[发明专利]用于生成电能的风力涡轮机和方法

说明书

本发明涉及一种风力涡轮机(1)，该风力涡轮机(1)包括：内本体(3)，该内本体(3)具有圆柱形主体(301)和布置在圆柱形主体(301)中的发电机(303)，圆柱形主体(301)具有附接在上游的轮毂(307)；外本体(5)，该外本体(5)具有外壳套(501)和布置在外壳套(501)中的至少一个漏斗部件(503)以及布置在外壳套(501)下游的盖子部件(505)，至少一个漏斗部件(503)的截面在流动方向上减小；至少一个轴承肋(7)，该至少一个轴承肋(7)将内本体(3)连接至外本体(5)；以及工作涡轮(9)，该工作涡轮(9)布置在内本体(3)的下游端处，连接至发电机(303)，并且具有转子(901)，其中，外本体(5)与内本体(3)一起形成延伸越过内本体(3)的长度的至少一个会聚部(507)，并且其中，然后外本体(5)在内本体(3)的下游端处形成发散部(509)。本发明还涉及一种用于使用根据本发明的风力涡轮机(1)由气流生成电能的方法。

本发明涉及一种风力涡轮机以及一种用于借助所述风力涡轮机由气流生成电能的方法。

由于在我们的地球上有大量风力资源，所以风能技术正以高速发展。这些资源多到足以能按照几乎不受限制且大体上生态的方式来生成电力，该电力在很大程度上可以代替传统的化石燃料和核能。因此，需要研发高效的风力设备，这些风力设备可以使用可用的风能潜势在较低主要投资成本下生成大量电力并且给最终消费者提供有吸引力的价格。

通用风力设备和方法本身可从现有技术中已知。风力设备目前设计有具有高达164米的较大直径的转子，例如，在Vestas V164-8.0类型的情况下，其中，具有高能量密度的设备目前提供高达10MW。一直到2020年的发展趋势都指向创建离岸风力设备，离岸风力设备意在具有大约20MW的最大功率并且其将具有高达300米的转子直径。

为了生成大量电能，常规风力设备依赖于通过具有较大直径的转子的非常广泛的气流。然而，这些较大转子笨重且体积庞大并且难以安装、维护和维修。转子叶片的端部处的圆周速度即使在设备的较低工作频率的情况下也会到达非常高的水平，7rpm至13rpm。由于高摩擦引起的阻力矩以及还有摩擦中涉及到的部件的磨损都非常大。相应地，这些结构的大小非常大，并且笨重且昂贵。由于漩涡形成涉及大量气团穿过风力设备，所以单个风力设备在较短距离下会彼此影响，尤其是其在所谓的风电场中紧密林立在一起的情况下。因此，各个风力设备在风电场中需要显著的间隔。此外，在存在超临界风速的情况下，风力设备被置于极端风险中，使得其在存在高风速的情况下不会操作。因此，所述风力设备对人和动物(尤其是鸟类)构成重大危害。这一事实是环保主义者和受到影响的一般大众作出冲动反应的共同原因。

当前发展指向通过合适地转换局部气流来实现高效力，借助此方式，能够通过聚集相对小的气团来生成相对大量的能量。在此，能够使用两种原理且使其进行组合，具体地是聚集和加速局部气流以便生成高动压、以及生成湍流气流以便生成静压差。

US 2004/0183310 A1描述了一种简单的风力发电机，该简单的风力发电机具有带有较大进口的漏斗状外壳，并且具有朝着出口逐渐减小的凹状内表面，其中布置有借助推进器操作的发电机。该风力发电机是基于伯努利远离，即，进入漏斗状外壳的风进行加速并且以高速被引导朝向推进器。

根据现有技术，在存在低于8m/s的风速的情况下操作风力设备在经济上是不利的，因为能源产量低于80％。另一方面，常规风力设备仅仅能够在高达25m/s的风速下安全地进行操作。

例如，为了生成175MW的电力，在使用根据现有技术的常规风力设备的情况下，必须使用大约87个单独的设备，即是说，87个桅杆、超过大约870000平方米的面积。风力设备独自需要的投资都为大约17千万欧元，还未考虑到地块价格和基础设施。

因此，迫切需要更加紧凑、涉及较低成本且更加有效的风力设备。为此，将需要能够在单个桅杆上安装比之前更大的容量，并且寻求方式来在风电场中将这些单个桅杆比当前情况更紧密地定位在一起。只有这样才能够节约用于地块和基础设施的成本。不能被低估的未来风力设备的一个方面在于其关于人和动物(尤其是鸟类)的安全性以及一般而言良好的环境相容性。