风能壳式涡轮站

摘要

一种用于产生电的风力涡轮站包括具有开放构架的多层结构。开放构架包括至少两个间隔开的开放的垂直框架，每个框架主要由裸露的梁和柱制成。站具有形成该多层结构的多个层的多个垂直隔开的水平内部平台，每个内部平台在框架之间延伸并在框架的长度上结合至框架。风力涡轮绕每个内部平台的外周缘安装在多层结构上。风力涡轮面向外，并分别可操作地连接至发电机，以产生电。在优选实施例中，结构具有环形形状，该环形形状具有外圆柱或多边形棱框架和与外框架隔开的内圆柱或多边形棱框架。内部平台具有平面的环形。本发明包括一种用于建造站的方法。

权利要求

1.一种风能壳式涡轮站，包括具有开放构架的多层结构；所述开放构架包括至少两个间隔开的大致平行的垂直框架，所述框架分别主要由梁和柱制成，所述框架彼此主要通过梁互连，并形成一个空间结构；多个垂直隔开的水平内部平台形成所述结构的楼层，所述每个内部平台在框架梁之间延伸并在所述框架的长度上结合至所述框架梁；风力涡轮绕所述每个平台的外周安装在所述结构上，所述涡轮面向外，所述每个风力涡轮运转地连接至发电机，以产生电。

2.根据权利要求1所述的站，其中，所述结构具有从所述每个内部平台的所述外周向外延伸过所述框架的间隔开的外部平台；所述风力涡轮安装在所述外部平台上，每个外部平台上一个风力涡轮。

3.根据权利要求2所述的站，包括在所述每个外部平台上从所述外部平台向内经过所述内部平台的周缘延伸到所述内部平台上的轨道装置，所述风力涡轮可移动地安装在所述轨道装置上，使得所述风力涡轮可在所述外部平台外的工作位置与所述框架之间的所述内部平台内的维修位置之间移动。

4.根据权利要求1所述的站，其中，所述每个内部平台足够宽：以允许用于使所述每个涡轮从运转位置相对于所述框架中的一个框架向内移动至所述内部平台上的维修位置的空间；以允许在所述维修位置处的所述平台上用于要维修的涡轮的空间；以及以允许所述平台上在所述维修位置与所述内框架之间用于车载起重机移动以接近所述平台上在其运转位置的每个涡轮的道路的空间。

5.根据权利要求4所述的站，其中，所述每个内部平台具有在通向所述相邻的上内部平台的所述道路上的第一车辆坡道和在通向所述相邻的下内部平台的所述道路上的第二车辆通道。

6.根据权利要求1所述的站，其中，所述风力涡轮可以是水平轴风力涡轮，垂直轴风力涡轮，或者水平轴与垂直轴风力涡轮的组合，所述涡轮具有稍低于所述垂直隔开的内部平台之间的距离的高度。

7.根据权利要求1所述的站，其中，基于氢的发电单元位于所述多层结构，所述每个单元包括：电解器，其在电转换成DC并变压成合适的低电压和高安培之后供以由所述风力涡轮产生的电，所述电解器产生氢；氢运转的燃料电池发电机，其产生不脉动的电。

8.一种风力涡轮站，包括：环形多层结构，所述环形多层结构具有大体上圆柱或多边形棱的外框架和在所述外框架内同心的至少另一大体上圆柱或多边形棱的内框架，所述框架分别主要由梁和柱制成，以提供开放构架建筑，并彼此主要通过梁互连，以形成一个空间结构；所述框架之间的多个垂直隔开的水平内部平台，以形成所述结构的楼层，所述每个内部平台具有平面的环形，并紧固至所述框架以延伸横过所述框架之间的空间；风力涡轮绕所述每个平台的外周安装在所述结构上，所述涡轮面向外，所述每个风力涡轮运转地连接至发电机，以产生电。

9.根据权利要求1所述的站，其中，所述框架是具有交替的半圆或多边形环的开放截面多层框架壳式结构的链，其中每两个连续的所述开放截面多层框架壳式结构的链的凹面朝向相反的方向，并且其中所述涡轮安装在邻近所述每个半环的周缘的内部平台上。

10.根据权利要求9所述的站，其中，所述结构具有从所述每个内部平台的所述外周向外延伸过所述框架的间隔开的外部平台；所述风力涡轮安装在所述外部平台上，每个外部平台上一个风力涡轮。

11.根据权利要求10所述的站，包括在所述每个外部平台上从所述外部平台向内经过所述内部平台的周缘延伸到所述内部平台上的轨道装置，所述风力涡轮可移动地安装在所述轨道装置上，使得所述风力涡轮可在所述外部平台外的工作位置与所述框架之间的所述内部平台内的维修位置之间移动。

