PL207372B1 - Zespół instalacji wiatrowych - Google Patents

Abstract

Wynalazek dotyczy farmy wiatrowej zawierającej liczne instalacje wiatrowe, które usytuowane są wokół budynku, który ma być ochraniany. Wynalazek zakłada niewielką odległość (możliwie najmniejszą) pomiędzy instalacjami wiatrowymi a/lub budynkiem.

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy zespołu instalacji wiatrowych. Zespoły instalacji wiatrowych wchodzą w skł ad farm wiatrowych i są znane od dł ugiego czasu. Takie farmy wiatrowe charakteryzują się zwykle tym, że wiele instalacji wiatrowych jest rozmieszczonych w kombinacie energetycznym na pewnym terenie, a energia elektryczna generowana przez instalacje wiatrowe zasila sieć energetyczną w korzystnie jednym wspólnym punkcie podłączenia do sieci. W takich farmach wiatrowych zwraca się ponadto uwagę na to, aby poszczególne instalacje wiatrowe nie były rozmieszczone w zbyt małej odległości względem siebie tak, aby w najgorszym razie jedna instalacja wiatrowa nie znajdowała się bezpośrednio w cieniu wiatru od innej instalacji wiatrowej, powodując nieoptymalne zasilanie energią.

Europejski patent EP 1 092 090 B1 dotyczy lokalnej sieci prądu stałego dla farmy wiatrowej. Ujawniona jest farma wiatrowa zawierająca szereg wiatraków, które usytuowane są w układzie matrycy zawierającej dwa wiersze i dwie kolumny. Budynek sterowania jest umieszczony na zewnątrz samej farmy wiatrowej.

Według wynalazku zaproponowano zespół instalacji wiatrowych, w układzie przestrzennym, dla którego priorytetem nie jest optymalizacja sprawności wykorzystania energii wiatru, ale ochrona budynku, który znajduje się na farmie wiatrowej, na przykład elektrownia jądrowa.

Jak wykazały wydarzenia 11 września 2001 w Nowym Jorku, wysokie budynki albo drapacze chmur albo też inne budynki, które wymagają bezwarunkowej ochrony, jak na przykład elektrownie jądrowe, nie są chronione albo nie są wystarczająco chronione przed możliwością uderzenia w nie samolotów pasażerskich.

Wprawdzie elektrownie jądrowe są tak projektowane, że może w nie uderzyć nawet samolot wojskowy, ale uderzenie samolotu pasażerskiego z wieloma tonami paliwa lotniczego na pokładzie nie było dotychczas nawet rozważane i jak dotąd nie przedsięwzięto żadnych środków zapobiegawczych w celu ochrony elektrowni ją drowej w takiej sytuacji. Nie ma dostatecznej ochrony elektrowni ją drowych przed sytuacją, której wystąpienie, jak wynika z teorii prawdopodobieństwa jest znikome, nie jest jednak, jak wykazały wypadki, całkiem wykluczone.

Elektrownie jądrowe już posiadają wiele betonowych osłon mających na celu ich ochronę przed ewentualnymi atakami z zewnątrz. Jednak w wypadku celowego uderzenia samolotu pasażerskiego w taki budynek, ten rodzaj ochrony w żadnym razie nie zapobiegnie przed totalną katastrofą stopienia rdzenia reaktora nuklearnego.

W takim wypadku nie pomoż e nawet wyłączenie reaktora elektrowni ją drowej, ponieważ nawet wyłączony reaktor posiada jeszcze ogromny potencjał radioaktywności, która w przypadku zburzenia budynku może zostać uwolniona i spowodować katastrofę na niewyobrażalną skalę.

