AT505597B1

AT505597B1 - Verfahren zum betreiben einer windkraftanlage

Info

Publication number: AT505597B1
Application number: AT0124607A
Authority: AT
Original assignee: Rosenich Stefan
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-06-15
Also published as: AT505597A1

Description

2 AT 505 597 B1

Windkraftanlage

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage sowie eine Verwendung von Überschussenergie aus dem Stromnetz.

Energie aus regenerativen Energieträgern, beispielsweise Wind, steht in der Regel nicht permanent zur Verfügung. Das hat den Nachteil, dass keine kontinuierliche Stromerzeugung möglich ist. Andererseits steht immer wieder Überschussenergie aus dem Stromnetz bzw. aus örtlich anderen Windkraftanlagen zur Verfügung.

Aus dem Stand der Technik ist die DE 4339402A1 bekannt. Diese Veröffentlichung offenbart ein Verfahren und eine Anlage in der Windenergie mittels eines Rotors über ein Getriebe mit Kupplung an einen Generator zur Stromerzeugung angeschlossen ist. Über eine weitere Kupplung ist ein Turboverdichter angeschlossen, der gleichzeitig mit der Stromerzeugung Druckluft erzeugen kann, die gespeichert wird. Bei Flaute kann der Druckluftvorrat aus einem Speicher zum Betrieb des als Turbine laufenden Turboverdichters dienen, der über eine Kupplung den Generator antreibt und damit Strom erzeugt.

Aus der angeführten Veröffentlichung ist es jedoch nicht ersichtlich, wie die möglicherweise in anderen Windkraftanlagen oder Stromerzeugungsanlagen vorhandene Stromüberschussenergie genutzt werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage und ein Verfahren zur Umwandlung und Speicherung von Windenergie sowie eine Anlage zu seiner Durchführung anzugeben, bei welchem die im Wind enthaltene mechanische Arbeit entweder in elektrischen Strom umgewandelt wird, oder gleichzeitig zumindest teilweise die Windenergie in Form von Druckluft gespeichert wird, und im Bedarfsfall eine Stromüberschussenergie genutzt werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Stromüberschussfall der Generator als Motor betrieben wird und damit den Turboverdichter antreibt, der Luft komprimiert und in dem Druckluftspeicher speichert.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Variante ist neben dem Generator ein Motor auf der Welle angeflanscht. In diesem Fall läuft der Generator nicht im Motorbetrieb, da spezielle Generatoren ev. nicht besonders geeignet für Motorbetrieb sind und daher spezieller auf Energiegewinnung ausgelegt sind. Andererseits kann der Motor besser als Motor ausgelegt werden, so dass die Netzüberschussenergie besser ausgenutzt werden kann. Das ist auch eine Kostenfrage, macht aber je nach Betriebsart und Bedarf auch Sinn, z.B. in Hitzeperioden um etwas Luftbewegung zu erzeugen oder z.B. in Weingartenanlagen mithelfen um Bodenfrost zu verhindern oder Kälteseen aufzulösen.

Bei der Luftkomprimierung entsteht Wärme. Diese Wärme wird in einem Wärmetauscher genutzt. Bei Druckluftentspannung entsteht Kälte. Diese Energie kann über einen Wärmetauscher genutzt werden. Der Wärmetauscher befindet sich erfindungsgemäß im Turm der Windkraftanlage, kann aber außerhalb angeordnet sein.

Details der erfindungsgemäßen Windkraftanlage

Die Windkraftanlage besteht im Wesentlichen aus einem Turm 6, an dessen Spitze ein Windrad 7 drehbar gelagert ist. Über eine Antriebswelle 3, eine erste Kupplung 1 und bedarfsweise einem Getriebe 11 wird die Windenergie über die Generatorwelle 4 genutzt um einen Generator 10 anzutreiben und damit Strom zu erzeugen. Über dieselbe Generatorwelle 4 wird über eine zweite Kupplung 2 und bedarfsweise einem Getriebe 12 über eine Pumpenwelle 5 eine Luft- 3 AT 505 597 B1 pumpe 8 betrieben, sodaß wahlweise entweder Strom oder Druckluft erzeugt wird oder wahlweise bei hoher Windenergie gleichzeitig Strom und Druckluft erzeugt wird.

Die Druckluft wird in einem Druckluftspeicher 14 gespeichert, der vom Generator 10 erzeugte Strom wird üblicherweise dem Stromnetz zugeführt.

Wahlweise kann parallel zum Generator 10 auch ein eigener Motor 20 über Kupplungen 21, 22 und ein Getriebe 23 geschaltet sein.

Durch die Luftverdichtung entsteht Wärme, die mittels eines Wärmetauschers 9 im Turm 6 abgeführt wird.