12.根据权利要求11所述的站，其中，所述外部平台彼此垂直对准；用于所述每个涡轮的所述轨道装置包括：上轨道，其在支撑所述风力涡轮的所述外部平台和所述内部平台上，和下轨道，其在所述相邻的上外部平台和所述相邻的上内部平台的底部上，并与所述下轨道垂直对准。

13.根据权利要求9所述的站，其中，所述每个内部平台足够宽：以允许用于使所述每个涡轮从运转位置相对于所述外框架向内移动至所述内部平台上的维修位置的空间；以允许在所述维修位置处的所述平台上用于要维修的涡轮的空间；以及以允许所述平台上在所述维修位置与所述内框架之间用于车载起重机移动以接近所述平台上在其运转位置的每个涡轮的道路的空间。

14.根据权利要求13所述的站，其中，所述每个内部平台具有在通向所述相邻的上内部平台的所述道路上的第一车辆坡道和在通向所述相邻的下内部平台的所述道路上的第二车辆通道。

15.根据权利要求9所述的站，其中，所述风力涡轮可以是水平轴风力涡轮，垂直轴风力涡轮，或者水平轴与垂直轴风力涡轮的组合。

16.根据权利要求9所述的站，其中，所述涡轮具有稍小于所述垂直隔开的水平内部平台之间的距离的高度。

17.根据权利要求9所述的站，其中，基于氢的发电单元位于所述多层结构，所述每个单元包括：电解器，其在电转换成DC并变压成合适的低电压和高安培之后供以由所述风力涡轮产生的电，所述电解器产生氢；氢运转的燃料电池发电机，其产生不脉动的电。

18.根据权利要求9所述的站，包括与所述涡轮和所述轨道装置相关的锁定装置，用于克服从所述运转位置的移动在所述运转位置将所述涡轮锁定在所述轨道装置上。

19.一种建造权利要求1或权利要求9中要求保护的类型的风力涡轮站的方法，包括：

利用在所述底层上移动的车载起重机主要由梁和柱将所述站的外框架和内框架建至所述站的第一楼层，利用底层上的车载起重机建造形成由所述内框架和外框架支撑的所述第一楼层的所述内部平台的至少一部分，包括建造从所述底层上到所述第一楼层的坡道；利用所述坡道用所述车载起重机使建筑材料从所述底层向上移至所述第一楼层；利用所述第一楼层上的所述车载起重机以完成建造所述第二楼层的所述内部平台；利用所述第一楼层上的所述车载起重机将所述内框架和外框架建至所述第二楼层；利用所述第一楼层上的所述汽车起重机建造所述第二楼层的所述内部平台的一部分，包括建造从所述第一楼层向上通向所述第二楼层的坡道，并重复所述过程，以建造每个楼层，直到达到所需要的建造高度为止。

20.根据权利要求19所述的站，包括建造大到足够运送建筑材料和在所述站的建筑期间运送涡轮的至少一个升降机，其中，所述升降机在从一个楼层到下一楼层的阶段中并且在所述一个楼层的外框架和内框架的建造之后邻近所述内框架建立，以便提升建造所述下一楼层所需的建筑材料和提升涡轮。

21.根据权利要求8所述的站，其中，所述结构的高度大约为所述结构的外径的四倍。

22.根据权利要求8所述的站，其中，所述建筑物的外径在100-500m之间，其是所述站的高度的约四分之一。

23.一种根据权利要求1或9所述的风能壳式涡轮站的阵列，其中，所述阵列中的所述站的每个外部框架的端点位于虚拟的开放或封闭曲线的周边上，并且，其中位于所述虚拟开放曲线上的第一和最后的外部框架和位于平行的相应虚拟开放曲线上的第一和最后的内部框架通常由将所述框架固定至地的受拉线缆支撑。

说明书

风能壳式涡轮站

技术领域

[0001] 本发明涉及一种风力涡轮站。本发明尤其地针对一种具有开放框架的多层结构的风力涡轮站，其中，在每个楼层上的许多涡轮利用风能，以产生电。

背景技术

[0002] 在欧洲从13世纪以来已长时间使用风能，其中，所述风能用于磨坊，以在磨石之间碾磨谷物，然后由荷兰人用作排水风车，用作油坊以从种子挤压油，用作调漆机、砻谷机和胶磨。20世纪末和21世纪初给风力涡轮带来了重要的进步，并且风变成了化石燃料的替代的可能的能源。

[0003] 每年入射在地球上的太阳辐射为5.6×1024J。太阳能分散在大气层中并分散在其使空气变暖并产生风的地球表面上。用于全世界的原始能量估计在需要16TW容量的发电机的大约500EJ。总的消耗能量低于来自在地球的大气和表面中捕获的太阳辐射的0.01％，并且是风中的动能的大约0.2％。这意味着风是巨大的替代的、可持续的并且清洁的能源。

