DE102009028885B4

DE102009028885B4 - Geführter Winddrachen zur Erhöhung der Leistungsabgabe von Windenergieanlagen

Info

Publication number: DE102009028885B4
Application number: DE102009028885A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-13
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2029-08-27
Also published as: CA2696226A1; DE102009028885A1; US20100260592A1; CN101858301A; CN101858301B; US8061963B2

Abstract

Windenergieanlagensystem, aufweisend:
eine Windenergieanlage (110);
einen Drachen (Kite) (120), der nahe der Windenergieanlage (110) positioniert ist, so dass er der Windenergieanlage (110) Wind zuführt und niemals in physischen Kontakt mit der Wendenergieanlage (110) kommt, wobei ein Drachen-Tragmast (130) stromauf der Windenergieanlage angebracht ist und
der Drachen (120) aufweist:
einen Rahmen (240);
eine witterungsbeständige Membran (230), die im Rahmen (240) angebracht ist;
einen Kanal (210), der sich von einem Rand des Drachens (120) bis zu einer Stelle zwischen dem Rand des Drachens (120) und der ungefähren Mitte des Drachens (120) erstreckt;
einen ungefähr kreisförmigen Kragen (220) am Ende des Kanals (210);
und
Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens (120) zur Verbindung mit Spanndrähten (540, 550);
oder
der Drachen (120) aufweist:
einen Rahmen (240);
eine witterungsbeständige Membran (230), die im Rahmen (240) angebracht ist;
einen ungefähr kreisförmigen Kragen (220), der zwischen einem Rand des Drachens (120) und der ungefähren Mitte des Drachens (120) angeordnet ist;
und
Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens (120) zur Verbindung mit Spanndrähten (540, 550).

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 13. April 2009 eingereichten U.S.-Patentanmeldung Nr. 61/212,500 und nimmt sie durch Bezugnahme hierin auf.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft allgemein Windenergieanlagen, und stellt insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, einen Drachen (Kite) zum Lenken von Wind zu Windenergieanlagen zur Erhöhung der Abgabeleistung von Windenergieanlagen bereit.
HINTERGRUND
An der Schwelle zum Zeitalter der sauberen Energien ist Windenergie ein wichtiges Element bei der Ausschöpfung erneuerbarer Energien. In Windparks, die eine Vielzahl von Windenergieanlagen aufweisen, kommen üblicherweise Windenergieanlagen mit horizontaler Rotorachse zum Einsatz. Windenergieanlagen mit horizontaler Rotorachse weisen eine Hauptrotorwelle und einen elektrischen Generator auf, die auf einem Turm positioniert sind. Die meisten Windenergieanlagen weisen drei Rotorblätter auf und drehen sich in den Wind. Die Höhe der Türme liegt im Bereich von etwa 61 bis 91 Meter (200 bis 300 Fuß), während die Länge der Rotorblätter zwischen etwa 20 bis 40 Meter (65 und 130 Fuß) variiert. Ein Getriebe erhöht die Drehzahl des Generators von etwa 0,5 bis 1 Umdrehung pro Sekunde (30–60 Umdrehungen pro Minute (RPM)) an den Rotorblättern auf etwa 17 bis 30 Umdrehungen pro Sekunde (1000–1800 RPM) in einer Getriebewelle des Generators.
Für die meisten Windenergieanlagen ist eine minimale Windgeschwindigkeit von rund 4,5 Meter pro Sekunde (m/s) (10 Meilen pro Stunde (MPH)) erforderlich, wobei die optimale Windgeschwindigkeit etwa 13, 4 m/s (30 MPH) beträgt. Da Winde jedoch schwach und/oder wechselhaft sein können, besteht Bedarf für ein neues System und ein neues Verfahren zur Erhöhung der Windgeschwindigkeit an der Windenergieanlage, die den Anforderungen an die minimale und optimale Windgeschwindigkeit gerecht werden.
Die US 4 166 596 A offenbart ein Windenergieanlagensystem mit einem am Boden angebundenen leichter-als-Luft Fluggerät und einer Windenergieanlage, wobei das leichter-als-Luft Fluggerät in seinem Inneren einen Kanal ausbildet, der eine Turbine der Windenergieanlage beherbergt. Das leichter-als-Luft Fluggerät ist dazu ausgebildet vom Boden abzuheben, um die Turbine in höhergelegene Luftschichten zu befördern.
