft nedover. Vindhastigheten i anlegget og spesielt ved lokasjonen på vindturbinene som ekstraherer energi øker, som et resultat hvorav produksjonen øker. Andre utførelser av slike sammenstillinger er undervannsturbiner som ekstraherer energi fra strømmende vann. Slikt strømmende vann kan være en strømmende elv, en tidevannsstrøm eller en annen vannstrøm som finnes på jordkloden fra hvor energi kan ekstraheres. Med disse sammenstillingene også utøves laterale krefter på strømmen slik at den sakte strømmen styres vekk fra de energiekstraherende anordningene og hurtige strømmer styres spesielt gjennom anordningene.

Generelt sett er et formål med oppfinnelsen å mate hurtige fluidstrømmer som ikke er for langt vekke fra sammenstillingene gjennom de energiekstraherende anordningene. I det bestemte tilfellet med vindanlegg eller vannturbiner som er på vannunderlaget som flyter over det, vil fluidstrømmen øke med økende høyde over turbinene og fluidstyring må finne sted på en slik måte at fluid fra en større høyde blir styrt nedover. Det hurtige fluidet kan også være lateralt med hensyn til sammenstillingen (eller del av sammenstillingen). For eksempel, i komplekst terreng kan det være tilfellet at noe av en hurtig vind blåser spesielt langs siden av vindanlegget. I disse tilfellene kan styreanordningene i sammenstillingen innstilles, slik at hurtig fluid avledes sideveis og blir derfor styrt gjennom de energiekstraherende anordningene. I tilfellet hvor en energiekstraherende sammenstilling i en vannstrøm er på undersiden av sammenstillingen er det også mulig at en hurtig fluidstrøm er på undersiden av sammenstillingen. For eksempel, dersom sammenstillingen er konstruert slik at den flyter og er i den øvre delen av en strømmende elv eller tidevannsstrøm. I disse tilfellene er styreanordningene oppstilt (som også skal forstås å bety med hensyn til deres posisjon) slik at sakte fluid styrs vekk fra de energiekstraherende anordningene av sammenstillingen og hurtig fluid styres spesielt gjennom disse anordningene. Videre skal det forstås at noen av anordningene, slik som vindturbiner, kan ha både energiekstraherende og en styrende funksjon. Nærmere bestemt er anordningen en vindturbin som, som kjent, er i stand til å ekstrahere energi fra strømmen, men, dessuten, dersom den er posisjonert ved en vinkel mot flyten, er egnet for å avlede vekk strømmen vertikalt eller horisontalt. Ett formål som det rettes mot er at sammenstillingen er innstilt slik at skyggetap minker for hele sammenstillingen. Det er mulig at noen energiekstraherende anordninger utsettes for et større skyggetap, men det er alltid tilfellet at resultatet (bestemt ifølge produksjon og belastninger) av sammenstillingen i sin helhet øker.

Vindturbiner eller vannturbiner ekstraherer den maksimale energimengden fra et fluid, dersom fluidet retarderer ved lokasjonen på turbinen til omtrent 2/3 av den opprinnelige hastigheten og til 1/3 omtrent 1 diameter av turbinen bak turbinen. Den 1/3 minkningen i hastighet av den opprinnelige hastigheten ved lokasjonen av rotoren er benevnt den aksiale induksjonen, som er angitt ved bokstaven a. Tilfellet med aksial energiekstrahering a er 1/3. Ved å velge en verdi som er mindre enn 1/3 for den aksiale induksjonen, retarderer turbinen vinden til en mindre grad og den aktuelle turbinen ekstraherer mindre energi fra vinden, som ifølge kjent teknikk kan være fordelaktig for turbinen som er lokalisert bak den. Imidlertid, dersom en turbin anvendes som en styreanordning ifølge en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse, er den aksiale induksjonen satt til verdier høyere enn 1/3. Vindturbinen utøver så en større kraft på vinden enn den hvorved den maksimale energimengden genereres. Dette kan være fordelaktig forden gjenstående sammenstillingen. Turbiner hvor induksjonsfaktorene er satt til negative verdier for a utgjør også en foretrukket utførelse. En negativ verdi for a betyr at vindhastigheten ved en lokasjon på turbinen øker spesielt fordi turbinen drives og tilfører energi til fluidet. Denne spesielle situasjonen kan være fordelaktig for å styre fluid vekk på en slik måte at kostnadene tilknyttet dette er lavere enn fordelene for resten av sammenstillingen.

De fluidstyrende anordningene i sammenstillingen kan danne del av en gruppe med energiekstraherende anordninger innrettet ved siden av hverandre (nærmere bestemt et vindanlegg), det kan også være anordnet i en avstand fra hverandre fra en slik gruppe. En fordel med dette kan være at strømmen som styres har funnet sted til og med før strømmen støter mot de energiekstraherende anordningene. Som et resultat kan sakte fluidstrøm, som uten styring ville ha strømmet gjennom gruppen med energiekstraherende anordninger, nå styres vekk og erstattes av en hurtig fluidstrøm, fra hvor, naturligvis, mer energi kan ekstraheres. Nærmere bestemt er denne utførelsen fordelaktig i grensesjikt hvor hastigheten på fluidstrømmen hovedsakelig øker med distansen fra veggen. Nærmere bestemt vedrører dette det atmosfæriske grensesjiktet hvori et vindanlegg har blitt posisjonert. Turbinene er ganske lave i grensesjiktet og har følgelig en vesentlig lavere tilføring av vind enn de ville erfare ved en større høyde. Innen denne tid, ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, ved å plassere styreanordninger (nærmere bestemt vindturbiner) oppstrøms for et vindanlegg, kan vinden styres nedover fra en større høyde og gjennom anlegget. For øvrig vil strømmer som genereres oppstrøms fortsette inn i den energiekstraherende delen på sammenstillingen, slik at de fremdeles er effektive i denne lokasjonen så vel som et resultat av å styre virvelstrømfluid vekk og styre hurtig fluid fra en større avstand vekk fra sammenstillingen gjennom sammenstillingen. Styreanordningene i en avstand vekk fra den energieksisterende gruppen er fortrinnsvis anordnet oppstrøms for denne gruppen. I geografiske lokasjoner hvor det er en sterkt dominant vindretning, kan styreanordninger installeres i en bestemt posisjon. Det bestemte tilfellet med offshore vindenergi kan styreanordningene også være av mobil konstruksjon, for eksempel flytende. Ved å flytte anordningene kan disse alltid holdes på oppstrømssiden av anlegget.