[0004] 当前的技术状态包括具有三片翼形叶片的巨大风力涡轮，所述三片翼形叶片在约100-125m高的轮毂上运转了，在所述轮毂的位置，所述三片翼形叶片在翼形垂直面中旋转。
这些巨大的或通用的涡轮具有当风速为10至14m/s时达到的最大功率输出，并且维持该最大功率输出，直到达到25-40m/s的切出速度为止。

[0005] 当前的技术状态的通用风力涡轮使用全年具有约1MW平均产生的电容量的巨大涡轮。然而，通用风力涡轮的固有缺点是妨碍当前技术化石燃料、核和其他传统能量的可行替代。当前技术状态的风力涡轮具有许多缺点。

[0006] 由于与运转大风力涡轮相关的噪声和叶片颤动，所以当前的风力涡轮占去风场中太大的土地面积，在涡轮之间的土地通常被视为无用的。通用风力涡轮所需的空间分别在欧洲和美国平均在8.5-33公顷/MW之间，在那些地方，当其与基于化石燃料的电混合时，假定脉动电的输出完全可用。当前技术状态的风力涡轮在距涡轮约2km内产生对人体健康有害的噪声(风力涡轮综合症)。由于振动和低频噪声，所以风力涡轮综合症使生活在风场附近2km的人头痛、记忆丧失及患其他疾病。当前技术状态的大风力涡轮杀死鸟和蝙蝠。

[0007] 当前技术状态的风力涡轮提供的电压、频率、电流和输出作为随着时间的风速变化的正常结果而始终脉动，并且由于电的成本比已经太高的风电的当前成本高四倍，其不易于将能量储存在化学介质中并且然后产生与需求一致的电。

[0008] 根据德国的EON能源公司，当电网渗透率(风电在电网中的百分比)在德国电网中为49GW时，当前技术状态的风力涡轮产生具有4％的容量可信度(或者可靠容量，风电装机容量的一部分并且是在电网中或者始终可获得的)的电。换句话说，49GW装机容量的风力涡轮仅能够取代2GW的化石燃料发电机。这是在风速中、然后在涡轮输出中的导致脉动的原因。

[0009] 现有技术

[0010] 不存在接近本发明的现有技术。

发明内容

[0011] 风力涡轮站是一种具有开放构架的多层结构。通过“开放构架”意味着具有杆或柱和梁的结构，所述杆或柱和梁限定在没有于结构中封闭的壁的情况下限定结构的形状。结构优选地是具有中心垂直轴的圆环形塔，塔至少限定主要由梁和柱组成的径向设置的内框架和外框架。塔具有在框架的长度上的所述内框架与外框架的梁之间延伸的多个垂直隔开的水平内部平台，内部平台形成结构中的楼层。外部平台通过在每个外部平台上的涡轮从每个内部平台向外延伸。风力涡轮安装绕平台的外周在每个内部平台，涡轮面向外。每个风力涡轮运转地连接至发电机，以产生电。塔可达到1000-2000m的高度，并具有封闭的或开放的环形水平横截面。塔优选地在水平横截面中具有环形，所述水平横截面具有内周和外周。横截面中的外周和内周还可以是多边形、菱形、椭圆形等。多层结构中的每层楼板典型地是以8-25m宽的水平平面环的形式的内部平台，所述内部平台限定塔的周边。每个内部平台借助于坡道连接至相邻的顶部和底部水平内部平台，所述坡道在封闭的水平横截面结构中邻近塔结构的内框架，并且在开放的水平横截面结构中在内框架与外框架之间的中间距离附近。坡道大约为4m宽。每个楼层具有典型的大约10m的高度。塔结构的典型的直径或宽度为125-500m，典型的高度为500-2000m，并且典型的层数为50-200层。塔的高径比通常大约为4。在风力站的区域中的震力越大，则高径比越小。

[0012] 每隔几个楼层可通过具有每个轮班中大约3-5个人的附随的维修组和维护人员的随车吊维修，所述随附的维修组和维护人员对他们楼层上的涡轮进行连续的维护。整体结构可通过大约四个升降机维修，两个用于运送人，并且两个或更多个用于将装备和风力涡轮运送至需要的楼层。在每个楼层上的坡道下方建造洗手间，每个坡道下方一个洗手间。可在结构的底层上安装用于产生氢、储存氢和由氢产生电的所有装备。可增加附加的空间，以容纳需要的氢罐及产生氢、安全地储存氢和将氢重新用于燃料电池所需的其他装备。

[0013] 风力涡轮绕所述多层构架的每个楼层的外框架周边安装并分布，或者安装并分布在外部平台上，一个平台上一个涡轮。外部平台在每个内部平台的外周四周间歇地或连续地突出在外框架外面。典型地由高屈服强度结构钢建造塔框架，同时，平台由轻的钢楼层板或其他轻的硬的坚实材料制成，并安装在由中等至高屈服强度钢制成的主梁和副梁上。风力涡轮站在6m/s的平均年度风速时典型地平均为50-1000MW的常规电和187.5-3750MW脉动电的年度输出容量。