Die US 7 275 719 B2 offenbart ein Windenergieanlagensystem mit einem Drachen, welcher mit einem Generator über Seile mechanisch verbunden ist. Der Drachen dient dabei zum Aufbringen von Zugkräften auf die Seile, wodurch der Generator angetrieben wird.
Die US 7 220 096 B2 zeigt ein Windenergieanlagensystem mit einer Windenergieanlage und mit Flügelprofilen, welche mit der Windenergieanlage mechanisch verbunden sind. Die Flügelprofile sollen einen dynamischen Druck eines anströmenden Windes in einen geringeren statischen Druck wandeln und dadurch einen Unterdruck erzeugen, sodass Wind in Richtung eines Bereichs der Flügelprofile strömt. Leewärtig der Flügelprofile ist ein Flügelrad der Windenergieanlage angeordnet.
Die US 5 457 346 A offenbart ein Windenergieanlagensystem mit einer Windenergieanlage umfassend einen Rotor und einen Trichter, wobei der Trichter derart mit der Windenergieanlage mechanisch verbunden ist, dass der Trichter Wind zur Mitte des Rotors hin lenkt und dabei die kinetische Energie des Winds erhöht.
Die WO 99/13 221 A1 und die US 4 659 940 A offenbaren Windenergieanlagensysteme mit am Boden angebundenen Flügelprofilen und Windenergieanlagen, wobei die Windenergieanlagen mit den Flügelprofilen mechanisch verbunden sind. Die Flügelprofile sind dazu ausgebildet vom Boden abzuheben, um die Windenergieanlagen in höhergelegene Luftschichten zu befördern.
Die DE 196 45 415 A1 offenbart ein Strömungskraftwerk mit einer stromauf angeordneten Düse, welche mittels flexibler Segelfächen in Kombination mit einer Wasser- oder Erdoberfläche gebildet wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Windenergieanlagensystem und ein Verfahren zur Erhöhung der Windgeschwindigkeit an der Windenergieanlage in gegenüber dem Stand der Technik vorteilhafter Art und Weise zur Verfügung zu stellen.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird durch ein Windenergieanlagensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Das erfindungsgemäße Windenergieanlagensystem, weist eine Windenergieanlage und einen Drachen (Kite) auf, der nahe der Windenergieanlage positioniert ist, so dass er der Windenergieanlage Wind zuführt und niemals in physischen Kontakt mit der Wendenergieanlage kommt, wobei ein Drachen-Tragmast stromauf der Windenergieanlage angebracht ist und der Drachen aufweist:
einen Rahmen;
eine witterungsbeständige Membran, die im Rahmen angebracht ist;
einen Kanal, der sich von einem Rand des Drachens bis zu einer Stelle zwischen dem Rand des Drachens und der ungefähren Mitte des Drachens erstreckt;
einen ungefähr kreisförmigen Kragen am Ende des Kanals; und
Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens zur Verbindung mit Spanndrähten;
oder
der Drachen aufweist:
einen Rahmen;
eine witterungsbeständige Membran, die im Rahmen angebracht ist;
einen ungefähr kreisförmigen Kragen, der zwischen einem Rand des Drachens und der ungefähren Mitte des Drachens angeordnet ist; und
Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens zur Verbindung mit Spanndrähten.
Durch die Erfindung wird die Leistungsabgabe von Windenergieanlagen durch eine Erhöhung des Luftstromvolumens an einem Turbinenlaufrad erhöht. In Modellversuchen wurde die modellhafte Drehzahl einer axialdurchströmten Turbine (ohne Last) gemessen. Der Betrieb mit einer Ausführungsform der Erfindung erbrachte eine deutlich höhere Turbinendrehzahl. In einigen Versuchen wurde eine Erhöhung der Drehzahl um das Doppelte gemessen. Bei neueren Turbinenkonstruktionen ermöglichen es Ausführungsformen zudem, die Turbine an einer tiefer gelegenen Stelle anzuordnen, indem der Luftstrom zur tiefer angeordneten Turbine geschaufelt und gelenkt wird. Der Vorteil einer an einer tiefer gelegenen Stelle angeordneten Turbine besteht im Kostenunterschied zwischen der Tragkonstruktion für eine Windenergieanlage und derjenigen für den Winddrachen, wobei Schätzungen zufolge eine Tragkonstruktion für einen Winddrachen kostengünstiger ist. Schwieriger einzuschätzen ist der ästhetische Anblick von Hunderten von bunten Winddrachen, die wie Mohnblumen, die ein großes Gebiet des Windparks bedecken, über den Windenergieanlagen flattern. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass ein Winddrachen mit Bildern von Hindernissen, Raubvögeln, furchteinflößenden Formen oder beidem Vögel abschrecken kann, so dass sie nicht mit den Turbinen zusammenprallen.
