DE10008028A1 - Windenergiesystem - Google Patents
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Abstract
Zum Bereitstellen von Antriebsenergie für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen weist ein Windenergiesystem mindestens einen Windenergiekonverter auf, der natürliche Windenergie in elektrische Energie umwandelt. Mindestens eine Speichereinrichtung speichert die elektrische Energie in einem Speichermedium, das durch eine Versorgungseinrichtung in ein Kraftfahrzeug übertragen wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Windenergiesystem zum Bereitstellen
von Antriebsenergie für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen sowie
ein zugehöriges Verfahren.
Die heutige Energieversorgung von Kraftfahrzeugen basiert im
wesentlichen auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe, wie
Diesel oder Benzin. Da der Vorrat dieser Brennstoffe begrenzt
ist und zudem bei der Verbrennung große Mengen Schadstoffe
entstehen, gewinnen regenerative Energieformen zunehmend an
Bedeutung.
Selbst bei für sich "umweltschonenden" Elektrofahrzeugen wird
der verwendete Strom heutzutage nicht aus regenerativen Ener
gieformen, sondern aus Atomenergie oder fossilen Brennstoffen
erzeugt. Elektrofahrzeuge erzeugen daher indirekt ebenfalls
Schadstoffe. Ferner ist der Gesamtwirkungsgrad durch die zahl
reichen Stufen der Energieumwandlung sehr gering. Es ist also
mittels heutiger Konzepte nicht sinnvoll, Verbrennungsmotor-
Fahrzeuge durch Elektrofahrzeuge zu ersetzen.
Windenergie ist eine regenerative Energieform, die heutzutage
vorwiegend mit Hilfe von Windparks in elektrische Energie
gewandelt wird. Dabei sind mehrere Windräder, sogenannte Wind
energiekonverter, an einem besonders windreichen Ort nahe
beieinander aufgestellt. Ein Windpark erzeugt heutzutage eine
Leistung von beispielsweise 30 Megawatt. Die gewonnene elektri
sche Energie wird üblicherweise in ein vorhandenes Stromnetz
eingespeist.
In der DE 38 32 997 A1 ist eine Anlage zu Gewinnung von Energie
mittels einer Vielzahl von Windrädern mit je einem Generator
beschrieben, die mit einer Zentralstelle verbunden sind, wo die
gewonnene Energie in ein Netz eingespeist wird. Als weitere
Verwendungsmöglichkeit der Energie beschreibt die DE 38 32 997 A1
eine Erzeugung von Wasserstoff.
Weitere Windkraftanlagen zu Erzeugung elektrischer Energie sind
aus der DE 196 15 795 A1 und der DE 196 11 518 A1 bekannt.
Gemäß diesen Druckschriften soll der gewonnene Strom zur Ver
sorgung einer elektrifizierten Eisenbahnstrecke verwendet
werden.
Das Aufkommen und die Stärke des Windes sind Schwankungen
unterworfen, die sich üblicherweise nicht in regelmäßigen,
insbesondere täglichen oder jährlichen Zyklen wiederholen. Die
in das Netz eingespeiste elektrische Energie schwankt daher
stark azyklisch. Dem Netz muß zum Ausgleich durch ein Kraft
werk, meist ein Atom- oder Brennkraftwerk, erzeugte elektrische
Energie zugeführt werden. Die Kapazität eines solchen Kraft
werks muß großzügig bemessen sein, damit auch bei völliger
Windstille ausreichend Energie zur Verfügung steht. Zwangsläu
fig sind solche Kraftwerke daher schlecht ausgelastet und
erzeugen viele Schadstoffe.
Aus der DE 43 39 402 C2 ist eine Windenergieanlage bekannt, bei
der die Windanergie zum Antreiben eines Luftverdichters verwen
det wird. Die durch den Luftverdichter erzeugte Druckluft wird
einem Hochdruckspeicher zugeführt, der auch zur Versorgung
eines Kraftfahrzeugs mit Druckluft als Treibstoff herangezogen
werden kann. Die durch Druckluft in einem Hochdruckspeicher
speicherbare Energiemenge ist jedoch sehr stark begrenzt.
Ferner ist ein Erzeugen von Druckluft und deren Rückwandlung in
Bewegungsenergie mit schlechten Wirkungsgraden verbunden. Zur
Versorgung einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen ist diese Wind
energieanlage daher ungeeignet.