[0014] 框架结构支撑多个单独的水平轴风力涡轮(HAWT)、垂直轴风力涡轮(VAWT)或它们的组合，其中，所述单独的风力涡轮收获风能，并通过连接至的电发电机产生电。

[0015] 通常，在圆环截面的塔结构中，面对风的安装的风力涡轮的一半旋转以产生电，同时，在背风侧的另一半固定并且不可运转。每个涡轮在尺寸方面差不多等于外框架中的柱之间的间隙的长度，并差不多等于两个相邻的内部平台或楼层之间的高度。

[0016] 所产生的电在电流和电压与电网相容的变换之后可直接供应至电网。然而，优选地，所产生的电用于产生氢，所述氢通过利用诸如底层上的已知的变压器、供水、电解器、泵和氢罐的需要的装备临时化学地储存收获的能量的大部分。氢以高压或液化形式储存在底层上的罐中，然后，将储存的氢体积用于燃料电池。通过将由风力涡轮产生的平均年度脉动电乘以约为0.61的电解效率和约为0.41的燃料电池效率来计算燃料电池容量。燃料电池产生具有规则的电流、频率和电势特性的电，然后，在规则特性的电通过利用通常在底层上的足够的变压器经历电网的相容电压和电流的变换之后，将所述规则特性的电供给至电网。获得的平均可能的输出与区域中的年度平均风速成比例。为了使电解过程加速并避免能量的浪费，电解器的供应电势应大约为已知的2.06V。已知供应的电流高。电流可在500,000-1000,000安培之间变化。由风力涡轮产生的高度脉动的电可储存在其他化学装置中，并且稍后可按需恢复。

[0017] 用于已知的小HAWT或VAWT的风力涡轮站中的涡轮的运转风速范围大约为3-175m/s。由于不需要恒定的频率，所以为电解器产生电提供较低的成本和更耐用的发电机。于是，不需要高速变速装置或者所有的变速装置。

[0018] 风力涡轮站的维护是本发明的重要特征。涡轮站的建筑和尺寸允许站的连续进行的维护。由于任何风力涡轮的可达性总是可能、容易并且快速，所以可能有风力涡轮的连续维护。连续维护导致大多数的风力涡轮始终运转。也就是说，维护人员利用在每个内部平台上的监测器和计算机连续观察涡轮。监测器显示任一涡轮何时需要维护，同时，所有的其他涡轮运转。由于风力涡轮的工业非常先进，所以假定每个单个涡轮每年维护一次，这被认为是合理的并且有点保守，则很可能99.33％的涡轮全年运转。结果，每台涡轮的年度平均运转时间为0.9933×8760＝8701小时/年。在成本分析中，考虑所有涡轮的总数。在能量计算中，由于每次仅一半数量的涡轮工作，所以仅考虑一半数量的涡轮。

[0019] 风力涡轮站是能够达到约2000m的前所未有的高度的第一固定结构和在高于地面超过200m的高空连续地并且大规模地收获风能的第一结构。风力涡轮站对于风力涡轮的单位面积在6m/s的风速环境中具有比当前大的风力涡轮高几倍的输出，并且在更高的风速的情况下变成高数十倍。

[0020] 风力涡轮站通常利用具有600-700MPa的屈服应力的常规钢构成。风力涡轮站仅需要类似容量的大的风力涡轮所需的平均土地的大约0.2％。对于风力涡轮站的脉动电所需的空间在0.03-0.05公顷/MW之间变化，并且对于规则电所需的并与需求成比例的空间为0.10-0.15公顷/MW。由于风力涡轮的顶端速度与叶片长度成比例，所以由风力涡轮站中小的HAWT和VAWT产生的噪声比由通用风力涡轮产生的噪声低得多。大小风力涡轮的叶片长度比通常为大约10-15倍。由于10-15倍的顶端速度，所以风力涡轮站对鸟和蝙蝠可能不危险。