Sammenstillingen som det refereres til i oppfinnelsen vil generere strømmer, eller med andre ord virvler eller sirkulasjoner, som et resultat hvorav hurtig fluider styres gjennom anlegget og sakte fluid (nærmere bestemt virvel-strømsfluid) styres spesielt vekk fra den denne. Avstanden hvorover denne utvekslingen av hurtig og sakte fluider kan finne sted er begrenset og avhenger av, inter alia, størrelsen på sammenstillingen. Dess større sammenstilling, dess lettere kan en sirkulasjon av stor skala genereres og dess større er resultatet som en slik storskala sirkulasjon innehar. I det bestemte tilfellet med vindanlegg er distansen hvorover fluid kan styres til siden i det minste begrenset av høyden på atmosfæren (effektivt tilnærmet 10 km). Imidlertid omfatter atmosfæren vanligvis en ustabil del (den nedre delen 1 til 2 km) og en stabil del av denne. Det foreligger stratifikasjon i den stabile delen og det er vanskelig å generere luftstrømmer i den vertikale retningen. Derfor er skalaen på sirkulasjonene som er relativt enkle å generere ytterligere begrenset til omtrent 1 til 2 km i tilfellet med vindanlegg. Grensesjiktet, hvori vindanlegg er lokalisert, vil være av størrelsesordenen et antall ganger turbinhøyden. I tilfellet hvor turbiner er 150 m høye, vil det i et stort anlegg forekomme en godtakbar tømming av grenselaget opptil for eksempel 2 til 6 ganger høyden (300 m til 900 m). Dess større anlegget, dess større er denne tømmingshøyden. Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å styre fluid fra over denne uttømmingshøyden nedover og vekselvis for å styre fluid med lav hastighet (langt) oppover, i tilfellet med et Irte anlegg med små turbiner er en sirkulasjonsskaia ifølge oppfinnelsen av størrelsesordenen en halv turbindiameter allerede funksjonell. I tilfellet av et større anlegg kan sirkulasjonsskalaen øke til flere turbindiametrer.

Idet en sirkulasjon har blitt generert vil denne igjen dispergere kun over en relativt stor avstand. Genereringen av de (store) sirkulasjonene er kostbare i betydning av en reduksjon i produksjonen på grunn av at energigenererende anordninger også krever en styrefunksjon. Det er derfor også fornuftig å gjøre stor nytte av en sirkulasjon idet denne har blitt generert. Sirkulasjonen vil beveges i hovedretningen av strømmen, som er grunn for å tillate et vindanlegg som utvides i den samme retningen. Dette er en overraskende konklusjon på grunn av at dagens vindanlegg har bestemt fortrinnsvis blitt posisjonert perpendikulært til den dominante vindretningen, så lenge ifølge oppfinnelsen et anlegg også kan fordelaktig utspennes i den dominante vindretningen. I en fordelaktig utførelse ifølge oppfinnelsen blir hurtig fluid fra en større avstand vekk fra veggen til og med styrt så effektivt til de energiekstraherende anordningene at fluidhastigheten er i stand til å øke heller enn å minke når den passerer gjennom anlegget i hovedretningen av strømmen. Det kan sies at det foreligger negative skyggetap.

På jordkloden er vindretningen hovedsakelig bestemt av de høye og lave trykk-områdene og av rotasjonen til jordkloden. Som hver ekspert innen fagfeltet kjenner til, skifter vinden retning til venstre i den nordre hemisfæren og til høyre i den sørlige hemisfæren. I fri strøm påvirker to like og motsatte krefter lokalisert i den horisontale overflaten på jordkloden motvind, perpendikulært til vindretningen: kraften som er et resultat av trykkgradienten og corioliskraften. Sistnevnte er proporsjonal med vindhastigheten. Dersom vindhastigheten nå faller, for eksempel på grunn av at kinetisk energi ekstraheres derfra, vil corioliskraften proporsjonalt til vindhastigheten minke. Trykkgradienten er nå sterkere enn corioliskraften og derfor vil vinden akselerere i retningen av trykkgradienten. I den nordre hemisfæren skifter den sakte luften derfor til høyre sammenlignet med luften som ikke har blitt retardert; i den sørlige hemisfæren skifter den til høyre sammenlignet med luften som ikke har blir retardert. Ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen styres virvelstrømsluft på en slik måte at det naturlige retningsskiftet av virvelstrømsluft beskrevet ovenfor er forsterket. I en ytterligere foretrukket utførelse snur turbinene, som har en styrefunksjon, mot klokken i den nordre hemisfæren og med klokken i den sørlige hemisfæren, fordi det som da oppnås, særdeles i kombinasjon med syklisk bladvinkeljustering, er at virvelstrømsluften ved den nedre siden dyttes mer intensivt i retningen hvori den allerede går naturlig. Rotasjonsretningen blir så definert for en observant som ser mot trykksiden på turbinen. Mer generelt er det foreslått å velge rotasjonsretningen for styreturbinene på en slik måte at virvelstrømsrotasjonen, som er konsekvensen av rotordreiekraften, også igjen hjelper målsirkulasjonene for å styre sakte fluid vekk fra energiekstraherende anordninger og for å styre hurtig fluid gjennom disse.

Sammenstillingen som opereres ifølge oppfinnelsen vil utsettes for mindre skyggetap enn en sammenstilling ifølge kjent teknikk. På grunn av at den tradisjonelle måten med å begrense skyggetap omfatter økning av avstanden mellom de energieksisterende anordningene (nærmere bestemt vindturbiner), blir et anlegg derfor mer kostbart og resulterer i en mindre effektiv anvendelse av overflatearealet. Ved å anvende den foreliggende oppfinnelse kan et anlegg konstrueres mer kompakt, så lenge skyggetapet forblir aksepterbart. Vanlige avstander i den dominante vindretningen mellom energiekstraherende anordninger er omtrent 5 til 10 ganger den karakteristiske størrelsen på en slik anordning (nærmere bestemt: i tilfellet med vindturbinen er avstanden mellom turbinene 5 til 10 ganger rotordiameteren). Ved å anvende oppfinnelsen kan denne distansen fortrinnsvis reduseres til generelt sett mindre enn 5 ganger den karakteristiske størrelsen, og mer bestemt 4 ganger og nærmere bestemt 3 ganger den karakteristiske størrelsen. Den karakteristiske størrelsen er definert som kvadratroten av produktet av 4/10 og overflatearealet okkupert av en energiekstraherende anordning. I tilfellet med en horisontal akselturbin er dette diameteren.