Aus der DE 195 27 216 A1 ist ein System zum Bereitstellen von
Energie für Fahrzeuge mit Elektroantrieb bekannt, bei dem durch
eine Batterie-Betreuungs-Station sämtliche mit der Bereitstel
lung der Elektroenergie verbundenen Aufgaben und Funktionen
übernommen werden. Insbesondere werden an der Batterie-
Betreuungs-Station Batterien geladen, die in ein Fahrzeug
eingesetzt werden können. Diese Druckschrift beschreibt auch,
daß die Energie zum Laden der Batterien teilweise oder voll
ständig aus Solaranlagen gewonnen wird. Solaranlagen benötigen
eine große Grundfläche und ermöglichen es dennoch nur, eine
begrenzte Energiemenge bereitzustellen. Die nutzbare Sonnen
energie unterliegt sehr starken täglichen und jährlichen
Schwankungen. Dabei kann die jährliche Schwankung aufgrund des
langen zu überbrückenden Zeitraums praktisch nicht ausgeglichen
werden. Die in der DE 195 27 216 A1 beschriebene Verwendung von
Solaranlagen ist daher nicht praxistauglich. Ein dauerhaftes
Bereitstellen von Antriebsenergie für eine Vielzahl von Kraft
fahrzeugen ist mittels einer Solaranlage nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Windenergiesystem anzugeben,
mit dem eine geschlossene und umfassende Nutzung von Windener
gie für Kraftfahrzeuge möglich ist.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Windenergiesystem
gemäß dem Patentanspruch 1 und einem Verfahren zum Wandeln von
Windenergie gemäß dem Patentanspruch 7 gelöst.
Erfindungsgemäß wird demnach Windenergie zunächst in elektri
sche Energie gewandelt und dann in einem Speichermedium gespei
chert. Das Speichermedium wird in ein Kraftfahrzeug übertragen,
welches die gespeicherte Energie unmittelbar in Bewegungsener
gie umsetzen kann. Somit schlägt die Erfindung eine in sich
geschlossene Nutzung von Windenergie vor. Da Schwankungen im
Windaufkommen durch das Speichermedium ausgeglichen werden, ist
die erfindungsgemäße Lösung von weiteren Energiequellen im
wesentlichen unabhängig.
Das Speichermedium dient zum Ausgleichen des Energiebedarfs bei
Windstille und zugleich als transportables Speichermedium in
einem Kraftfahrzeug. Ein separater Umwandlungsvorgang oder
Transportvorgang fällt daher nicht an. Ein besonderer Vorteil
der Erfindung liegt also darin, daß die Windenergie mit beson
ders hohem Nutzungsgrad in Bewegungsenergie umgesetzt wird.
Ferner ermöglicht es die Erfindung, eine große Anzahl Elektro
fahrzeuge einzusetzen, ohne daß die dabei eingesetzte Energie
aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden muß.
Windenergiekonverter liefern eine ausreichende Energiemenge, um
eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen zu versorgen. Da die Kraft
fahrzeuge die bereitgestellte elektrische Energie stetig ver
brauchen, ist eine verhältnismäßig geringe Menge Speichermedium
ausreichend.
Als besonders vorteilhafte Speichereinrichtung sieht die Erfin
dung eine Ladestation für wenigstens eine wiederaufladbare
Batterie vor. Wiederaufladbare Batterien können besonders
einfach in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
Als ein alternatives oder zusätzliches Speichermedium sieht die
Erfindung vorteilhaft Wasserstoff vor, der elektrolytisch
erzeugt worden ist. Dieser Wasserstoff kann verhältnismäßig
einfach gespeichert und in ein Kraftfahrzeug übertragen werden.
Techniken zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs mit Wasserstoff
sind heutzutage weit entwickelt.
Bei einer vorteilhaften Gestaltung der Erfindung ist die durch
den Windenergiekonverter bei durchschnittlichen Windverhältnis
sen gewandelte und im Speichermedium gesammelte Energiemenge so
bemessen, daß damit über einen bestimmten Zeitraum eine be
stimmte Anzahl Kraftfahrzeuge versorgt werden kann. Durch diese
Gestaltung kann der Vorrat an Speichermedium auf eine Mindest
größe abgesenkt und zugleich ein schwankendes Windaufkommen
ausgeglichen werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß
der Speichereinrichtung ergänzend elektrische Energie aus einem
Kraftwerk für nachwachsende Brennstoffe zugeführt wird. Durch
ein solches Kraftwerk kann eine weitere regenerative Energie
form vorteilhaft genutzt werden. Das Energiesystem bleibt ein
auf regenerativer Energie basierendes, in sich geschlossenes
System.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht
vor, daß das Speichermedium in Fahrzeuge des öffentlichen
Nahverkehrs, insbesondere Omnibussen übertragen wird. Der
öffentliche Nahverkehr weist einen erheblichen und zugleich
nahezu konstanten Energiebedarf auf. Öffentlicher Nahverkehr
strömt besonders in Städten, und gerade dort sollten möglichst
wenig Schadstoffe ausgestoßen werden.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung genauer
beschrieben.
