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Die Erfindung betrifft eine technische Anlage zur Gewinnung wenigstens eines chemischen Stoffes durch Aufspalten eines chemischen Ausgangs-Stoffes und/oder Auftrennen eines Ausgangs-Stoffsystems, mit (a) mindestens einer Windenergieanlage zur Erzeugung elektrischer Energie in Form von Gleichstrom und (b) mindestens einer mittels Gleichstrom betreibbaren technischen Einrichtung zum Aufspalten des chemischen Ausgangs-Stoffes und/oder zum Auftrennen des Ausgangs-Stoffsystems.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine technische Einrichtung für eine derartige technische Anlage und ein entsprechendes Verfahren zur Gewinnung wenigstens eines chemischen Stoffes durch Aufspalten eines chemischen Aufgangs-Stoffes und/oder Auftrennen eines Ausgangs-Stoffsystems mittels einer derartigen technischen Anlage.
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Das Dokument
EP 1 323 222 B 1 beschreibt eine technische Anlage zur Gewinnung des chemischen Stoffes Wasserstoff durch Aufspalten des chemischen Ausgangs-Stoffes Wasser per Wasserelektrolyse und zur Gewinnung von aufbereitetem Wasser durch Entsalzen des Ausgangs-Stoffsystems Meerwasser, mit mehreren Windenergieanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie in Form von Gleichstrom und mehreren mittels Gleichstrom betreibbaren technischen Einrichtungen, unter anderem zur Wasserelektrolyse und zur MeerwasserEntsalzung. Jede der Windenergieanlagen weist einen Generator zur Erzeugung von Generatorstrom und einen dem Generator nachgeschalteten Gleichrichter zur Wandlung des Generatorstroms in den Gleichstrom eines Zwischenkreises auf. Zwischen dem Zwischenkreis und jeder der technischen Einrichtungen ist ein jeweiliger Gleichspannungswandler zwischengeschaltet, der die Gleichspannung des Zwischenkreises in die von der jeweiligen technischen Einrichtung benötigte Gleichspannung wandelt.
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Eine derartige technische Anlage mit Zwischenkreis lässt sich gut regeln, hat aber einen recht komplexen Aufbau, der seinen Preis hat.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, die es ermöglichen, eine derartige technische Anlage zu vereinfachen und/oder günstiger zu machen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Bei der erfindungsgemäßen technischen Anlage zur Gewinnung wenigstens eines chemischen Stoffes durch Aufspalten eines chemischen Ausgangs-Stoffes und/oder durch Auftrennen eines Ausgangs-Stoffsystems, mit (i) mindestens einer Windenergieanlage zur Erzeugung elektrischer Energie in Form von Gleichstrom und mit (ii) mindestens einer gleichstrombetreibbaren technischen Einrichtung zum Aufspalten des chemischen Ausgangs-Stoffes und/oder zum Auftrennen des Ausgangs-Stoffsystems, ist vorgesehen, dass diese zumindest eine technische Einrichtung mehrere gleichstrombettreibbare Module zum Aufspalten des chemischen Ausgangs-Stoffes und/oder zum Auftrennen des Ausgangs-Stoffsystems aufweist, wobei diese Module einrichtungsintern bezüglich des von der mindestens einen Windenergieanlage unmittelbar erzeugten Gleichstroms, in einem Strompfad in Serie verschaltbar sind und jedes der Module der Serienschaltung wahlweise zuschaltbar ist.
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Das Aufspalten des chemischen Ausgangs-Stoffes erfolgt beispielsweise durch Elektrolyse und das Auftrennen des Ausgangs-Stoffsystems beispielsweise durch ein Membrantrennverfahren wie Osmose bzw. Umkehrosmose. Im Falle der Osmose/Umkehrosmose wird dann die benötigte Druckdifferenz per mit Gleichstrom betriebener Pumpe erzeugt.
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Verglichen mit der in Dokument
EP 1 323 222 B 1 beschriebenen technischen Anlage kann durch die besondere Ausgestaltung der technischen Einrichtung(en) bei der erfindungsgemäßen technischen Anlage nun der Gleichstrom zur Gewinnung des chemischen Stoffes direkt aus dem „Zwischenkreis“ entnommen werden. Zusätzliche Gleichspannungswandler werden nicht benötigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Windenergieanlage einen Generator zur Erzeugung von Generatorstrom und einen dem Generator nachgeschalteten Gleichrichter zur Wandlung des Generatorstroms in den Gleichstrom für die mindestens eine Einrichtung auf. Dieser Gleichstrom wird gegebenenfalls noch modifiziert, bevorzugt mittels eines Bremswiderstandes.