Der Drachen kann in etwa die Form eines Halbtrichters oder eines Halbrohrs aufweisen. Das System weist weiterhin einen Drachen-Tragmast auf, welcher an einem Kragen, welcher zwischen einem Rand des Drachens und der ungefähren Mitte des Drachens angeordnet ist, an den Drachen angekoppelt sein kann.
Das System kann weiterhin eine Drachen-Steuerplattform aufweisen, die etwa auf Bodenhöhe auf dem Boden oder – für Offshore-Anwendungen – etwa auf Meereshöhe an einer Plattform vor und stromauf der Windenergieanlage angebracht ist und zum Steuern der Position des Drachens an den Drachen angekoppelt ist. Die Plattform kann Spulen aus Spanndraht aufweisen, die ungefähr an den Ecken des Drachens angekoppelt sind. Das System kann weiterhin ein Führungsschienensystem aufweisen, das die Drachen-Steuerplattform positioniert.
Der ungefähr kreisförmige Kragen am Ende des Kanals ist insbesondere kreisförmig.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:
Positionieren eines Drachens nahe einer Windenergieanlage, so dass er der Windenergieanlage Wind zuführt und niemals in physischen Kontakt mit der Wendenergieanlage kommt; und
Erzeugen von Elektrizität mit der Windenergieanlage, wobei ein Drachen-Tragmast stromauf der Windenergieanlage angebracht ist und
der Drachen aufweist:
einen Rahmen;
eine witterungsbeständige Membran, die im Rahmen angebracht ist;
einen Kanal, der sich von einem Rand des Drachens bis zu einer Stelle zwischen dem Rand des Drachens und der ungefähren Mitte des Drachens erstreckt;
einen ungefähr kreisförmigen Kragen am Ende des Kanals; und
Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens zur Verbindung mit Spanndrähten;
oder
der Drachen aufweist:
einen Rahmen;
eine witterungsbeständige Membran, die im Rahmen angebracht ist;
einen ungefähr kreisförmigen Kragen an einer Stelle zwischen einem Rand des Drachens und der ungefähren Mine des Drachens; und
Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens zur Verbindung mit Spanndrähten.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren weiterhin auf: Steuern des Drachens anhand der jeweiligen Windverhältnisse mittels der Drachen-Steuerplattform. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren nicht einschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei sich, wenn nichts anderes angegeben ist, in den verschiedenen Darstellungen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile beziehen.
1 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, die in Verbindung mit einer Windenergieanlage in Betrieb ist;
2A stellt eine Seitenansicht des Winddrachens aus 1 dar;
2B stellt eine Endansicht eines Winddrachens aus 1 dar;
2C stellt eine Unteransicht eines Winddrachens aus 1 dar;
3 stellt einen Kragen eines Winddrachens in Verbindung mit oberen und unteren Heberingen dar;
4 stellt eine Drachen-Steuerplattform mit Spulen zum Anheben oder Absenken des Drachens dar;
5 stellt einen Drachen-Tragmast und eine Führungsschiene in Bezug zum Winddrachen dar;
6A stellt eine Draufsicht auf eine Drachen-Steuerplattform aus 5 dar;
6B stellt eine Seitenansicht einer Drachen-Steuerplattform aus 5 dar;
7A stellt einen Querschnitt einer runden Führungsschiene dar;
7B stellt einen Querschnitt einer T-Führungsschiene dar;
8A stellt eine Draufsicht auf einen halbkegelförmigen Winddrachen dar;
8B stellt eine Seitenansicht eines halbkegelförmigen Winddrachens dar; und
8C stellt eine Endansicht eines halbkegelförmigen Winddrachens dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER DARGESTELLTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die nachstehende Beschreibung wird zur Verfügung gestellt, um es einem einschlägigen Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und sie wird im Zusammenhang mit einer bestimmten Anmeldung und ihrer Erfordernisse bereitgestellt. Verschiedene Modifikationen an den Ausführungsformen werden für Fachleute ohne Weiteres ersichtlich sein, und die hier definierten Prinzipien können auf andere Ausführungsformen und Anmeldungen angewendet werden, ohne vom Geist der Erfindung abzuweichen und den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Die vorliegende Erfindung soll mithin nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern es soll ihr der weiteste Schutzbereich zugesprochen werden, der mit den hier offenbarten Prinzipien, Merkmalen und Lehren in Einklang steht.