I den ovennevnte teksten for den foreliggende oppfinnelsen brukes de generelle termene "energiekstraherende anordning" og "styreanordning" for.å henvise til en sammenstilling som er i stand til å utføre disse funksjonene som er kjent i teknikkens stilling. Nærmere bestemt er anordningene turbiner som er kjent både under vanns og over vanns; turbinene er enten av akslingstypen horisontal aksling og vertikal aksling. I denne konteksten kan det forstås at termen horisontal og vertikal kun er angivelsestyper og i praksis er en hvilken som helst posisjon på akslingene mulig. Disse anordningene kan, som er kjent for en fagperson, videre vedrøre stigeturbiner, flyturbiner, overføringsturbiner, turbiner i kombinasjon med konsentrerende anordninger slik som møllevinger eller ringvinger, elektrostatiske vindturbiner, zeppelinturbiner, turbiner med flere rotorer på et tårn, grupper med turbiner, etc. Styreanordningene kan ha alle nevnte former, også omfattende profiler, vinger eller seil som er innrettet passivt. Eksisterende deler av energiekstraherende anordninger kan også tilpasses slik at de krever en styrefunksjon. Styreanordningene kan videre omfatte forspinnermaskiner, magnusrotorer, etc. Nærmere bestemt kan sammenstillinger som er i stand til å styre luftstrømmene ved å forandre tettheten i flyten også nevnes. Dette kan påvirkes ved forandringer i temperatur; det er mulig for en styreranordning å omfatte en stor svart overflate som stråler varme fra solen inn i luften, slik at dette frembringer en lavere tetthet og styres oppover. Det kan også påvirkes ved å innføre vann i luften, som et resultat hvorav luften kjøles som et resultat av fordampning av vann. Tettheten øker nå som et resultat hvorav luften vil strømme nedover.

Ytterligere fordel oppnås dersom oppfinnelsen ifølge en foretrukket utførelse anvendes i anlegg hvor de energiekstraherende anordningene har blitt plassert i grupper ved siden av hverandre. Fordi et formål med oppfinnelsen er å styre virvelstrøm vekk, er dette fordelaktig. Bestemt kan en anordning avlede strømmen over et antall ganger sin karakteristiske størrelse. Spesielt må virvelstrømmen i store anlegg styres vekk over en større distanse slik at det ikke lenger hindrer sammenstillingen nedstrøms. På grunn av at en gruppe med energiekstraherende anordninger har en større karakteristisk størrelse enn en enkel anordning, kan en slik gruppe styre virvelstrøm vekk over en større absolutt avstand. I det bestemte tilfellet hvor en vindturbin posisjonert ved en vinkel mot vindretningen anvendes som styreranordning, oppnås større fordel siden en lateral kraft også utøves på luften under rotoren. I spesialisttermer: sirkulasjonen som linkes til den laterale kraften som turbinen utøver på vinden må fortsette så langt som overflaten (bakken eller vannet). Dette kan oppnås på mange måter. Generelt er det kjent at rotorbladene på turbinene er utsatt for kraftig fluktuerende belastning som en turbin er ved en vinkel mot strømmen. Dette kan tas hensyn til ved å tilveiebringe rotorblader med en syklisk bladvinkeljustering. En foretrukket utførelse ifølge oppfinnelsen er konstruksjon av fluidstyrende turbiner med syklisk bladvinkeljustering. Dersom vertikal akselturbiner velges for styring, kan disse også tilveiebringes med syklisk bladvinkeljustering, slik at denne turbintypen også er i stand til å utøve en transversal kraft på strømmen. Ifølge teknikkens stilling forekommer svak skråstilling ofte fordi variasjoner i vindretningen er så hurtige at vindturbinen ikke er i stand til å følge dem. Videre har en rotor vanligvis en liten tiltvinkel med for å forsikre en større avstand mellom bladtuppene og tårnet. Som et resultat av tiltvinkelen er rotoren også ved minimal vinkel mot vinden. Av disse årsakene er en rotor i stand til å motstå angulære posisjonsbelastninger på mindre enn 10° skråstilling i 20 år. Vindturbiner som fungerer som styreanordninger i den foreliggende oppfinnelse må være i stand til å tåle skråstillingsvinkler på mer enn 20<*>, og mer bestemt mer enn 30° og nærmere bestemt mer enn 45" for flere år. I en ytterligere foretrukket utførelse av disse turbinene kan bladvinkelen på disse bladene justeres syklisk ved en justeringshastighet på mer enn 5<*> pr halve omdreining. Styring av virvelstrømmen til side kan påvirkes ved å plassere vindturbinene ved en vinkel med kappstandinnretningen. I en foretrukket utførelse kan rotoren også snus i tiltretningen. En stor tiltvinkel kan være funksjonell dersom virvelstrømmen har blitt styrt oppover. Nærmere bestemt er variabel justering av tiltvinkelen mulig, slik at den optimale tiltvinkelen alltid kan velges avhengig av vindregningen, vindhastigheten og posisjonen på turbinen i anlegget. Naturligvis skal det forstås at belastningene på en rotor som er tiltet gjennom en stor vinkel kan reduseres igjen ved syklisk bladvinkeljustering.

I alle de ovennevnte utførelsene har formålet alltid vært å optimalisere en sammenstilling som en helhet. Dette formålet kan ytterligere forlenges til optimalisering av et antall sammenstillinger ved den samme tiden. Mer bestemt kan det vedrøre flere vindanlegg, hvor et anlegg er delvis i skyggen av et annet anlegg. Ved å ta hensyn til denne situasjonen i oppstrømsanlegget, dvs. å ha turbiner i dette anlegget styre strømmen på en slik måte at anlegget som er lokalisert nedstrøms utsettes for mindre skyggetap. Formålet med alle faktorene som er oppsummert ovenfor er å øke fluidhastigheten ved en lokasjon av energiekstraherende anordninger, slik at produksjonen av sammenstillingen som en helhet øker. Imidlertid kan sammenstillingen også drives på en ulik måte, hvor sakte fluid holdes bestemt innenfor anlegget eller blir styrt til anlegget, med andre ord at skyggeeffekten blir opphøyd. Dette kan være fordelaktig dersom fluidhastigheten er høyere enn den som hvorved energiekstraherende anordninger oppnår deres maksimale kapasitet. Ved å frembringe skyggeeffekt faller fluidhastigheten og produksjonen av den energiekstraherende anordning kan øke og/eller belastningene på anordningen kan minke. Ytterligere fordel oppnås dersom fluidhastigheten kan holdes under Vutkopiing (utkoplingshastighet) ved å frembringe skyggeeffekten, slik at de energiekstraherende anordninger kan forbli i drift.

