[發明專利]風能設施的塔建筑和用于穩定風能設施的塔建筑的方法

有效

• 申請號: 201380045973.0
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN104781549B
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 菲利普·瓦格納
• 申請（專利權）人: 愛塔建筑有限責任公司
• 主分類號: F03D13/20
• 分類號: F03D13/20;E02D27/42
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 丁永凡;張春水

描述一種用于風能設施的塔建筑，所述塔建筑在內部的預緊、拉緊和抗扭剛性的塔桿的共同作用下能夠實現非常大的轂高度。塔建筑具有塔桿、基座和在塔桿的上部端部的區域中的過渡件，其中設有相對塔桿的縱軸線(A)傾斜的、徑向地在通過塔桿限定的外殼之外伸展的拉緊元件，塔桿通過拉緊元件至少分部段地拉緊，其特征在于，徑向想外殼內設有張緊件，塔桿通過所述張緊件至少分部段地豎直地預緊，并且其中塔桿在過渡件和基座之間的區域中由混凝土、尤其是預應力混凝土制成。為了更好地控制所述構造的共振特性，本發明還提出預緊和拉緊元件，所述預緊和拉緊元件能夠加載有可變的張應力，這如下地改變和影響塔建筑的固有頻率：在尤其風力發電機的轉子單元的激勵頻率和尤其塔建筑的固有頻率之間不出現干涉并且同時能夠實現空氣動力學的衰減。

技術領域

本發明涉及用于風能設施的塔的結構方式和一種用于穩定風能設施的塔建筑的方法。

背景技術

根據本發明的結構方式所涉及的具有風力發電機的風能設施(WEA)具有混凝土塔和在塔頂上安置的、重的、部分地遠遠伸出的大部件。只要存在，這些大部件是吊艙、發電機、具有至少一個轉子葉片和只要存在還具有用于轉子的傳動裝置的轉子、以及在混合塔的情況下附加的鋼管區段，所述鋼管區段安放到混凝土塔上并且承載一個或多個風力發電機。

不同大小、功率和不同類型的風能設施使用越來越廣泛，以便從風的動能中產生電能。此外，這種風能設施的效率取決于：在一年中風盡可能長并且分布盡可能均勻。

已知的是，風能設施構造得越高，則風能設施就能夠從分布于一年中的風供應中獲取的收益越高，因為在較高的高度上，風動平均更快并且更層狀。尤其是遠離海岸的地區、丘陵地區或山區地區情況會如此。

在過去的數年中，出于經濟性考慮的原因，趨向于越來越大的設施單元，其中在此尤其最廣泛使用的類型的在塔上的多葉片的、水平軸線的轉子的風能設施有最大的市場潛力。所述風能設施類型的問題在于，風力發電機的大部件的放大同時需要越來越高和越來越穩定的塔。30％至45％的總結構成本分攤到所述塔建筑和其基座上，這讓轂高高度為140m以及更高的這種大型風能設施(多兆瓦設施)的塔構造的經濟性成為決定性的因素。同樣內容適用于具有豎直軸線的轉子的WEA，所述WEA的大小同樣不斷增大。

原則上，越來越高并且性能越來越好的WEA是有意義的，因為甚至在獨立式的在一側夾緊的豎直的托架的傳統結構原理的情況下，用于塔建筑的材料需要隨著功率增大僅以二次方增長，而基于風的功率方程的能量收益使收益以三次方增長。所述情況在過去引起WEA的功率極大增大，所述功率增大持續不斷。

所述趨勢也在越來越高并且越來越強大的塔的發展中表現出來。但是，所述趨勢此時尤其在水平軸線的轉子的情況下達到極限，其中機器的額外收益由于極大升高的塔和基座結構成本明顯地限制WEA的整體經濟性。尤其地，在風供應較少的地點、尤其在指定非常高的轂高度的內陸地點的風力設施的運營商指定非常高并且同時非常經濟的塔建筑。

最近，尤其在水平軸線的WEA中測試并且發展不同的塔類型，以便提高轂高度并且將轉子置于風收益更多的更高的空氣層。在此，尤其指混凝土塔、由混凝土桿和所安放的安置有風力發電機的鋼筋桅桿構成的混合塔以及高的格子塔構造。

每種所述塔類型具有其自身的優點和缺點，所述缺點根據應用情況為所述或其他的塔類型提供優點。

在所有在市場上提供的用于大功率的風力發電機的結構方式中的缺點是除了格子塔之外出于靜態和動態原因的強烈升高的材料消耗，所述材料消耗由結構原理本身引起：獨立式的塔構造得越高，出現的構造影響就越多，使得材料消耗隨著高度增大如在上文中提到的那樣以指數的方式增長。所述影響一方面由靜力學的杠桿定理和另一方面由動力學的要求的疊加引起，在所述靜力學的杠桿定理中，力和杠桿臂的乘積引起構件中的力矩，所述力矩需要相應的尺寸設計，在所述動力學的要求中，構件由于在使用時間段中的疲勞荷載負荷必須構造成在構件橫截面中有相應的裕量。所述影響在尤其高于大約120米的高度的風能設施的塔中可越來越多地注意到。