1 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, die in Verbindung mit einer Windenergieanlage 110 in Betrieb ist. Die Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zur Steigerung der Arbeit von Windenergieanlagen, aufweisend: einen Winddrachen (Kite) 120, der in etwa die Geometrie eines Halbrohrs oder eines Halbkegels aufweist; einen Drachen-Tragmast 130, der vertikal auf dem Boden vor und stromauf der Windenergieanlage 110 in Übereinstimmung mit der vorherrschenden Windrichtung angebracht ist; eine Drachen-Steuerplattform 140, die Spulen aus Spanndraht aufweist, die mit dem Winddrachen 120 verbunden sind; und eine Führungsschiene 570, die auf dem Boden stromauf des Drachen-Tragmasts 130 zum Positionieren der Drachen-Steuerplattform 140 entlang dieser Führungsschiene 570 angebracht ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein Führungsschienensystem aus mehreren Schienen die einzelne Führungsschiene 570 ersetzen.
Gemäß 2A, 2B und 2C weist eine Ausführungsform des Winddrachens 120 in etwa die Form eines Halbrohrs auf. Gemäß 8A, 8B und 8C weist der Winddrachen 120 gemäß einer weiteren Ausführungsform in etwa die Form eines Halbtrichters auf. Gemäß einer Ausführungsform entspricht die Breite des Winddrachens 120 in etwa dem Durchmesser des Turbinenlaufrads. Die Länge des Winddrachens 120 entspricht etwa der doppelten Breite des Winddrachens 120. Die Größe des Winddrachens 120 kann je nach der Geometrie des Montageorts stark variieren.
Der Drachen 120 besteht aus einem Rahmen 240 und einer im Rahmen angebrachten witterungsbeständigen Membran 230. In einer Ausführungsform ist der Rahmen 240 des Drachens halbsteif mit einem inneren Rahmen 250 und lässt sich bei Betrieb bei starkem Wind geringfügig biegen. Der Rahmen 240 des Drachens weist Anschlusshaken oder Ähnliches zur Verbindung mit den Spanndrähten zum Steuern des Drachens auf. Der Rahmen 240 des Drachens besteht aus einem Rohr aus einer Leichtlegierung, einer Faserverbundstange, einem anderen Kunststoffmaterial oder einer Kombination derselben. Die Membran 230 des Drachens besteht aus Gewebematerial, wie es für die Konstruktion von Segeln und/oder Zelten verwendet wird.