[0021] 在此描述的风力涡轮站的输出可具有恒定的电流、频率和电势。于是，风力涡轮站可取代具有类似容量的传统电发电机。

附图说明

[0022] 图1是具有水平轴风力涡轮的典型的大型风力涡轮站(大约500m直径×2000m高度)的顶视图；

[0023] 图2是图1所示的站的前视图；

[0024] 图3是图1所示的站的局部放大前视图；

[0025] 图4是示出站中的单个水平轴风力涡轮的前端局部放大前视图；

[0026] 图5是图4所示的涡轮的局部顶视图；

[0027] 图6是示出站中的单个水平轴风力涡轮的放大后视图；

[0028] 图7是示出站中的单个涡轮的侧视图；

[0029] 图8是具有垂直轴风力涡轮的大约125m直径×500m高的典型的小型风力涡轮站的顶视图；

[0030] 图9是来自图8中的站的VAWT涡轮的局部顶视图，以示出其安装在外部平台上；

[0031] 图10是图8所示的站的局部前视图；

[0032] 图11是图8所示的站中的单个涡轮的侧视图；

[0033] 图12是图8所示的站中的单个涡轮的前视图；

[0034] 图13是风力涡轮站的另一形式的前视图；

[0035] 图14是图13所示的站的前视图；

[0036] 图15是图14所示的站的一部分的详细顶视图；

[0037] 图16是示出其中假定平均风速＝6m/sec的风速的瑞利分布的图表；

[0038] 图17是示出假定风速的随机瑞利分布的由小HAWT(或VAWT)和通用HAWT长期收获的能量的图表；

[0039] 图18是示出储存在氢中的需要的能量相对于月平均消耗Eave的图表。

具体实施方式

[0040] 如图1-7所示，风力涡轮塔包括环形的开放框架结构3，所述环形的开放框架结构3至少具有内圆形框架5和外圆形框架7。每个框架5、7主要由柱9组成，连接至主环梁
13，或者简单的环梁，以及主横梁17，或在框架5、7之间延伸的简单的横梁。次梁在每组四个主梁之间平行于主梁延伸。开放结构3具有多个层或地板19。每个地板19包括在内外框架5、7之间延伸的平面环形内部平台21，并支撑在横梁17和环梁13上。塔中相邻地板
19之间的高度通常在7-12m之间变化。外框架中相邻的柱9之间的距离大体上等于相邻的地板之间的高度。

[0041] 梁、柱和其它建筑元件的尺寸由整体框架结构的结构分析确定。结构分析主要基于涡轮的所有柱、梁和静载的重量。内部平台由主框架梁、次框架梁以及被梁所支撑的轻质的板/片/块所构成。总的平均分布动载近似估计为0.15KPa。然而，内部平台和梁的设计必须考虑来自车载起重机加载在内部平台上的任何位置的重量的集中动载。震力增加主要由重力载荷产生的小部分应力。与传统建筑的类似材料建造比较起来，该小的效应是由于单位面积中的结构、静载和动载的相对轻的自重。较小的负载是由于WETSS是框架结构并且其典型层高度是7到12m。表示高径比的框架结构的纵横比低，并且通常大约为4，这在没有框架截面积的显著增加的情况下提供整体框架结构的足够大的刚性。

[0042] 框架柱通常由高屈服强度钢制成。由于自重、静载和动载，所以钢柱利用整体框架结构的结构分析设计，并对风和震载验证。即使在某些国家可能几百KM/h的设计风速期间，也约有90％的大部分风能被涡轮吸收。这是因为小HAWT和VAWT的宽的运转风速范围。大部分的时间，设计风速低于风力涡轮的切出速度，并且风的效应可忽略。

[0043] 结构3包括经过外框架7并绕外框架7从每个内部平台21向外延伸的多个小的外部平台23。风力涡轮25安装在每个外部平台23上。示出的风力涡轮25是已知的水平轴风力涡轮，但其还可以是已知的垂直轴风力涡轮。每个涡轮25安装在用于其外部平台23的外端上的运转位置与靠近外框架7的内部平台21上的非运转的维修位置之间的运动的轨道装置上。如图5、6和7所示，轨道装置可包括从内部平台21径向向外延伸至靠近外部平台23的外端的下轨道31。轨道装置包括覆盖在底部轨道31上面的上轨道33。轨道可由宽翼工字钢梁或T字钢梁制成。轨道焊接至内部平台和外部平台中的副梁和/或主梁。上轨道33例如可装接至横梁17的底部，所述横梁17如图7所示支撑相邻的上内部平台21A和相邻的上外部平台23A。

[0044] 示出为水平轴涡轮的涡轮25安装在垂直固定轴35上，所述垂直固定轴35在其下端和上端41、43具有分别与下轨道和上轨道31、33合作的轨道引导件37、39，以引导涡轮在运转位置与非运转位置之间的运动。轨道引导件37、39可包括水平地焊接至轴35的顶部和底部的短槽型段，引导件37、39紧贴地配合在轨道31、33上并能够在轨道31、33上平稳地移动。维护框架42连接至涡轮的固定轴35的端部，用于使涡轮在运转与非运转位置之间移动。框架49具有刚性地连接至垂直杆49的平行上下水平臂45、47。臂45、47的另一端通过短管51、53连接至轴35的顶部和底部。必要时，臂45、47的另一端可枢转地连接至管51、53。如果需要将轨道引导件间接连接至轴35，则臂45、47的另一端还可刚性地紧固至轨道引导件37、39。维护框架42可用于手动地或机械地将涡轮25从外部平台23向后拉到内部平台21上，用于维修，使所述涡轮25沿着上下轨道31、33滑动，然后在维修之后使其沿着轨道返回到其在外部平台23上的运转位置。垂直杆49可具有把手，以便能够在轨道31、33上手动地拉维护框架42以及从而涡轮25。