Som har blitt sett avhenger den optimale sammenstillingen og den tilhørende optimale fremgangsmåten for ekstrahering av energi fra strømmen av flere faktorer. Når en konstruerer en sammenstilling må mange beregninger utføres for å velge de ulike anordningene på den beste måten og å installere disse i de korrekte posisjonene. Dette er naturligvis en funksjon av karakteristikkene av de passive eller aktive anordningene som anvendes, av deres felles posisjoner, av terrenget, av meteorologiske parametere og av et stort mangfold med andre aspekter, slik som finansielle aspekter eller forsikringsaspekter. Kompleksiteten og det store antallet mulige løsninger gir grunn til å støtte denne konstruksjonsprosessen ved hjelp av programvare. Programvare har det spesielle trekk at styreanordningene kan legges til sammenstillingen og/eller hvor turbinene kan ha en styrefunksjon og hvor påvirkningen av anordningene på anlegget kan beregnes er innen omfanget av oppfinnelsen.

Idet en energiekstraherende sammenstilling har blitt konstruert, skal deretter et stort antall tilknyttede variabler velges. Den optimale innstillingen av disse variablene er vanskelig å bestemme på forhånd. Derfor behøves programvare som tester et stort antall kombinasjoner med innstillinger, valgfritt basert på spesifikke fysiske innblikk. Ifølge én utførelse av denne programvaren er parametere, slik som skråstillingsvinkelen, sirkulasjonsskalaen, posisjonene for anordningene som generer sirkulasjon eller retningen på den transversale kraften variert ifølge et spesifikt mønster. Sammenstillingsytelsen lagret som en funksjon av parameterne som kan settes og optimumet letes deretter etter for hver vindhastighet og vindretning. Andre meteorologiske data, slik som temperaturdistribusjon eller stabiliteten for atmosfæren forekommer også som parametere i denne konteksten. Ved å starte fra et lokalt optimum som finnes, forandres parameterne titt og ofte for å finne et bedre optimum. Programmet kan være selvlærende og derfor i stand til å styre sammenstilling på en bedre måte. På denne måten i løpet av en tid oppnås et bra bilde av styringsstrategien og en database blir kompilert som, i tur og orden, kan være funksjonell for justeringen av andre energiekstraherende sammenstillinger. Ved å anvende denne kunnskapen er det også mulig å forbedre konstruksjonsprosessen for nye sammenstillinger.

Oppfinnelsen er fortrinnsvis utført i vindanlegg ved å anordne bestemte vindturbiner i en vinkel. Det er kjent for en fagperson at dette er ufordelaktig for de turbiner som ikke har blitt konstruert og designet for denne fysisk sterke belastningen. Fordi vindturbiner som settes opp ved en vinkel vanligvis vil bli avvist med engang som en foretrukket oppstilling av en fagperson, er oppfinnelsen ikke nærliggende. Ifølge initiale overslagsestimater, kan den foreliggende oppfinnelse gi en økning i produksjon med noen få prosent for mindre anlegg og dette kan være titalls prosent for større anlegg. I en ekstrem utførelse øker vindhastigheten i et anlegg til og med i vindretningen. Ytterligere fordeler oppnås fordi anlegget kan være av en mer kompakt konstruksjon, som et resultat hvorav infrastrukturen som kreves for anlegget kan forbli begrenset: Kortere kabellengder og, på land, videre kortere veier og, både på land og på vann, kortere reiseavstander. Fordi en høyere produksjon pr. enhet overflateområde oppnås, kan applikasjonen i oppfinnelsen muliggjøre at vindenergi konkurrerer sterkere med andre applikasjoner, som et resultat av hvor, sett vekk i fra høyere produksjon pr. enhet overflateareal, blir videre mer plass tilgjengelig for anlegg. For å oppsummere kan den kommersielle verdien av oppfinnelsen være høy.