In einer Ausführungsform weist der Drachen 120 in der Mitte des Drachens einen Kanal 210 auf, der sich von einem Rand des Drachens 120 bis zu einer Stelle zwischen dem Rand des Drachens und der ungefähren Mitte des Drachens 120 erstreckt. Der Kanal 210 weist entlang der Länge des Kanals 210 mehrere Haken oder ähnliche Vorrichtungen oder eine Mischung von Vorrichtungen auf, so dass die zwei Seiten des Kanals miteinander verbunden werden. Am Ende des Kanals 210 wird der Kanal zu einem kreisförmigen Kragen 220. Der Kanal 210 und der Kragen 220 sind so bemessen, dass der Drachen 120 um den Drachen-Tragmast 130 herum angeordnet werden kann. Der Durchmesser des Kragens ist groß genug, um dem Winddrachen 120 das Nicken und Gieren um den Drachen-Tragmast 130 herum zu ermöglichen. Andere Ausgestaltungen des Kragens, wie Kardangelenke, werden in weiteren Ausführungsformen ausgebildet. Gemäß 3 wird der Drachen unter Verwendung des Kragens 220 als Schlaufe um den Drachen-Tragmast 130 herum befestigt und mit Schraube und Mutter 310 oder einem anderen Befestigungsmechanismus mit einem oberen Hebering 470 und einem unteren Hebering 480 verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Drachen 120 ungefähr in der Mitte des Drachens einen Kragen 220 auf. Der Drachen 120 wird durch einen oberen Hebespanndraht 460 seitlich entlang des Drachen-Tragmasts 130 zum oberen Ende des Drachen-Tragmasts 130 emporgehoben, und der Kragen 220 des Drachens wird durch ein oberes Ende des Drachen-Tragmasts 130 gezogen. Befindet sich der Kragen 220 des Drachens in seiner Position um den Drachen-Tragmast 130 herum, so wird der Drachen 120 durch Arretieren des oberen Hebespanndrahts 460 und eines unteren Hebespanndrahts 550 befestigt.
Gemäß 4 ist der Drachen-Tragmast 130 vertikal auf dem Boden stromauf der Windenergieanlage in der vorherrschenden Windrichtung angebracht. Der Drachen-Tragmast 130 ist ein Metallrohr, ein struktureller Turm oder Ähnliches. Die Höhe des Drachen-Tragmasts 130 entspricht in etwa der Höhe der Windenergieanlage 110 plus der Länge des Drachens. Der Abstand zwischen dem Drachen-Tragmast 130 und der Windenergieanlage 110 entspricht in etwa der Länge des Winddrachens 120, damit der Winddrachen 120 niemals in physischen Kontakt mit der Windenergieanlage kommen oder den Betrieb von Windenergieanlagen in der Umgebung störend beeinflussen kann. Am oberen Ende des Drachen-Tragmasts 130 ist ein Flaschenzug 410 angebracht, an dem der obere Hebespanndraht 460 fest entlang laufen kann und die Richtung von aufwärts zu abwärts wechseln kann. Unter dem Flaschenzug 410 befindet sich die Anschlagplatte 420, die verhindert, dass der Kragen des Winddrachens sich über das obere Ende des Drachen-Tragmasts 130 hinausbewegt, und dadurch die maximale Betriebshöhe des Winddrachens 120 begrenzt. Am Ende des oberen Hebespanndrahts 460 ist ein oberer Hebering 470 zur Verbindung mit dem Kragen 220 des Drachens befestigt Am entgegengesetzten Ende des oberen Hebespanndrahts 460 ist der Draht auf eine obere Hebespule 430 gewickelt, die in Bodennähe oder an einer nahegelegenen Stelle auf dem Drachen-Tragmast 130 angebracht ist. Nahe der oberen Hebespule 430 ist die untere Hebespule 440 angebracht. Die untere Hebespule 440 wickelt den unteren Hebespanndraht 450 auf. Das Ende des unteren Hebespanndrahts 450 ist am unteren Hebering 480 befestigt, der bei Betrieb mit dem Kragen 220 des Drachens verbunden ist.
Gemäß 5 und 6 ist eine Führungsschiene 570 auf einem Betonfundament 710 (7A und 7B) angebracht. Auf der Führungsschiene 570 ist eine Drachen-Steuerplattform 140 beweglich angebracht Sobald sich die Drachen-Steuerplattform 140 in ihrer Position befindet, wird sie mit einem Bolzen 630 oder einem ähnlichen Mechanismus dort arretiert. Am oberen Ende der Drachen-Steuerplattform sind zwei bis vier Spulen (520 und 530 in 6A) zum Steuern des Drachens angebracht 5 stellt die Ausführungsform mit den zwei Spulen dar. Diese Spulen wickeln die Drachen-Steuerspanndrähte, die mit dem Winddrachen 120 verbunden sind, auf; der obere Spanndraht 540 ist mit dem oberen Ende des Drachens 120 oder ungefähr dort verbunden, während der untere Spanndraht 550 mit dem unteren Ende des Drachens 120 oder ungefähr dort verbunden ist.