[0045] 提供锁定装置，用于将涡轮35锁定在运转位置。如图7所示，锁定装置包括将维护框架42的后部连接至顶部和底部平台的横梁17或环梁13的顶锁和底锁54。锁的顶部和底部相同，因此仅详细描述一个。锁54包括第一对准的两个垂直厚钢片，板55在支柱49的相对两侧固定至外部平台23的梁(17或13)的侧面，并且第二板57固定至支柱49的端部并与板55对准。板55分别具有螺纹孔(未示出)。第二板57具有与每块第一板55中的螺栓孔对准的2个垂直螺栓(图4)。螺栓59穿过板57中的对准狭槽，并穿过第一板55中的孔。螺母61被安置在每个螺栓上，以将所述螺栓保持就位。收紧螺栓59，以使维护框架42以及从而涡轮25的固定轴35移动以紧靠在轨道31和33的端部的平台梁上的止动板63，从而将涡轮可靠地锁定在运转位置。拆除螺栓，以允许涡轮向后移离外部平台，用于维修。

[0046] 每个内部平台21为8-25m宽，以足够允许绕平台驱动车载起重机65，从而替换或维修单独的涡轮。如图1所示，平台21优选地具有在封闭的横截面框架中邻近内框架5并且在风力涡轮站中的开放横截面框架结构中邻近内部平台21的中间的至少一个交通道67，用于由车辆65使用，所述车辆65具有邻近交通道67的维修空间69，用于当所述车辆65为维修而从外部平台向后移动时维修涡轮，并具有轨道空间71，用于涡轮的引导轨道
31、33，以在邻近外框架7的内部平台的外部上移动。每个内部平台21具有：第一坡道73，其邻近所述内部平台21的内侧，以向上通向在上方的平台；和第二坡道75，其邻近所述内部平台21的内侧并与第一坡道73隔开，以向下通向在下方的平台。这允许承载起重机的车辆维修塔中的许多楼层上的涡轮。

[0047] 可在塔中提供乘客升降机77和货物升降机79，以穿过内部平台21或邻近平台的内缘通过。货物升降机79大约为5×10m，其中大约10公吨的容量足以承载用于安装的随车吊或完整的风力涡轮、或钢梁和柱。升降机与框架结构建筑同时建造，因此，它们在建筑阶段期间可用于将建筑材料供应至平台。乘客升降机77具有每次将大约20个人提升至他们对应的平台的容量，在所述平台的位置，他们工作以监测运转，并维护风力涡轮。

[0048] 在运转位置通过风旋转的每个涡轮25通过涡轮上的发电机81产生电，其中，电与风速一起脉动，并随着时间的过去显著改变。产生的电经由在一根柱中与塔的基部83垂直对准的所有涡轮共有的导体(未示出)传导。优选地，电被传导至氢单元85，所述氢单元85如所知地包括已知的逆变器、变压器；充满电解质的电解器、纯水罐、氢纯化器、氢储存罐、燃料电池发电机和加压泵。氢单元85提供具有稳定的频率、电流和电势的电特性的一致电源。替代性地，如果产生具有如所知的目标固定频率的电，则电可直接连接至电网。在有或者没有齿轮箱的情况下使发电机81的芯移动将运动从涡轮25的旋转轴传递至电发电机81。如果产生的电用于水解，则不需要高速轴以提高产生的电的频率。这降低发电机的磨损和撕裂、维护成本和润滑成本。

[0049] 每个涡轮还具有覆盖发电机81的机舱86。在焊接至固定轴35的中间的钢基板87上方，机舱86安装在固定轴35的中间上。机舱的顶部通过管连接88连接至固定轴的顶部，所述管连接88被从内部穿过，并可松开，以释放固定轴的顶部的底部。机舱86在适当的位置固定在钢基板87上，顶固定轴的底部可插入位于作为在吊舱上方的固定轴的底部的吊舱的顶部的孔，并稍微比固定轴顶部的底点与吊舱孔的底部之间的距离短。管连接88的最小长度通常相当于一个机舱顶孔的深度加4”(100mm)。如所知地，吊舱的偏航系统使叶片朝向风，并且取决于选择的单独的涡轮可以是起作用的或不起作用的。

[0050] 图8-12示出了具有垂直轴风力涡轮91的塔。每个涡轮91具有绕固定轴旋转地安装的可旋转的垂直杆93。顶轴承和底轴承将杆93旋转地安装在轴35上。杆93承载弯曲叶片95。固定轴35如上利用固定至轴35的端部并安装在轨道上的轨道引导件37、39连接至外部平台23和内部平台21上的下轨道和上轨道31、33。维护框架42连接至固定轴35的端部，并且锁定装置54设置用于锁定框架42以及从而涡轮91，以紧靠轨道31、33的端部上的止动装置。锁定装置可解锁，并且涡轮为了维修而从外部平台移动至内部平台。如图12所示，涡轮91通常具有配合在内部框架7的相邻柱9之间和配合在框架7的相邻环梁13之间的尺寸。涡轮在外部平台上的同时通过风的旋转在杆93的底部处的发电机96中产生电，并且已知的装置将电沿着从结构83的顶部延伸至底部的电缆传送至在塔的基部的电解器。