Ein Windenergiesystem umfaßt einen Windpark, in dem mehrere
Windenergiekonverter aufgestellt sind. Jeder dieser Konverter
umfaßt eine Windturbine, die einen Generator treibt. Der Gene
rator liefert elektrische Energie in eine Leitung, die zu einer
Windparkzentrale führt. Die Windparkzentrale ist über eine
elektrische Leitung mit mehreren Stationen verbunden, in denen
je eine Speichereinrichtung und eine Versorgungseinrichtung
angeordnet sind.
An der Station wird durch die Speichereinrichtung ein Speicher
medium mit elektrischer Energie angereichert oder das Speicher
medium wird erzeugt (beispielsweise Wasserstoff). Das
Speichermedium wird in einem Speicher gelagert und durch die
Versorgungseinrichtung in ein Kraftfahrzeug übertragen. Das
Kraftfahrzeug weist einen Motor auf, der mit dem Speichermedium
angetrieben wird. Somit ist eine in sich geschlossene Lösung
zur Nutzung von Windenergie geschaffen.
Bei einer ersten Ausführungsform ist die Speichereinrichtung
ein Ladegerät für wiederaufladbare Batterien. An der Station
wird eine größere Anzahl Batterien bereitgehalten, die bei
entsprechendem Windaufkommen aufgeladen werden. Einzelne Batte
rien sind in einem Block zusammengefaßt, der durch eine automa
tische Versorgungseinrichtung in einen Omnibus einsetzbar ist.
Der Omnibus wird im öffentlichen Nahverkehr eingesetzt und
kehrt danach zur Station zurück, wo die entleerte Batterie
entnommen und eine geladene Batterie eingesetzt wird. Wahlweise
kann die Batterie auch im Omnibus selbst geladen werden. Bei
dieser Ausführungsform kann eine große Anzahl selbst leistungs
starker Elektrofahrzeuge sinnvoll eingesetzt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Windparkzentrale mit
mehreren Stationen verbunden, so daß auch eine dezentrale
Versorgung gewährleistet ist. An der Station stehen dabei
verschiedene Arten von Batterien bereit. Dadurch können sowohl
Omnibusse, als auch PKWs und kleinere Elektrofahrzeuge, wie
beispielsweise der "Hotzenblitz", an der Station bedient wer
den. Die Station bietet demnach die Funktion einer heutigen
Tankstelle und kann als "Windpark-Elektro-Tankstelle" bezeich
net werden.
Eine dritte Ausführungsform sieht vor, daß an der Station
Wasserstoff elektrolytisch erzeugt wird, so daß auch mit Was
serstoff angetriebene Fahrzeuge, wie beispielsweise LKWs mit
einer größeren Nutzleistung, dort "tanken" können.
Bei einer vierten Ausführungsform sind einzelne Stationen durch
eine elektrische Leitung mit einem Blockheizkraftwerk verbun
den, in dem nachwachsender Brennstoff, wie beispielsweise
Rapsöl, in elektrische Energie umgewandelt wird. Das Blockheiz
kraftwerk bedient insbesondere eine Station, an der ein beson
ders hoher Energiebedarf besteht.
Claims (10)
1. Windenergiesystem zum Bereitstellen von Antriebsenergie
für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen, mit
- - mindestens einem Windenergiekonverter, der natürliche Wind energie in elektrische Energie umwandelt,
- - mindestens einer Speichereinrichtung zum Speichern der elek trischen Energie in einem Speichermedium, und
- - einer Versorgungseinrichtung zum Übertragen des Speichermedi ums in ein Kraftfahrzeug.
2. Windenergiesystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung wenigstens
eine wiederaufladbare Batterie umfaßt.
3. Windenergiesystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung als Spei
chermedium Wasserstoff elekrolytisch erzeugt.
4. Windenergiesystem nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Windenergiekonverter
bei durchschnittlichen Windverhältnissen gewandelte und im
Speichermedium gesammelte Energiemenge so bemessen ist, daß
damit über einen bestimmten Zeitraum eine bestimmte Anzahl
Kraftfahrzeuge versorgt werden kann.
5. Windenergiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Speichereinrichtung ergänzend
elektrische Energie aus einem Kraftwerk für nachwachsende
Brennstoffe zugeführt wird.
6. Windenergiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Fahrzeug des
öffentlichen Nahverkehrs, insbesondere ein Omnibus ist.
7. Verfahren zum Wandeln von Windenergie in Antriebsenergie
für mindestens ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten:
- a) Wandeln natürlicher Windenergie in elektrische Energie,
- b) Speichern der elektrischen Energie in einem Speichermedium, und
- c) Übertragen des Speichermediums in das Kraftfahrzeug.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium eine wiederauf
ladbare Batterie ist.
9. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium elekrolytisch
erzeugter Wasserstoff ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9,
gekennzeichnet, durch den zusätzlichen Schritt:
- a) Wandeln von nachwachsendem Brennstoff in elektrische Ener gie.
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