Durch die spezielle erfindungsgemäße Anordnung ergeben sich sieben mögliche Betriebszustände: 1. Normale Stromerzeugung mittels Windenergie über den Generator 10, Luftverdichter 8 ausgekuppelt. 2. Drucklufterzeugung mittels Windenergie über den Luftverdichter 8, Generator 10 läuft leer nicht erregt, keine Stromgewinnung 3. Eine Kombination mit Stromerzeugung und Drucklufterzeugung, sowohl Generator 10 als auch Luftverdichter 8 sind eingekoppelt, bei Starkwind und bei geringem Stromverbrauch wird sowohl Luftdruck wie auch Strom erzeugt. 4. Bei Flaute: Stromerzeugung mittels der gespeicherten Druckluft, der Generator 10 ist mit der Turbine 8 (Umkehrung des Luftverdichters 8) gekuppelt die den Generator 10 antreibt, das Windrad 7 ist abgekuppelt. 5. Bei Flaute: Drucklufterzeugung mittels des Generators 10 der als Motor 10 betrieben wird und den Luftverdichter 8 antreibt, wenn Stromüberschuss vorhanden ist. Die damit erzeugte Druckluft wird - wie an sich bekannt - über einen Wärmetauscher 9 gekühlt und im Druckluftspeicher 14 gespeichert. 6. Bei wenig Windenergie: Betriebszustand, bei dem die Windenergie über den eingekuppelten Generator 10 genutzt wird und zur Unterstützung dieser geringen Leistung wird Überschussnetzenergie für einen parallel dazu geführten Motorbetrieb miteingespeist. Dabei muss natürlich elektronisch überwacht und geregelt werden, dass das Windrad nicht in den Propellerantrieb übergeht. 7. Propellerbetrieb: Betriebszustand, dass z.B. zu Testzwecken der Motor 20 und/oder Luftverdichter 8 im Motorbetrieb bzw. als Turbine arbeiten und das Windrad 7 antreiben.

Figurenbeschreibung

Fig. 1 zeigt einen Turm 6 mit einem an der Spitze des Turmes angebrachten Windrad 7. Das Windrad mit einer drehbar gelagerten Antriebswelle über ein Getriebe 11 und einer Kupplung 1 mit einem Generator über eine drehbar gelagerte Antriebswelle 4 verbunden. Die zweite Seite der Antriebswelle 4 ist über eine weitere Kupplung 2 und über ein weiteres Getriebe 12 über die Welle 5 mit dem Luftverdichter/Turbine 8 verbunden.

Wahlweise kann auch ein Motor 20 parallel zum Generator 10 über Kupplungen 21, 22 und ein Getriebe angeordnet sein.

Auf der Niederdruckseite des Luftverdichters 8 befindet sich die Ansaugleitung 15, die Hoch-

Claims

4 AT 505 597 B1 druckseite des Luftverdichters 8 führt über Druckrohrleitungen 13 und über einen Wärmetauscher 9 zu einem Druckluftspeicher 14. Die elektrische Steuerung 16 ist vorzugweise im Turm untergebracht, kann aber auch so wie der Druckluftspeicher 14 außerhalb des Turmes aufgestellt werden. Der Generator 10 und der Motor 20, sowie die Kupplungen 1, 2, 21, 22 und die Getriebe 11, 12, 23 sind mit der Steuereinheit über eine elektrische Leitung verbunden. Die Anspeisung bzw. Einspeisung ins Stromnetz erfolgt über die elektrische Leitung 18. Bezugszeichenliste 1 Erste Kupplung 2 Zweite Kupplung 3 Antriebswelle 4 Generator/Motor-Welle 5 Luftverdichter/T urbinen-Welle 6 Turm 7 Windrad 8 Luftverdichter/T urbine 9 Wärmetauscher 10 Generator/Motor 11 Getriebe 12 Getriebe 13 Druckleitung 14 Druckluftspeicher 15 Ansaugleitung 16 Elektrische Steuereinheit 17 Elektrische Leitung 18 Elektrische Leitung 19 - 20 Motor 21 Dritte Kupplung 22 Vierte Kupplung 23 Getriebe Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage mit einem Turm (6), einem Windrad (7), einem Generator/Motor (10), einem Luftverdichter (8), einer ersten Kupplung (1) zwischen der Abtriebswelle (3) des Windrads (7) und der Welle (4) des Generators/Motors (10), einer zweiten Kupplung (2) zwischen der Welle (4) des Generators/Motors (10) und der Antriebswelle (5) des Luftverdichters (8), einer Ansaugleitung (15), einer Druckleitung (13), einem Druckluftspeicher (14) und einer elektrischen Steuereinheit (16) mit elektrischen Leitungen (17, 18), wobei die Kupplungen (1, 2) elektronisch steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage bei Energieüberschuss in einem elektrischen Energieversorgungsnetz in einen Zustand gesteuert wird, in dem a) der Generator/Motor (10) über die zweite Kupplung (2) kraftschlüssig mit dem Luftver-dichter (8) verbunden ist und der Generator/Motor (10) als Motor (10) betrieben wird oder b) ein Motor (20), welcher dem Generator/Motor (10) über eine dritte und vierte elektronisch steuerbare Kupplung (21, 22) zur Seite gestellt ist, über die vierte Kupplung (22) kraftschlüssig mit dem Luftverdichter (8) verbunden ist und gleichzeitig der Generator/Motor (10) über die erste Kupplung (1) vom Windrad (7) und über die zweite Kupplung 5 AT 505 597 B1 (2) vom Luftverdichter (8) entkoppelt ist, wobei im Fall a) der der Motor (10) und im Fall b) der Motor (20) über elektrische Leitungen (17, 18) elektrische Energie aus dem elektrischen Energieversorgungsnetz bezieht, damit den Luftverdichter (8) antreibt und dieser Druckluft über die Druckleitung (13) in den Druckluftspeicher (14) speist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (7) im Fall a) über die erste Kupplung (1) vom Generator/Motor (10) und im Fall b) über die dritte Kupplung (21) vom Motor (20) entkoppelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (7) im Fall a) über die erste Kupplung (1) mit dem Generator/Motor (10) und im Fall b) über die dritte Kupplung (21) mit dem Motor (20) verbunden wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen