[发明专利]由木材制成的风力涡轮机塔架和其架设方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种由模块化木材制成的风力涡轮机塔架、一种架设该风力涡轮机塔架的方法、以及一种模块化组装套件。

背景技术

作为一种能源，风力提供了众多益处。因为风力在欧洲是本土的，所以其减小了对从第三国输入能量的依赖。风力在经济上有合理性，因为不需要支付可变的燃料成本。风力是清洁的——风力涡轮机不会放出有害的气体或其他物质。此外，风力发电属于操作成本相对较低的技术，从长远来看，这使得使用更昂贵并且更具污染性的技术（如燃气涡轮机和冷凝设备）具有较小的成本效益。

风力供电以两种主要的变化形式存在：大规模工业供电设备和小规模微型发电设施。尽管前者在成本效益方面实现了显著的发展，但后一技术在成本方面远远不够优化。进一步优化的一个方面是在小型风力市场中可获得的塔架方案的改进。现行标准是一种具有中空管状（独立的或拉线的）或栅格设计的钢塔架。这些塔架存在许多普遍已知的技术缺点：1）已知钢结构、尤其是中空管状设计，会放大来自发电机的噪声和振动；2）已知钢塔架有腐蚀问题，尤其是在潮湿气候中和在紧邻大海安装的情况下——这合在一起减小了小风能在住宅应用以及商业应用中的益处。此外，世界市场中的钢价格正以创纪录的速度增长，这使得钢塔架的生产成本越来越高。此外，木材是一种可再生材料而钢不是，从可持续性的观点和长期经济的观点出发，这使得木材成为一个合理的选择。

根据WO2008153489和WO2010134863，一个由木材制成的塔架在与一个钢塔架相同的成本下可以获得高得多的承载量。可替代地，与一个常规钢塔架相比，以较低的成本实现了相同的承载量。然而，来自上文所提到的公开案中的方案涉及用于工业能量产生的较大风力涡轮机。所提到的塔架并不提供用于塔架的简易组装和架设的方案，因为组装是在一个工厂中进行，而塔架架设是在有重型设备（如起重机）的帮助下进行。因此，这些塔架不太适用于其中提供一种容易组装并且容易架设的方案是很重要的小规模风力供电系统。

CA2342375描述了一种由固定在地面上的两根木质支撑杆制成的塔架，并且这种塔架举起一根木质主桅杆，而其底部附接有一个配重物。主桅杆铰合到这两根支撑杆的上部，从而使得该主桅杆向下折到地平面，以便维护和储存。由于这些杆，对于一个风力涡轮机塔架可以多高有严格的限制。这主要取决于杆的实际尺寸。相同的问题涉及JP9042144，其描述了通过如下方式使用一根使用过的现有电线杆作为一个风车的一根支柱：使用这根电线杆的废弃木材作为一根风车支撑柱、将一个风车主体紧紧附接到该风车支撑柱的一个上端部分、并且在这根风车支撑柱的一个下端中形成一个台座。由该废弃电线杆制成的塔架将受到这种杆的实际尺寸的限制，同时其安装将需要重型设备。

小型风能应用中具有改进空间的另一个参数是使用环境友好的方案。生产一个钢塔架需要大量能量并伴随有相当多的二氧化碳排放。举例来说，对于一个独立的12米塔架而言，仅钢的生产就造成平均4吨CO₂的排放加上400升油的使用，而用于这种塔架的木质材料是由在生长时已经吸收了至少一吨CO₂的两棵树提供。钢塔架的弃置既无法回收足够的能量以使能量平衡稳定、又无法补偿CO₂排放。

WO2008095667、WO2008153489、WO2010134863以及DE202008010515提出了使用层合木材用于风力塔架，这些塔架具有一个中空的管状设计。使用不同类型的粘合剂进行层合并且使用聚合物（有时为纤维增强的聚合物）进行表面覆盖，使木材的焚化变得危险，因为这些粘合剂/聚合物放出有害物质，因此降低了该方案的环境价值。以相同的方式，如WO2008095667中复合材料和粘合剂的广泛使用减小了木材构造的环境友好性。

另外，通常被忽略的因素是风力涡轮机塔架相比于由木材制成的其他支撑结构（例如电线杆、支承天线和电缆的桅杆、线提升机等等）的功能性。

DE20019618U1、NL7207757A、US2409060A以及US3491502A中所描述的期望用于其他应用（如公共设施和电信相关的桅杆）的支撑性木质结构不能以不变的形式用作一个风力涡轮机的支撑塔架，因为在风力涡轮机塔架应用的情况下影响该结构的负载和力是明显更高的。通过举例，必须使多个叶片自由运转，并且最重要的是需要一种完全不同的塔架架设方法。因此，熟练人员无法区分这两种类型的结构的功能性是不太可能的。

类似地，描述所制造的结构的US2003738A中的发明没有任何关于其可能用作一个风力涡轮机塔架的指示。