[0051] 图13-15示出了作为开放截面多层框架壳式结构链(OSMLFS)的塔101。开放框架结构103具有框架5、7的至少两个交替的半环。第一半环109具有形成圆或多边形的一半的第一凸形外框架部111，并且同样形成圆或多边形的一半的第一凹形内框架部113与第一外框架部111隔开。框架部111与113主要通过主梁和梁17(未示出)连接。以宽的平面半环的形状的一系列垂直间隔开的内部平台114连接至主梁和横梁，并形成结构中的楼层。涡轮安装在向外延伸的、优选地从第一凸形外框架部111和内部113向外延伸的外部平台上。外部平台从每个内部平台114向外延伸，并且轨道装置在每个外部平台和相关的内部平台的一部分上延伸，因此，涡轮可在外部平台上的运转位置与内部平台上的维修位置之间移动。第二半环115在一端连接至第一半环109的端部，并具有形成面向第一半环109的第一凸形外框架部111的相反方向的半圆或多边形的第二凸形外框架部117。第二半环115包括与第二凸形外框架部117隔开的第二凹形内框架部119，并同样形成半圆或多边形。框架部117与119主要通过主环梁13和横梁17(未示出)连接。以宽的平面半环的形状的另一组垂直间隔开的内部平台120沿着半环115连接至主梁。内部平台120与内部平台114对准，并连接至所述内部平台114。涡轮优选地安装在从第二凸形外框架部117和从凹形内部框架部119面向外的外部平台上。第二凸形外框架部117连接至第一凹形内框架部113的端部，并且第二凹形内框架部119连接至第一凸形外框架部111的端部。
图案对于结构的长度重复。结构的两端可用线缆121锚固。线缆121通常为钢缆或碳纤维缆，并且可在比开放框架结构单元的高度的中间高的水平从角柱的一端固定至地面。线缆
121通常固定开放截面多层框架壳式结构链(OSMLFS)的塔的两个端角，每个端角用彼此通常形成90度的两根线缆固定。单元可具有200-1000m的高度，50-500m的直径，并且长度在
1-10个半环之间变化。每个内部平台21为8-25m宽，以足够允许绕平台驱动车载起重机
65，从而替换或维修单独的涡轮。如图15所示，内部平台114和120优选地分别在由车辆
65使用的平台的中间具有至少一条交通车道104，所述车辆65具有邻近交通车道104的维修空间110，用于当涡轮为了维修而向后移时接纳所述涡轮，并且所述车辆65具有在邻近外框架7或内框架5的内部平台的外部上用于轨道31、33的轨道空间112。每个内部平台
114和120优选地具有向上通向在上方的平台的第一坡道106和与第一坡道106隔开并向下通向在下方的平台的第二坡道108。

[0052] 建造塔的简单方式是在底层上使用多个随车吊65，以建造包括柱、梁和内部平台21的第一楼层，并与从底层到第一楼层同时安装货物升降机79和乘客升降机77。然后，通过由坡道73使起重机65移动至第一楼层平台并利用逐步建立至第一楼层的升降机以将建筑材料从底层移至第一楼层，完成建造第一楼层内部平台21和外部平台23。然后，建造第二楼层的柱、梁和内部平台，并使升降机延伸至第二楼层。起重机65可经由将第一楼层连接至第二楼层的坡道向上移至第二楼层，以完成第二楼层并建造第三楼层。然后，这些步骤重复，直到塔的结束为止。建筑材料随着内部平台完成由货物升降机79提升至楼层。预制或者现场建造、然后利用四个提升环87、起重机65安装外部平台23，以通过利用连接在环梁13和留以备用的横梁17的顶部和底部与外部平台的顶部和底部之间的至少四块钢板将所述外部平台23焊接至环梁13或横梁17。在平台的顶部的两块或更多块板和在平台的底部的两块或更多块板与外框架环梁13共边缘。风力涡轮25或91的安装可在建筑起重机移动两个或更多个楼层之后并通过利用多个其他的随车吊65和货物升降机开始。氢单元85的安装可在完成底层和第一楼层的建筑之后开始。电工工作可当电解器85的一部分和具有与安装的风力涡轮25或91的容量成比例的总容量的氢储存罐准备运转时开始。
可从该阶段产生电，包括产生氢、在压力下将储存所述氢和启动燃料电池发电机，以运转并将电供应至电网和/或用于建筑过程。发明人从理论上证明了如果已知的小HAWT和VAWT具有相似的效率，则在通用HAWT处于6m/sec(13.4mph)平均风速环境、并且对于所有涡轮
4m/sec(8.95mph)的切入速度和通用HAWT的12m/sec(26.84mph)的额定风速的情况下，小HAWT和VAWT高给出比通用风力涡轮高11％的输出。