Zgodnie z wynalazkiem zespół instalacji wiatrowych z wieloma instalacjami wiatrowymi, z których każda zawiera wieżę, na której mieści się gondola oraz wirnik mieszczący się na nim, charakteryzuje się tym, że instalacje wiatrowe usytuowane są, na co najmniej jednym okręgu, którego promień wynosi 100 - 250 m, przy czym wysokość usytuowania piasty instalacji wiatrowych wynosi 60 m lub więcej, zaś średnica wirnika instalacji wiatrowych wynosi 40 m lub więcej.

Korzystnie instalacje wiatrowe są usytuowane w pierścieniu utworzonym pomiędzy dwoma okręgami.

Okręgi są korzystnie współśrodkowe.

Niektóre z instalacji wiatrowych są wyposażone korzystnie w urządzenia radarowe.

Jak wykazały wydarzenia 11 września 2001 w Nowym Jorku, wysokie budynki albo drapacze chmur albo też inne budynki, które wymagają bezwarunkowej ochrony, jak na przykład elektrownie jądrowe, nie są chronione albo nie są wystarczająco chronione przed możliwością uderzenia w nie samolotów pasażerskich.

Wynalazek nie tylko proponuje wysoce skuteczną ochronę właśnie dla takich budynków jak elektrownie jądrowe, lecz również środek, który może być stosunkowo prosto zainstalowany i za względnie niską cenę, przy czym szczególnie korzystne według wynalazku jest to, że oprócz ochrony budynku uzyskuje się, przy odpowiednim wietrze, energię odnawialną, którą zasila się sieć nawet w przypadku, gdy elektrownia jądrowa jest na jakiś czas wyłączana z powodów eksploatacyjnych.

Elektrownie jądrowe są zazwyczaj położone w rejonach wiejskich, nie powstaje więc szczególny problem, jeżeli wokół niej usytuowana jest farma wiatrowa, tym bardziej, że teren wokół elektrowni należy zazwyczaj do jej użytkownika i wzniesienie tam instalacji wiatrowych nie powinno nastręczać trudności z pozwoleniem.

PL 207 372 B1

Ponadto, na miejscu elektrowni jądrowej, są już obecne urządzenia dużej mocy do zasilania sieci, więc zasilanie jej mocą elektryczną z elektrowni wiatrowych jest możliwe bez żadnych problemów i przy możliwie najniższych kosztach (wyposażenia).

Szczególnie pomysłowe jest, w odniesieniu do farmy wiatrowej według wynalazku, usytuowanie instalacji wiatrowych farmy wiatrowej możliwie najbliżej siebie, jak również względem budynku, który ma być chroniony. W pewnych warunkach oznacza to, że nie wykorzystuje się dostępnego wiatru w sposób optymalny. Należy jednak zauważyć, że ze względu na usytuowanie instalacji wiatrowych podstawową rolą farmy wiatrowej, według wynalazku, jest ochrona budynku elektrowni jądrowej, a nie optymalne uzyskiwanie energii elektrycznej. Oczywiście odległość instalacji elektrowni wiatrowych względem siebie, jak również względem budynku jest wciąż tak duża, że w żadnej sytuacji, nie jest możliwe, aby łopaty wirników poszczególnych instalacji wiatrowych kolidowały z innymi instalacjami wiatrowymi albo z samym budynkiem.

Korzystnie wysokość usytuowania piasty instalacji wiatrowej farmy wiatrowej, według wynalazku, wynosi pomiędzy 60 a 130 m lub więcej. Korzystnie też zastosowane są instalacje wiatrowe o bardzo dużych mocach, których średnica wirnika wynosi 40 m lub więcej, najkorzystniej 100 m lub więcej.

Jeżeli ktokolwiek chciałby skierować samolot komunikacyjny na elektrownię jądrową i spowodować jego rozbicie się na niej, musiałby on najpierw przelecieć nad instalacjami wiatrowymi, lecz dotknąłby najpierw gondolę instalacji wiatrowej, jej wieżę albo nawet łopaty wirnika instalacji wiatrowej, co mogłoby automatycznie spowodować eksplozję samolotu wystarczająco daleko od chronionego budynku a nie nad nim lub na nim.

Wysokość wnętrza elektrowni jądrowych, a w szczególności budynków reaktora wynosi pomiędzy 40 a 50 m., przy czym jeżeli na przykład odległość budynku reaktora w stosunku do wewnętrznego pierścienia instalacji wiatrowych farmy wiatrowej wynosi około 100 m., nie ma możliwości, aby samolot komunikacyjny przeleciał z zewnątrz nad instalacjami wiatrowymi, a następnie uderzył w budynek, ponieważ z powodu dużej prędkości takiego samolotu, nie jest możliwe uzyskanie bardzo ostrego kąta spadku, a zatem sterowanej ścieżki schodzenia.

Szczególnie korzystne jest, gdy łopaty wirnika pomalowane są w sposób maskujący, tak że jest niemal niemożliwe, aby pilot nadlatującego samolotu mógł uniknąć zderzenia z obracającymi się łopatami wirnika.

Jeżeli instalacje wiatrowe farmy wiatrowej usytuowane są wzdłuż jednego, dwu, trzech lub więcej pierścieni wokół budynku elektrowni jądrowej, mogą one być usytuowane w taki sposób, aby nie było możliwe przelecenie pomiędzy nimi na wysokości gondoli instalacji wiatrowej.

Szczególną korzyścią rozmieszczenia farmy wiatrowej według wynalazku jest również to, że wznoszenie takiej ochrony budynku może być przeprowadzane bez konieczności zatrzymywania bieżącej eksploatacji elektrowni jądrowej i nawet jeżeli koszt zbudowania farmy wiatrowej w danym regionie wyniesie 50 mln. EUR, kwota ta jest względnie niewielka w porównaniu z innymi podstawowymi środkami ochrony elektrowni jądrowej, które w tym aspekcie nie zostały jeszcze rozwinięte, a rozwój ich pociągnie za sobą koszty wielokrotnie większe niż zbudowanie farmy wiatrowej.

Dodatkowo koszty budowy farmy wiatrowej mogą być zamortyzowane przez eksploatację instalacji wiatrowych co oznacza, że sieć będzie zasilana prądem, za który pobierane będą opłaty, zatem skuteczna ochrona budynku elektrowni jądrowej nie musi być w sumie kosztowna ze względu na jednorazowy wydatek inwestycyjny, który może być zamortyzowany po niezbyt długim czasie.

Korzystne jest również, w przypadku farmy wiatrowej według wynalazku, gdy piasta wirnika, jak również maszynownia instalacji wiatrowej usytuowane są możliwie najwyżej, na przykład na wysokości 60 m. albo więcej, korzystnie pomiędzy 110 a 140 m, co obecnie jest technicznie możliwe (maszty, słupy kratowe, wieże betonowe).

Jeżeli więc zastosowane są instalacje wiatrowe większych typów, na przykład typu E-66 (o średnicy wirnika 66 albo 70 m) albo E-112 (o średnicy wirnika 112 m) (z firmy ENERCON), wysokość instalacji wiatrowej w pozycji „godz. 12°° łatwo osiągnie 150 m albo więcej.

Takie ogromne instalacje wiatrowe powyższego typu mają również tę zaletę, że sama obudowa gondoli posiada ogromną masę, która w pewnych warunkach może być nawet większa od całkowitej masy samolotu, który mógłby lecieć w jej kierunku tak, że kolizja pomiędzy instalacją wiatrową a samolotem w każdym przypadku prowadzi do eksplozji samolotu i jego całkowitego zniszczenia.

Jeżeli samolot komunikacyjny eksploduje w odległości pomiędzy 100 a 250 m od elektrowni jądrowej, wiele części eksplodującego samolotu prawdopodobnie upadnie na budynek, ale nie uszko4

PL 207 372 B1 dzą one budynku, ponieważ energia uderzenia poszczególnych części jest znacznie niższa od tej, dla której budynek reaktora został zaprojektowany.