Ytterligere karakteristikker og trekk vil nå bli beskrevet med henvisning til de medfølgende tegninger og ulike utførelser ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et vindanlegg 1 med den dominante vindretningen 2 som indikert i figuren. Dersom anlegget opereres og/eller legges ut ifølge oppfinnelsen vil tapet som et resultat av skyggeeffekter være mindre enn normalt. Fig. 2 viser del I-l av anlegget fra fig. 1 ifølge oppfinnelsen, hvori det kan sees at dreining og omdreining finnes rekker med turbiner som styrer virvelstrømmen vekselvis til venstre 5 eller høyre 6. Som et resultat produseres sirkulasjonene 3, som et resultat av hvori virvelstrømmene 7 av turbinene styres oppover og den hurtige vinden fra større høyde 8 styres nedover. Sirkulasjonene genereres av vindturbiner som utøver en lateral kraft på vinden på vindsiden av anlegget. Fig. 3 viser et sidesnitt av en rekke med turbiner fra anlegget i fig. 1 som drives ifølge teknikkens stilling. Vindretning 10 er den mest utbredte vindretningen ved det tidspunktet. Hastighetsprofilen 11 av det uforstyrrede atmosfæriske grensesjiktet vil forandres til profil 13 når man beveger seg langs med vindretningen. Linje 7 viser retningen på strømmen av virvelstrømmen. Linjer 9 begrenser strømmen fra hvor anlegget har ekstrahert energi. Fig. 4 viser det samme sidesnittet med unntak fra at oppfinnelsen anvendes. Ved å telle fra vindsiden er de første tre turbinene 5 ved en vinkel mot vinden, som et resultat av hvor vinden reflekteres til venstre. Som et resultat produseres sirkulasjon som styrer vind oven fra 8 gjennom turbinene som er lokalisert videre mot lesiden. Anlegget ekstraherer energi fra atmosfæren til en mye større høyde, og kan sees fra topplinjen 9 som er mye høyere i fig. 4 enn i fig. 3. Turbinene ved en vinkel på vindsiden kan sees på som virvelstrømgeneratorer i det atmosfæriske grensesjiktet. Fig. 5 viser en del I I-l I av rekken med turbiner (horisontal akseltype) i fig. 4. Her kan sirkulasjonen 3 sees som har blitt generert av oppstrømsturbiner og som styrer virvelstrømsluften 7 oppover via en lateral bevegelse og samtidig styrer hurtig luft ovenifra 8 og nedover. Fig. 6 viser vindanlegget 1 ifølge oppfinnelsen hvor hver sirkulasjon 3 omgir flere rekker med turbiner. Høyden 4 av sirkulasjonen vil bli større enn den i tilfellet i fig. 2. Dess større vindanlegg dess større og høyere vil sirkulasjonene som kan genereres være. Idet anlegg blir større vil en større sirkulasjon også behøves for å forhindre virvelstrømsluft som blir produsert på oppstrømssiden fra å returnere for hurtig til anlegget. I fig. 6 kan turbiner (14) også sees at styrer virvelstrømmen oppover. Sirkulasjonsskalaen kan defineres på basis av det følgende eksempel. Anta at sirkulasjonene 3 genereres over et vindanlegg, slik vist i figuren; strømmer 7 vekk fra anlegget produseres da og strømmer 8 mot anlegget. Avstanden mellom strømmer 7 og 8 i den samme retningen, mellom hvor der er motsatt strøm, benevnes nå som sirkulasjonsskalaen. Over det hele er denne avstanden tilnærmet lik den distansen mellom de vertikale pilene 7 og 8 i tegningen. Fig. 7 viser et sidesnitt av turbinrekken i anlegg 1 fra fig. 6 hvor virvelstrømmen styres oppover ifølge oppfinnelsen av turbiner 14 til vindsiden. Å styre oppover oppnås av de store tiltvinklene på turbinene 14. Topplinjen 9 som begrenser området innenfor hvor en stor energimengde ekstraheres fra vinden blir igjen ved en mye større høyde sammenlignet med situasjonen i fig. 3 som beskriver kjent teknikk. Dess høyere linjen 9 dess bedre er anlegget i stand til å ekstrahere energi fra luftstrømmer ved større høyde. Fig. 8 viser den vertikale styringen av virvelstrømmen ifølge oppfinnelsen mer detaljert. Fordi turbin 14 til vindsiden har en stor tiltvinkel, styres virvelstrømmen 7, som er begrenset av kontur 9, oppover og hurtig luft ovenifra 8 vil erstatte det. Som et resultat vil nedstrømsturbin 15 motta mer vind og vil derfor produsere mer. Fig. 9 viser seksjon lll-lll fra fig. 8. Virvelstrømmen 7, begrenset av kontur 9, strømmer oppover, som et resultat av hvor vinden ovenifra 8 strømmer nedover og turbinen 15 produserer mer. Fig. 10 viser et vindanlegg 1 ved hjelp av hvor anlegget genererer en stor sirkulasjonsstrøm ifølge oppfinnelsen. Alle oppstrømsturbiner og de lenger inne i anlegget 5 (ikke alle er gitt et nummer) styrer strømmen til venstre. I den nordre hemisfæren vil den retarderte (virvelstrøm)luft automatisk skifte retning til venstre som et resultat av den atmosfæriske trykkgradienten, som, som et resultat av retardasjon, ikke lenger er i balanse men er større enn corioliskraften. Følgelig foretrekkes det å styre virvelstrømsluft til venstre i den nordre hemisfæren. Sirkulasjonen er allerede generert på vindsiden i anlegget; og derfor har turbinene størst vinkel mot vindsiden og skråstillingen minker i strømningsretningen som går gjennom anlegg. Nedstrømsturbinene 15 må ikke lenger assistere i sirkulasjonen fordi det ikke lenger er viktig hva som skjer bak dem. Disse turbinene vender derfor direkte inn i vinden for å produsere så mye som mulig. Fig. 11 viser delen IV-IV av anlegget fra fig. 10. Turbinenes virvelstrøm 7 styres sideveis slik at en sirkulasjon 3 produseres som igjen mater hurtig luft ovenifra 8 inn anlegget, som et resultat hvorav produksjonen øker. Fig. 12 viser et vindanlegg 1 ifølge oppfinnelsen, hvori virvelstrømmen er styrt til en av sidene på anlegget av turbinene som er plassert i en vinkel. Turbinene 5 styrer den til venstre og turbinene (6) styrer den til høyre. Kun turbinene (15) på lesiden bidrar ikke lenger til sirkulasjon. I fig. 10 og 12 kan det sees at turbinene nedstrøms i dette anlegget er vendt direkte inn i vinden og har som formål å ekstrahere en stor energimengde fra vinden og ikke lenger bidra til generering eller vedlikehold av sirkulasjonene som styrer hurtig fluid fra en stor høyde nedover. Bestemt tjener ikke dette lenger et formål med unntak fra at et annet anlegg burde også være lokalisert på lesiden av de det gjelder. I disse tilfellene er det fornuftig å til og med frembringe at turbinene 15 indikert i fig. 10 og 12 kontribuerer til styring, slik at virvelstrømmen styres vekk og hurtig fluid styres gjennom anlegget til lesiden. Fig. 13 viser seksjon V-V fra fig. 12. To sirkulasjoner 3 som snus mot hverandre har blitt produsert av et mønster, hvori turbinene i anlegget har blitt skråstilt. I denne utførelsen drives virvelstrømsluften 7 ut av anlegget og hurtig luft 8 ovenifra bringes inn. Fig. 14 viser ifølge oppfinnelsen en kombinasjon av et vindanlegg 1 og et flytelegeme 16 hvorpå to turbiner 5 har blitt plassert som utøver en kraft tii venstre for vinden, som et resultat hvorav virvelstrømmen reflekteres til venstre. Fordi vindretningen varierer, vil flytelegemet flyttes avhengig av vindretningen, slik at den alltid er mot vindsiden. De to turbinene på flytelegemet genererer en sirkulasjon mot vindsiden til og med på utsiden av anlegget. Som et resultat vil saktere luft nederst i det atmosfæriske grensesjiktet beveges oppover og den hurtigere luften ovenifra vil styres nedover. Tid behøves for denne prosessen og derfor er turbinene 5 også posisjonert oppstrøms med hensyn til anlegget. Fordelen omfatter nå to effekter: styre vekk virvelstrømmen fra turbinene i anlegget og utveksle sakte luft nederst i det atmosfæriske grensesjiktet med hurtig luft til og med før vinden når anlegget. Fig. 15 viser seksjon VI-VI av sammenstillingen i fig. 14. Sirkulasjonen 3 som har blitt generert av turbiner 5 på flytelegemet 16 vises i denne figuren. Denne sirkulasjonen har allerede forårsaket en slags invertering i seksjonen fra flytelegemet til anlegget, som et resultat hvorav hurtig luft fra en stor høyde har blitt styrt nedover, som gir økning i produksjon i anlegget og, i tillegg til dette, styres virvelstrømmen av turbinene i anlegg 1 vekk og hurtig luft 8 bringes kontinuerlig inn som et resultat av sirkulasjonen. Fig. 16 viser den samme situasjonen som i fig. 14, men de to turbinene på flytelegemet 16 styrer nå i motsatte retninger. Turbin 5 styrer til venstre og turbin 6 til høyre. På denne måten genereres to motsatte sirkulasjoner ifølge oppfinnelsen. Fig. 17 viser seksjon VII-VII fra fig. 16 og er sammenlignbar med fig. 15. Ulikeheten er at to sirkulasjoner 3 genereres og at hurtig luft 8 nå strømmer ovenifra nedover midt i anlegget. Virvelstrømsluften 7 styres vekk ved