[0053] 平均风速越高，则输出率 越高，所述输出率对于12m/sec的平均风速提高至大约3.0，并且对于在某些高度可得到的30m/sec的平均风速提高至大约50.0。

[0054] 在图16和17的图表中图示了证明示例。这通过求图17中的能量图下方的区域的积分证明。图17示出了诸如一年的长的期限中的总收获能量是：

[0055] 通用

[0056] 一年期中的平均实际预期的收获能量＝1.69×E6×0.30＝0.507E6[0057] 小

[0058] 一年期中的平均实际预期的收获能量＝1.88×E6×0.30＝0.564E6[0059]

[0060] 其中：E6是假定风速恒定并等于6m/sec的年度平均风速的平均收获能量。

[0061] 较高输出的原因是HAWT具有与转子直径的比率成比例的较小的顶端速度。巨大的或通用的HAWT达到它们的截止速度10-12m/sec并在25-40m/sec处达到其切出速度，这意味着风能的一部分不被大的风能涡轮利用，而小的HAWT截止速度通常比175m/sec高，这意味着使风能利用最大化。供应至电解器的风能生成电的脉动影响短期产生的氢的量，所述氢被泵送至氢罐储存，所述氢罐储存被加压、液化或者临时地与已知的固体或液体材料结合。然而，诸如一年的长期中的产生的氢的总量主要受风力涡轮场地的年度平均风速影响，并与消耗需求平均和风力涡轮站的脉动和容量相关。氢储存的容量通过计算月度需求或过量与平均产生能量的相对能量比Ei/Eave来估计，其中，Ei(KWH)是超过从储存的氢供应以满足能量需求所需的需求或能量的年度消耗能量。该比率取决于实际或预测的消耗图，其中，Eave(KWH)是等于通过燃料电池的月度平均产生的电的月度平均需求。于是，计算相对累积能量比。于是，储存在氢中所需的总能量是累积图中的最大正过量与最大绝对负数之间的差。图20示出了0.90Eave+0.06Eave＝0.96Eave。氢罐应具有储存产生0.96Eave所需的氢的容量，以便在示例中的选择场地全年使供应与需求一致。于是，氢储存重量可通过用0.96Eave除以作为中等的氢热值的通常已知的36KWH计算。于是，需要的存储的氢重量(Kg
2
H)＝0.96×Eave/[36(KWH/Kg)×0.41]＝0.0678×0.96Eave＝0.65Eave(KWH)。其中，0.41是燃料电池的效率因子。氢重量可根据用于储存或液化技术的压力转换成体积容量。另外，能量的月度平均消耗等于通过风力站的月度规则产生的电，其为：Eave＝Eavew×0.61×0.41，其中，Eavew为平均月度产生的脉动电，0.61是电解过程的效率，0.41是燃料电池的效率。

[0062] 风力涡轮站还可为工业用途和为了运输而大量生产氢。另外，利用风力站减轻当前技术状态的风力涡轮通常非常困难并且昂贵的管理风电输出平衡的沉重负担。

[0063] 风力涡轮站相对于当前的风能提供以下改善。

[0064] a)将运转高度提高至其中风速显著增大的2000m。

[0065] b)在10m高度的环境下达到以6m/sec的平均风速产生的1000MW的规则的不脉动的电的较高的容量。

[0066] c)允许非常靠近市区建造大容量的风力涡轮站。这是为什么首先命名为用于连续发电的经济型城市风力涡轮站的原因。

[0067] d)供应与需求一致的风电并具有恒定的电流、频率和电势。

[0068] e)与完全建造相同形状和尺寸的建筑物相比较，较小的体积尺寸，这大大地提高刚度并降低成本。

[0069] f)风力涡轮站允许连续的维护或较长的运转时间和较高的效率。

[0070] g)减少来自HAWT的噪声，其中，小的风力涡轮在较高的高度具有较低的顶端速度。

[0071] h)将1MW所需的水平土地空间缩小几百倍，这进一步降低电成本和对风能的不利社会影响，并使风能更有竞争力。

[0072] i)与通用风力涡轮相比将产生风能的成本降低几倍。

[0073] j)为了工业使用并且以较便宜的成本大规模地生产氢。

[0074] k)当电供应至氢单元以产生氢时，不需要具有通常恒定频率的风力发电机输出。于是，不需要变速装置，这进一步降低电成本并延长发电机生命周期。

[0075] l)由于具有小的顶端速度的小的HAWT和VAWT涡轮对鸟的危险小得多，所以减轻对鸟的环境影响。

[0076] 为了避免与飞机的易发生的碰撞，已知的闪光警告灯围绕外部塔框架7并沿着高度安装。

[0077] 安装已知的防雷系统，以保护风力涡轮站中的职员。