Celem uzyskania zwiększonej ochrony przestrzeni powietrznej wokół elektrowni jądrowej, możliwe jest wyposażenie niektórych (lub wszystkich) instalacji wiatrowych farmy wiatrowej w odpowiednie nadajniki radarowe tak, że uzyskuje się możliwość obserwacji przestrzeni powietrznej nad ogromnym terytorium wokół elektrowni jądrowej. W przypadku wykrycia samolotu komunikacyjnego na kursie kolidującym z budynkiem elektrowni jądrowej można zawczasu przedsięwziąć odpowiednie środki.

Jednym z takich środków może być wystrzelenie rakiety umieszczonej na wieży albo na lub w dźwigarze maszynowni (gondoli) instalacji wiatrowej.

Innym środkiem, jaki może zostać zastosowany w przypadku zauważenia samolotu komunikacyjnego na kursie kolidującym z elektrownią jądrową, jest umożliwienie zwiększenia prędkości obrotu wirników do takiej prędkości, która w sensie eksploatacyjnym albo ze względów bezpieczeństwa nie jest dozwolona i nie jest korzystna dla instalacji wiatrowej, ale która zwiększa prawdopodobieństwo kolizji z nią samolotu.

Kolejnym środkiem może być wyłączenie wszystkich świateł nawigacyjnych albo podobne środki mogą zostać zastosowane w przypadku zauważenia samolotu komunikacyjnego na kursie kolidującym z elektrownią jądrową.

W przypadku braku wiatru, można zastosować środek polegający na tym, ż e łopaty wirnika (zwykle trzy łopaty na jeden wirnik) ustawione są w pozycji godziny szóstej, dziesiątej i drugiej. Bardzo korzystne są również pozycje godziny dwunastej, czwartej i ósmej.

Rysunek przedstawia widok z góry przykładowego projektu rozmieszczenia farmy wiatrowej według wynalazku.

W tym przypadku instalacje wiatrowe WEA są usytuowane w moż liwie najmniejszej odległo ś ci od siebie w dwóch pierścieniach A, B wokół chronionego budynku AKW.

Następnym środkiem zwiększającym stopień zabezpieczenia może być - w sytuacjach kryzysowych, gdy można oczekiwać prób ataku na elektrownię jądrową - napędzanie wirników instalacji wiatrowych prądem z sieci elektrycznej w tym celu, aby cały obszar omiatany przez wirniki stanowił ekran ochronny. Alternatywnie w takiej sytuacji możliwe jest również, że niektóre wirniki instalacji wiatrowych zorientowane są tak, że pokrywają chroniony budynek na możliwie maksymalnej powierzchni tak więc, ustawianie azymutu dźwigara maszynowni osiąga się niezależnie od kierunku wiatru.

Aby, w pewnych warunkach, uzyskać obroty wirnika również z energii elektrycznej sieci zasilającej, przewidziany musi być falownik, za pomocą którego można w prawidłowy sposób uzyskać zasilanie stojana z sieci.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół instalacji wiatrowych z wieloma instalacjami wiatrowymi, z których każda zawiera wieżę, na której mieści się gondola oraz wirnik mieszczący się na nim, znamienny tym, że instalacje wiatrowe (WEA) usytuowane są na co najmniej jednym okręgu, którego promień wynosi 100 - 250 m, przy czym wysokość usytuowania piasty instalacji wiatrowych (WEA) wynosi 60 m lub więcej, zaś średnica wirnika instalacji wiatrowych (WEA) wynosi 40 m lub więcej.
2. 2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że instalacje wiatrowe (WEA) są usytuowane w pierścieniu utworzonym pomiędzy dwoma okręgami (A, B).
3. 3. Zespół według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że okręgi są współśrodkowe.
4. 4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że niektóre z instalacji wiatrowych (WEA) są wyposażone w urządzenia radarowe.