begge sider av anlegget. Fig. 18 viser et vindanlegg 1 ifølge oppfinnelsen med to profiler 17, som genererer sirkulasjoner oppstrøms på utsiden av anlegget. For å alltid holde profilene oppstrøms med hensyn til anlegget, installeres disse på flytelegemer 16, slik at de er mobile. Profilene reflekterer vinden 10 sideveis langs veiene 18. Sirkulasjonen som genereres som et resultat tilveiebringer igjen utveksling mellom sakte luft fra det atmosfæriske grensesjiktet og den hurtigere luften ved en større høyde, slik at vindhastigheten i veien mellom profilene og anlegget øker ved lokasjonen av turbinrotorene i anlegg 1. Den andre funksjonen av sirkulasjonen er å styre virvelstrømmen vekk sideveis og å tiltrekke hurtig luft ovenifra. Fig. 19 viser seksjon VIII-VIII fra fig. 18. De passive installerte profilene 17 som utøver en lateral kraft på luftstrømmen, som derfor avledes ifølge pilene 18 og som et resultat hvorav sirkulasjonene 3 produseres, kan sees fra denne figuren. Ved lokasjonen av turbinanlegget 1 styres virvelstrømmen sideveis og en innstrøm med hurtig luft ovenifra 8 produseres. Fig. 20 viser et vindanlegg 1 som utgjøres av grupper med turbiner 19. Innenfor en gruppe er turbinene i nærheten av hverandre; og som et resultat oppfører gruppen seg effektivt som én større turbin og virvelstrømmen kan flyttes til siden eller oppover over en større absolutt avstand. Dersom virvelstrømmen kan styres ytterligere vekk, vil nedstrømsturbinene være utsatt for færre hindringer. Fig. 21 viser en enkel turbin med en størrelse 20 som styrer virvelstrømmen oppover og over en avstand 21. Fig. 22 viser en gruppe med turbiner med flere rotorer på et tårn, som ifølge oppfinnelsen opptrer som en enkel større turbin med effektiv størrelse 20 og styrer virvelstrømmen oppover over en distanse 21. Totalt sett er forhold mellom lengdene 21 og 20 den samme i fig. 21 og 22.1 absolutte termer er distansen over hvor virvelstrømmen flyttes imidlertid større i fig. 22, som et resultat hvorav virvelstrømmen kan styres over større avstander. Dess høyere virvelstrømmen styres vekk, dess mindre vil graden hvortil nedstrømsturbinene hindrer: sjiktet i atmosfæren innenfor, hvor hastigheten faller som et resultat av energiekstrahering av turbinene, er tykkere og kan derfor ekstrahere mer energi. Fig. 23 viser et vindanlegg 1 ifølge oppfinnelsen som har karakteristikken at den utvides i den dominante vindretningen 2. Et slikt anlegg har også allerede blitt vist i fig. 1. Vanligvis forventes lavere produksjon dersom en oppstilling i den dominante vindretningen velges, fordi skyggeeffekten er større enn i tilfellet ved en oppstilling som forlenges perpendikulært til den dominante vindretningen. Imidlertid, dersom fremgangsmåten for oppfinnelsen utføres, kan vindhastigheten faktisk øke (eller minke til en mindre grad) med avstand i anlegget og et vindanlegg som utvides i den dominante vindretningen kan faktisk produsere mer enn et konvensjonelt anlegg. Et tilleggsargument er at generasjonen av sirkulasjonene 3 er at kostnadene av noe produksjon på grunn oppstrøms-turbinene genererer mindre energi som et resultat av skråstillingen. Imidlertid brukes mindre krefter på å opprettholde sirkulasjonene og de har derfor en fordelaktig effekt i strømretningen over en større avstand. Derfor kan et anlegg forlenges i den dominante vindretningen. Fig. 24 viser en annen foretrukket utførelse ifølge oppfinnelsen av et anlegg i den nordre hemisfæren. I dette anlegget har det blitt tatt hensyn til det "naturlige" retningsskiftet av virvelstrømmen 7 til venstre i den nordre hemisfæren, som forekommer til og med dersom turbinene ikke er i en vinkel. Ved at anlegget utgjør en vinkel 22 med den dominante vindretningen 2, forhindres skyggeeffekten ytterligere. Fig. 25 viser en vindturbin med en eksepsjonell stor tiltvinkel 25, som er definert som vinkelen mellom den horisontale 24 og aksen for rotoren for en horisontal akselturbin 23. En stor tiltvinkel gjør det mulig å styre virvelstrømmen oppover, slik fig. 8 og 21 viser, og kan være funksjonell for å redusere skyggeeffekten ifølge oppfinnelsen. Fig. 26 viser, ifølge oppfinnelsen, en vindturbin med en variabel tiltvinkel. Dersom det er lite vind kan det være ønskelig å styre virvelstrømmen kraftig oppover, slik at en stor tiltvinkel behøves, selv om det i tilfellet med mye vind kan være best med en liten tiltvinkel. Den ideelle tiltvinkelen avhenger også av vindretningen og av posisjonen på turbinene i anlegget. Derfor muliggjør en variabel tiltvinkel bedre anleggsstyring (med mindre interferens mellom turbinene). Fig. 27 viser to rotorer 28 på et enkelt tårn, som ifølge oppfinnelsen er en fordelaktig kombinasjon for å generere sirkulasjoner i anlegget. En enkel rotor på tårnet som er i en vinkel mot vinden vil generere to virvler som snur mot hverandre. Disse virvlene er ikke effektive i en større avstand fra hverandre fordi de utjevner hverandre. For å oppnå en større effekt i en større avstand fra hverandre må virvlene som snur mot hverandre være i en større avstand fra hverandre. Dette oppnås ved å installere to rotorer 28 på et tårn, hvor begge er skråstilt. Ved hjelp av dette genereres sirkulasjonen som fører virvelstrømmen vekk og mater hurtig luft ovenifra anlegget mer effektivt. Med dette arrange-mentet produseres fortrinnsvis en lateral kraft så langt som bakken eller vannoverflaten. Som et resultat fortsetter sirkulasjonen, som er forbundet til den laterale kraften som turbinene utøver på vinden, så langt som bakken eller vannoverflaten. Fig. 28 viser et sidesnitt av sammenstillingen i fig. 27. To rotorer 28 er montert på tårnet 27, hvor rotorene sammen er i stand til å generere sirkulasjonene mer effektivt. Fig. 29 viser ifølge oppfinnelsen en annen utførelse av vindturbinen, hvormed virvlene som snur mot hverandre kan føres i en større avstand fra hverandre. I dette tilfellet påvirkes dette ved å tilpasse profilen 29 rundt tårnet 27 ved hjelp av hvor en lateral kraft kan utøves på vinden. Selv om en spesiell utførelse har blitt tegnet her, må fagpersoner forstå at en utførelse, hvor en transversal kraft kan utøves på strømmen, er tilstrekkelig og en tilpassing av sammenstillinger for å oppnå dette kommer innunder oppfinnelsen. Fig. 30 viser seksjonen IX-IX i fig. 29, hvori profilen 29 rundt tårnet 27 kan sees på nytt. Fig. 31 viser den konvensjonelle vertikale akselturbinen 30 med de spesielle karakteristikkene ifølge oppfinnelsen at en lateral kraft kan utøves på vinden. Dette påvirkes av syklisk justering av bladvinkelen på turbinbladene 32, selv om bladene roterer ifølge veien 31. Fig. 32 viser den vertikale akselturbinen ifølge seksjonen X-X. Bladene 32 er vist ved tolv lokasjoner i en rotasjon for å vise hvordan bladvinkelen er justert syklisk i en rotasjon, slik at vinden 10 avledes i samsvar med pilen 7. En vertikal akselturbin kan derfor også anvendes for å motvirke skyggeeffekt eller frembringe dette presist, på betingelse av at turbinen har syklisk bladjustering. Fig. 33 viser en graf med en kurve 33 som viser forandringen i den genererte kraften P med vindhastigheten V. Kraften genereres først ved en lav vindhastighet av tilnærmet 3-5 m/sek.; dette er "utkoplings"-vindhastigheten 34. Kraften øker deretter hurtig helt til den maksimale kraften nås ved den nominelle vindhastigheten 35. Vanligvis forekommer dette mellom 10 og 15 m/sek. Mange turbiner stoppes ved en spesifikk <n>utkoplings"-vindhastighet 36 for å forhindre overbelastning. Dersom vindturbinen innenfor et anlegg er på kurven i seksjonen mellom 34 og 35 er det fornuftig å forhindre skyggeeffekten ifølge oppfinnelsen. Imidlertid, dersom vindhastigheten er over den nominelle vindhastigheten, produserer ikke mer vind mer kraft men muligens til og med mindre. Dersom kurven 33 faller i seksjonen mellom 35 og 36, kan det derfor være fornuftig ifølge oppfinnelsen å frembringe skyggeeffekten i dette vind-hastighetsområdet. Vindhastigheten ved lokasjonen på turbinene faller så, som et resultat av hvor produksjonen øker. Et ekstremt eksempel ifølge oppfinnelsen er at vindhastigheten er noe høyere enn "utkoplings"-vindhastigheten, stik at anlegget derfor er ved en stans. I dette tilfellet ved å frembringe skyggeeffekt kan vindhastigheten faktisk komme under "utkoplingen" og anlegget kan derfor starte eller forbli i drift. Anlegget passerer så fra stopp og ingen produksjon til en tilstand med full drift og høy produksjon.

Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet ovenfor med henvisning til de fore-trukne utførelser, skal det være innlysende til en fagperson at fordelen også kan oppnås på mange andre måter som faller innenfor omfanget av de medfølg-ende krav.

I tegningene har et antall anordninger blitt indikert av et nummer; og definisjonen av tallet er gitt nedenfor:

Claims (31)

1. Fremgangsmåte for å ekstrahere energi fra en strømmende fluid, nærmere bestemt fra (sjø)vann og/eller vindstrømmer, ved å anvende en sammenstilling med anordninger som er posisjonert i nærheten av hverandre, karakterisert ved at en styreanordning til sammenstillingen oppstilles med hensyn til fluidstrømmen på en slik måte at det utøves krefter med en komponent som er perpendikulær til den uforstyrrete strømretningen, slik at fluid med høyere kinetisk energi eller med lavere kinetisk energi, sammenlignet med den normale situasjonen hvori kraftkomponenten mangler, styres gjennom en energiekstraherende anordning av sammenstillingen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom den genererte kraftkomponenten som er perpendikulær til og den som er parallell til den uforstyrrede strømretningen er mer enn 0,1, nærmere bestemt mer enn 0,2, og mer nærmere bestemt mer enn 0,3.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at flere styreanordninger samvirker ved genereringen av den samme sirkulasjonen, slik at styrken og/eller størrelsen på sirkulasjonen øker.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav 1-3, karakterisert ved at én anordning av sammenstillingen, som valgfritt har en styrefunksjon, drives med en aksial induksjon a som er større enn 1/3 eller mindre enn null.

5. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav. karakterisert ved atstyreanordningenflyttes.

6. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at minst én styreanordning er på en horisontal akselturbin, hvor tilhørende rotoraksling har en vinkel på mer enn 5<*>, mer bestemt mer enn 10° og nærmere bestemt mer enn 15<*> med hensyn til den uforstyrrete strømretningen.