Bei der Ausführungsform mit mehr als zwei Spulen wickeln zwei der Spulen die zwei Spanndrähte, die mit dem oberen Ende des Drachens 120 verbunden sind, auf, während die verbleibende/n Spule/n den Drachen-Steuerspanndraht, der mit dem unteren Ende des Winddrachens 120 oder ungefähr dort verbunden ist, aufwickelt/aufwickeln. Auf dem unteren Ende der Drachen-Steuerplattform 140 befindet sich ein Kanal 620, der sicher, aber beweglich über der Führungsschiene 570 befestigt ist. Das Führungsschienensystem kann eine einzelne Schiene sein oder aus mehreren Schienen bestehen. Die Führungsschiene kann auch verschieden gestaltet sein: als rundes Rohr, wie in 7A dargestellt, oder als T-Balken, wie in 7B dargestellt. Auch andere Formen sind möglich. 6A und 6B stellen die Ausführungsform mit der eingleisigen runden Schiene gemäß der Erfindung dar. Gemäß anderen Ausführungsformen können mehrere Schienen vorgesehen sein. Die Führungsschiene 570 wird mit Ankerschrauben 720 auf einem Betonfundament 710 angebracht. Je nach dem Montageort kann die Führungsschiene 570 ein Bogen sein, der mehrere Meter in jeder Richtung misst, oder kann, wenn der Wind konstant aus einer Richtung weht und/oder der Platz begrenzt ist, ein einzelner Punkt sein. In diesem Fall ist die Drachen-Steuerplattform 140 ohne Führungsschiene 570 unmittelbar auf dem Betonfundament 710 angebracht. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Führungsschiene 570 durch mehrere kleinere Plattformen ersetzt, die an verschiedenen Orten angebracht sind, die in etwa die vier Ecken des Winddrachens 120 bilden, welche schräg auf den Boden stromauf des Drachen-Tragmasts 130 projiziert werden. Jede kleinere Plattform weist eine Spule aus Drachen-Steuerspanndraht auf, die mit der jeweiligen Ecke des Winddrachens 120 verbunden ist. Jede der Spulen ist bidirektional und kann in gewünschten Positionen arretiert werden. Jede Konstruktion, der Führungsdraht, die Spule, der Rahmen des Drachens, das Gewebe des Drachens und das Fundament sind aus einem Material und in einer Größe gestaltet und hergestellt, die für die extremsten Witterungsverhältnisse am Montageort geeignet sind.
Vor dem Betrieb wird die Drachen-Steuerplattform 140 auf der Führungsschiene 570 so positioniert, dass sie mit dem Drachen-Tragmast 130 in der vorherrschenden Windrichtung ausgerichtet und in dieser Position arretiert wird. Der obere Spanndraht 540 wird fest mit dem oberen Ende des Winddrachens 120 verbunden, während der untere Spanndraht 550 fest mit dem unteren Ende des Winddrachens verbunden wird.
Der Winddrachen 120 wird durch den Kanal 210 des Drachens um den Drachen-Tragmast 130 herum geschoben. Befindet sich der Kragen 220 des Drachens in seiner Position mit dem Drachen-Tragmast 130, so wird der Kragen 220 mittels Schraube und Mutter 310 oder Ähnlichem geschlossen und fest mit dem oberen Hebering 470 und dem unteren Hebering 480 verbunden. Der Kanal 210 des Drachens wird geschlossen an mehreren Stellen entlang des Kanals 210 befestigt.
Wenn geeignete Längen der Drachen-Steuerspanndrähte 540 und 550 abgewickelt werden, wird der Drachen durch simultanes Aufwickeln der oberen Hebespule 430 und Abwickeln der unteren Hebespule 440 emporgehoben. In Betriebshöhe (üblicherweise am oberen Ende des Drachen-Tragmasts 130) werden sowohl die obere Hebespule 430 als auch die untere Hebespule 440 fest in dieser Position arretiert, wobei sowohl der obere Hebespanndraht 460 als auch der untere Hebespanndraht 450 so beibehalten werden, dass sie gestrafft sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Drachens ohne Kanal ist der Kragen 220 in etwa kreisförmig und so bemessen, dass er mit dem auf der Drachen-Tragkonstruktion angebrachten Drachen-Tragmast zusammenpasst. Bei dieser Ausführungsform wird der Drachen vom oberen Hebespanndraht seitlich entlang der Drachen-Tragkonstruktion emporgehoben. Am oberen Ende der Drachen-Tragkonstruktion wird der Kragen des Drachens über und anschließend durch den Drachen-Tragmast am oberen Ende der Drachen-Tragkonstruktion gezogen. Nachdem sich der Kragen um den Drachen-Tragmast herum in seiner Position befindet, wird der Drachen durch Arretieren des oberen und unteren Hebespanndrahts auf der Drachen-Tragkonstruktion befestigt.