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Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Gleichrichter eingerichtet ist, den vom Generator erzeugten Generatorstrom über nur einen Wandlungsschritt in den Gleichstrom zu wandeln. Der Generatorstrom ist ein Wechselstrom, der per Gleichrichter nur einmal gewandelt und dann der mindestens einer gleichstrombetreibbaren technischen Einrichtung zur Verfügung gestellt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung zur Gewinnung des chemischen Stoffes durch Aufspalten des chemischen Ausgangs-Stoffes oder Auftrennen des Ausgangs-Stoffsystems eine Wasserelektrolyseanlage zur Gewinnung von Wasserstoff oder eine Wasser-Entsalzungsanlage zur Gewinnung von aufbereitetem Wasser ist. Diese beiden Anwendungen sind neben dem Laden von lokalen Akkumulatoren die beiden weiteren typischen „Insel-Anwendungen“ derartiger technischer Anlagen.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich jedes Modul zusammen mit einer in Serie geschalteten ersten Schalteinheit und mit einer parallel zu dieser Serienschaltung aus Modul und erster Schalteinheit geschalteten zweiten Schalteinheit in einem jeweiligen Abschnitt des Strompfades befindet. Über die parallel geschalteten Schalteinheiten können die entsprechenden Module jeweils per Bypass-Strompfad kurzgeschlossen und so aus dem Strompfad herausgenommen werden.
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Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die zumindest eine technische Einrichtung Mittel zur Messung des Modulstroms und/oder der Modulspannung seiner Module aufweist. Dies sind insbesondere Strom- bzw. Spannungsmesseinrichtungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die technische Anlage zumindest eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Regelung der mindestens einen Windenergieanlage und zur Ansteuerung der mindestens einen technischen Einrichtung auf. Dabei steuert die Steuer- und/oder Regeleinrichtung insbesondere die den Modulen zugeordneten Schalteinheiten an.
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Bei der erfindungsgemäßen technischen Einrichtung zum Aufspalten eines chemischen Ausgangs-Stoffes und/oder zum Auftrennen eines Ausgangs-Stoffsystems, die mittels Gleichstrom betreibbar ist, insbesondere für eine vorstehend genannte technische Anlage, ist vorgesehen, dass diese technische Einrichtung mehrere gleichstrombetriebene Module zum Aufspalten des chemischen Ausgangs-Stoffes und/oder zum Auftrennen des Ausgangs-Stoffsystems aufweist, wobei diese Module einrichtungsintern bezüglich elektrischer Anschlüsse für den Gleichstrom in einer Serienschaltung verschaltbar sind und jedes der Module der Serienschaltung wahlweise zuschaltbar oder überbrückbar ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Gewinnung wenigstens eines chemischen Stoffes durch Aufspalten eines chemischen Aufgangs-Stoffes oder Auftrennen eines Ausgangs-Stoffsystems mittels einer technischen Anlage, die mindestens eine Windenergieanlage zur Erzeugung elektrischer Energie in Form von Gleichstrom und mindestens eine mittels dieses Gleichstroms betriebene Einrichtung zur Gewinnung des chemischen Stoffes durch Aufspalten des chemischen Aufgangs-Stoffes oder Auftrennen des Ausgangs-Stoffsystems aufweist, ist vorgesehen, dass diese zumindest eine technische Einrichtung mehrere gleichstrombetriebene Module zum Aufspalten des chemischen Aufgangs-Stoffes oder Auftrennen des Ausgangs-Stoffsystems aufweist, die bezüglich des Gleichstroms in einem Strompfad in Serie verschaltbar sind, wobei jedes der Module dem Strompfad in Abhängigkeit einer aktuellen elektrischen Leistung der mindestens einen Windenergieanlage wahlweise zugeschaltet oder überbrückt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass sich die aktuelle elektrische Leistung der mindestens einen Windenergieanlage aus den aktuellen Windverhältnissen und einer Regelung der mindestens einen Windenergieanlage ergibt. Die Regelung erfolgt insbesondere mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung.
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Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die mindestens eine Windenergieanlage einen Generator zur Erzeugung von Generatorstrom und einen dem Generator nachgeschalteten Gleichrichter zur Wandlung des Generatorstroms in den Gleichstrom für die mindestens eine technische Einrichtung auf, wobei der Gleichrichter den vom Generator erzeugten Generatorstrom über nur einen Wandlungsschritt in den Gleichstrom wandelt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der mindestens eine gewonnene chemische Stoff ein (a) durch Elektrolyse gewonnener Stoff, insbesondere Wasserstoff und/oder (b) durch einen Membrantrennprozess oder einen thermischen Trennprozess gewonnener Stoff, insbesondere Wasser, ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt die
- 1 eine technische Anlage zur Gewinnung eines chemischen Stoffes gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung.
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Die 1 zeigt eine technische Anlage 10 zur Gewinnung wenigstens eines chemischen Stoffes durch Aufspalten eines chemischen Ausgangs-Stoffes. Die technische Anlage 10 umfasst dabei einerseits eine Windenergieanlage 12 zur Erzeugung elektrischer Energie in Form von Gleichstrom und andererseits eine gleichstrombetreibbare technische Einrichtung 14 zum Aufspalten des chemischen Ausgangs-Stoffes. Im vorliegenden Fall ist der chemische Ausgangsstoff Wasser (H2O) und der daraus mittels der technischen Anlage 10 gewonnene chemische Stoff Wasserstoff (H2). Alternativ oder zusätzlich könnte diese technische Anlage 10 so erweitert werden, dass sie auch zur Gewinnung wenigstens eines chemischen Stoffes durch Auftrennen eines Ausgangs-Stoffsystems geeignet ist.