7. Fremgangsmåte i samsvar med krav 6, karakterisert ved at styreanordningen sine blader justeres syklisk.

8. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, omfattende flere styreanordninger, karakterisert ved at styring av nevnte anordninger utføres slik at virvelstrømmer fra energiekstraherende anordninger buntes ved å styre dem mot hverandre slik at miksetap begrenses.

9. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at flere turbiner på et felles støtte sammen har en styrefunksjon.

10. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at styring er slik at sakte fluid styres til venstre i den nordre hemisfæren og til høyre i den sørlige hemisfæren.

11. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at styring av fluidet hovedsakelig finner sted på oppstrømssiden av sammenstillingen.

12. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, omfattende flere styreanordninger som hovedsakelig er anordnet i strømretningen én etter én, karakterisert ved at forholdet mellom kraften som er perpendikulær til og den som er parallell til den uforstyrrete strømretningen som utøves av styreanordningene i strømretningen minker i deler av sammenstillingen.

13. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav i Kombinasjon med krav 6, karakterisert ved at skråstillingen av de horisontale akselturbinene i deler av sammenstillingen minker ved forflytning gjennom sammenstillingen fra oppstrøms- til nedstrømsretningen.

14. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at minst én anordning er innstilt med en vinkel mot den uforstyrrete strømretningen, uten at skyggetapet fra anordninger på nedstrømssiden, ved en avstand mindre enn 10 ganger den karakteristiske størrelsen av den berørte skråstilte anordningen, minker.

15. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, omfattende ulike sammenstillinger, karakterisert ved at minst én oppstrøms-sammenstilling eller en tilhørende anordning har en styrefunksjon for minst én nedstrømssammenstilling.

16. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at ulikheter i fluidtettheten påføres ved oppvarming eller nedkjøling, for eksempel forårsaket av fordampning av vann, for å generere kraften.

17. Sammenstilling, omfattende en anordning for å ekstrahere energi fra en fluidstrøm, karakterisert ved at sammenstillingen omfatter en styreanordning som er innrettet til å generere krefter som har en komponent som er perpendikulær til den uforstyrrete strømretningen, slik at fluid med kinetisk energi som avviker fra den kinetiske energien som er effektiv i den normale situasjonen, hvor kraftkomponenten som mangler, mates gjennom anordningen for å ekstrahere energi fra et fluid.

18. Sammenstilling ifølge krav 17, karakterisert ved at styreanordningen gjennomsnittlig har en skråstilling på mer enn 5°, mer bestemt mer enn 10<*>. og nærmere bestemt mer enn 15° med hensyn til anordningen for å ekstrahere energi fra en fluidstrøm.

19. Sammenstilling ifølge krav 17 eller 18, omfattende minste tjue anordninger for å ekstrahere energi, karakterisert ved at sammenstillingen hovedsakelig utvides i den dominante strømretningen over en lengde som er større enn bredden på anlegget og mer bestemt over en lengde som er mer enn tre todels ganger anleggsbredden og nærmere bestemt over en lengde som er mer enn to ganger anleggsbredden.

20. Sammenstilling ifølge et av kravene 17-19, som har minst tjue anordninger for å ekstrahere energi, karakterisert ved at avstanden mellom turbiner i den dominante strømretningen er mindre enn fem ganger, mer bestemt mindre enn fire ganger og nærmere bestemt mer enn tre ganger den karakteristiske størrelsen for de aktuelle turbinene.

21. Sammenstilling i samsvar med et av kravene 17-20, som har minst tjue anordninger for å ekstrahere energi, karakterisert ved at det totale overflateområdet som okkuperes av turbinene utgjør mer enn 5 %, mer bestemt mer enn 10 %, og nærmere bestemt mer enn 20 % av overflatearealet for anlegget.

22. Sammenstilling i samsvar med et av kravene 17-21, karakterisert ved at flere anordninger for å ekstrahere energi posisjoneres sammen i grupper med en avstand mellom sentrene for arealene som okkuperer mindre enn én og en halv ganger den karakteristiske størrelsen på en turbin, og hvor gruppene fungerer som styreranordninger.

23. Sammenstilling ifølge et av kravene 17-22, karakterisert ved at passive eller aktive styreanordninger installeres på utsiden av anlegget og hovedsakelig på vindsiden med hensyn til den dominante vindretningen.

24. Sammenstilling i samsvar med et av kravene 17-23, omfattende en støttekonstruksjon for nevnte anordning, karakterisert ved at minst deler av støttekonstruksjonen til minst én av styre- eller de energiekstraherende anordningene frembringes med profiler som kan være innrettet til å utøve en kraft som er perpendikulær til den uforstyrrete fluidretningen for å forbedre styringen.

25. Sammenstilling ifølge et av kravene 17-24, karakterisert ved at minst én styreanordning omfatter en vindturbin som har et forhold som er konstruert slik at den er egnet for å utøve en lateral kraft på den uforstyrrete fluidretningen, slik at styringen av turbin- og tårnkombinasjonen forbedres.

26. Sammenstilling ifølge et av kravene 17-25, omfattende en anordning med en horisontal aksling som har en styrefunksjon, karakterisert ved at nevnte anordning har en bestemt tiltvinkel større enn 10<*>, mer bestemt større enn 15° og nærmere bestemt større enn 20° eller en variabel justerbar tiltvinkel.

27. Sammenstilling i samsvar med et av kravene 17-26, karakterisert ved at anordningen er en vertikal akselturbin som kan være innrettet til å justere bladene sine syklisk, slik at denne turbinen er i stand til å utøve en lateral kraft på strømmen og derfor kan ha en styrefunksjon.

28. Sammenstilling i samsvar med et av kravene 17-27, karakterisert ved at minst én styreanordning er oppstilt slik at den er mobil.

29. Sammenstilling ifølge av kravene 17-28, karakterisert ved å omfatte et offshore vindanlegg i samsvar med et av de foregående krav.

30. Sammenstilling ifølge et av kravene 17-29, karakterisert ved at sammenstillingen styres ved hjelp av programvare som er selvlærende og hvori optimalisering utføres med hensyn til den totale ytelsen for anlegget, hvortil ytelsene til de individuelle anordningene er subsidiær.

31. Sammenstilling i samsvar med et av de foregående krav 17-30, karakterisert ved at sammenstillingen styres ved hjelp av programvare som også anvender informasjon om stabiliteten for atmosfæren for å sette parametere, slik som sirkulasjonsskalaen, posisjonen av mobile anordninger og innstillingen for turbinene med variable tiltvinkler, dersom til stede.