Die obere Drachen-Steuerspule 530 und die untere Drachen-Steuerspule 520 werden so aufgewickelt, dass sie einen Betätigungswinkel für den Windrachen 120 beeinflussen. Dieser kann 45° von der Vertikalen betragen. Je nach den Verhältnissen des Montageorts kann dieser Betätigungswinkel stark variieren. Bei der Ausführungsform mit mehr als zwei Steuerspulen erfolgt die Einstellung des Gierwinkels des Winddrachens 120 dadurch, dass der linke und der rechte Steuerungsspanndraht eine unterschiedliche Länge aufweisen. Ausreichende Betriebsdaten erlauben die Durchführung einer Analyse, um eine optimale Praxistabelle für den Betrieb des Drachens bei unterschiedlichen Witterungsverhältnissen zu erstellen.
Bei fortgeschrittenem Betrieb werden die Turbinenleistung, die Windgeschwindigkeit, die Richtung, die Höhe und die Spulenpositionen gemessen. Diese Messungen werden mit dem Ziel eines optimalen Betriebs von einem SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)-System oder Ähnlichem gesammelt und analysiert, um optimale Turbinenparameter zu erhalten. Anhand dieser Messungen und zusätzlicher Ausrüstung, wie servogesteuerter Spulen, lassen sich eine direkte digitale Steuerung und Regelung (DDC) oder eine prädiktive Steuerung zum Erhalt der besten Leistungsabgabe unter wechselnden Verhältnissen in Echtzeit erzielen. Die voranstehende Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dient nur als Beispiel, und es können in Anbetracht der vorstehend umrissenen Lehre andere Variationen und Modifikationen der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen und Verfahren vorgenommen werden. Zum Beispiel sind die oben dargestellten Ausführungsformen sowohl offshore als auch onshore einsetzbar. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sollen nicht erschöpfend oder einschränkend sein. Die vorliegende Erfindung wird allein durch die nachstehenden Ansprüche eingeschränkt.

Claims

Windenergieanlagensystem, aufweisend: eine Windenergieanlage (110); einen Drachen (Kite) (120), der nahe der Windenergieanlage (110) positioniert ist, so dass er der Windenergieanlage (110) Wind zuführt und niemals in physischen Kontakt mit der Wendenergieanlage (110) kommt, wobei ein Drachen-Tragmast (130) stromauf der Windenergieanlage angebracht ist und der Drachen (120) aufweist: einen Rahmen (240); eine witterungsbeständige Membran (230), die im Rahmen (240) angebracht ist; einen Kanal (210), der sich von einem Rand des Drachens (120) bis zu einer Stelle zwischen dem Rand des Drachens (120) und der ungefähren Mitte des Drachens (120) erstreckt; einen ungefähr kreisförmigen Kragen (220) am Ende des Kanals (210); und Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens (120) zur Verbindung mit Spanndrähten (540, 550); oder der Drachen (120) aufweist: einen Rahmen (240); eine witterungsbeständige Membran (230), die im Rahmen (240) angebracht ist; einen ungefähr kreisförmigen Kragen (220), der zwischen einem Rand des Drachens (120) und der ungefähren Mitte des Drachens (120) angeordnet ist; und Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens (120) zur Verbindung mit Spanndrähten (540, 550).
System nach Anspruch 1, wobei der Drachen (120) in etwa die Form eines Halbtrichters aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei der Drachen (120) in etwa die Form eines Halbrohrs aufweist.
System nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Drachen-Tragkonstruktion, die an einem Kragen (220), der zwischen einem Rand des Drachens (120) und der ungefähren Mitte des Drachens (120) angeordnet ist, an den Drachen (120) angekoppelt ist.
System nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend eine Drachen-Steuerplattform (140) zum Steuern des Drachens (120) anhand der jeweiligen Windverhältnisse, die ungefähr auf Bodenhöhe vor und stromauf der Windenergieanlage (110) angebracht ist und zum Steuern der Position des Drachens (120) an den Drachen (120) angekoppelt ist.
System nach Anspruch 5, wobei die Plattform Spulen (520, 530) aus Spanndraht (540, 550) aufweist, die ungefähr an den Ecken des Drachens (120) angekoppelt sind.
System nach Anspruch 5, weiterhin aufweisend ein Führungsschienensystem, das die Drachen-Steuerplattform (140) in Position bringt.
System nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend eine Drachen-Steuerplattform (140) zum Steuern des Drachens (120) anhand der jeweiligen Windverhältnisse, die ungefähr auf Meereshöhe vor und stromauf der Windenergieanlage (110) angebracht ist und zum Steuern der Position des Drachens (120) an den Drachen (120) angekoppelt ist.
System nach Anspruch 8, wobei die Plattform (140) Spulen (520, 530) aus Spanndraht (540, 550) aufweist, die ungefähr an den Ecken des Drachens (120) angekoppelt sind.
System nach Anspruch 8, weiterhin aufweisend ein Führungsschienensystem, das die Drachen-Steuerplattform (140) in Position bringt.
Verfahren, aufweisend: Positionieren eines Drachens (120) nahe einer Windenergieanlage (110), so dass er der Windenergieanlage (110) Wind zuführt und niemals in physischen Kontakt mit der Wendenergieanlage (110) kommt; und Erzeugen von Elektrizität mit der Windenergieanlage (110), wobei ein Drachen-Tragmast (130) stromauf der Windenergieanlage (110) angebracht ist und der Drachen (120) aufweist: einen Rahmen (240); eine witterungsbeständige Membran (230), die im Rahmen (240) angebracht ist; einen Kanal (210), der sich von einem Rand des Drachens (120) bis zu einer Stelle zwischen dem Rand des Drachens (120) und der ungefähren Mitte des Drachens (120) erstreckt; einen ungefähr kreisförmigen Kragen (220) am Ende des Kanals (210); und Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens (120) zur Verbindung mit Spanndrähten (540, 550); oder der Drachen (120) aufweist: einen Rahmen (240); eine witterungsbeständige Membran (230), die im Rahmen (240) angebracht ist; einen ungefähr kreisförmigen Kragen (220) an einer Stelle zwischen einem Rand des Drachens (120) und der ungefähren Mitte des Drachens (120); und Anschlusshaken ungefähr an den Ecken des Drachens (120) zur Verbindung mit Spanndrähten (540, 550).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Drachen (120) in etwa die Form eines Halbtrichters aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Drachen (120) in etwa die Form eines Halbrohrs aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin aufweisend das Tragen des Drachens (120) mittels einer Drachen-Tragkonstruktion, die an einem Kragen (220), der zwischen einem Rand des Drachens (120) und der ungefähren Mitte des Drachens (120) angeordnet ist, an den Drachen (120) angekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin aufweisend das Steuern des Drachens (120) anhand der jeweiligen Windverhältnisse mittels einer Drachen-Steuerplattform (140), die an den Drachen (120) angekoppelt ist und ungefähr auf Bodenhöhe vor und stromauf der Windenergieanlage (110) angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Plattform (140) Spulen (520, 530) aus Spanndraht (540, 550) aufweist, die ungefähr an den Ecken des Drachens (120) angekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin aufweisend das Führen der Drachen-Steuerplattform (140) mittels eines Führungsschienensystems.
Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin aufweisend eine Drachen-Steuerplattform (140) zum Steuern des Drachens (120) anhand der jeweiligen Windverhältnisse, die ungefähr auf Meereshöhe vor und stromauf der Windenergieanlage (110) angebracht ist und zum Steuern der Position des Drachens (120) an den Drachen (120) angekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Plattform Spulen (520, 530) aus Spanndraht (540, 550) aufweist, die ungefähr an den Ecken des Drachens (120) angekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin aufweisend das Führen der Drachen-Steuerplattform (140) mittels eines Führungsschienensystems.