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Die Windenergieanlage 12 der hier gezeigten technischen Anlage 10 umfasst einen Rotor 16 mit Rotorblättern 18 und einer Rotorwelle 20, einen über die Rotorwelle 20 angetriebenen Generator 22 zur Erzeugung von Generatorstrom und einen dem Generator 22 nachgeschalteten Gleichrichter 24 zur Wandlung des Generatorstroms in den Gleichstrom für die technische Einrichtung 14. Eine Regelung der mechanischen Leistung wird bei pitchgeregelten Windenergieanlage 12 durch das Verdrehen der Rotorblätter 18 gewährleistet.
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Hierbei wird die Vorderkante des jeweiligen Rotorblattes 18 in die Anströmung gedreht. Der geringere Anstellwinkel α führt zu kleineren Auftriebskräften und somit zu einer geringeren Leistung. Zur Durchführung der Regelung weist die Windenergieanlage 12 eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 auf. Der Generator 22 setzt diese mechanische Leistung um und erzeugt einen Generatorstrom entsprechender elektrischer Leistung. Diese kann dann mittels eines Bremswiderstandes 28 reduziert werden. Hier im gezeigten Beispiel ist der Generator 22 als Synchrongenerator 30 ausgebildet. Bei diesem Synchrongenerator 30 erfolgt die Steuerung eines entsprechenden Erregerstromes durch den Erregersteller 32 in der Erregerwicklung 34 in Kombination mit der erwähnten Pitchregelung.
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Die technische Einrichtung 14 weist ihrerseits eine Mehrzahl gleichstrombetreibbarer Module 36 jeweils zum Aufspalten des chemischen Ausgangs-Stoffes auf. Diese Module 36 sind einrichtungsintern in einer Schaltungsanordnung 38 verschaltet, über die sie bezüglich des von der Windenergieanlage 12 unmittelbar erzeugten Gleichstroms, in einem Strompfad 40 in Serie, also in einer Serienschaltung mehrerer dieser Module 36, verschaltbar sind. Jedes Modul 36 der Mehrzahl von Modulen 36 in der Schaltungsanordnung 38 ist der entsprechenden Serienschaltung mehrerer Module 36 wahlweise zuschaltbar. Dazu befindet sich jedes der Module 36 zusammen mit einer in Serie geschalteten ersten Schalteinheit 42 und mit einer parallel zu dieser Serienschaltung aus Modul 36 und erster Schalteinheit 42 geschalteten zweiten Schalteinheit 44 in einem jeweiligen Abschnitt 46 des Strompfades 40. Zusätzlich weist jeder Abschnitt 46 eine parallel zum jeweiligen Modul 36 geschaltete Spannungsmesseinrichtung 48 sowie eine mit dem jeweiligen Modul 36 in Serie geschaltete Strommesseinrichtung 50 auf.
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Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 ist im vorliegenden Beispiel sowohl für die Steuerung/Regelung der Windenergieanlage 12 als auch der technischen Einrichtung 14 zuständig. Daher gibt sie Steuersignale auch an die Schalteinheiten 42, 44 aus und liest die Messeinrichtungen 48, 50 aus (in 1 durch Pfeile angedeutet).
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Die aktuelle elektrische Leistung der Windenergieanlage 12 ergibt sich aus den aktuellen Windverhältnissen und der Regelung der Windenergieanlage 12. Zur Gewinnung des chemischen Stoffes durch Aufspalten eines chemischen Aufgangs-Stoffes mittels der technischen Anlage 10 wird nun jedes gleichstrombetriebene Modul 36 der technischen Einrichtung 14 dem Strompfad 40 in Abhängigkeit der aktuellen elektrischen Leistung der Windenergieanlage 12 wahlweise zugeschaltet.
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Innerhalb dieser technischen Anlage 10 ist es möglich, einen Verbraucher, der nur mit vergleichsweise niedriger Spannung betrieben werden darf, in diesem Fall beispielsweise einen Elektrolyseur, an einer Windenergieanlage 12 mit deutlich höherer Ausgangsspannung ohne Verwendung eines Transformators und nur mit Hilfe der in der Windenergieanlage 12 notwendigerweise vorhandenen Leistungselektronik - insbesondere im Gleichrichter 24 - anzuschließen. Um die Leistung, die die Windenergieanlage 12 liefert, in eine niedrige Spannung bei hohem Strom umzuwandeln (Leistung ist das Produkt Spannung * Strom) ist eine große Überdimensionierung der Leistungselektronik erforderlich, weil der Strom dimensionierend für die Halbleiterschalter der Leistungselektronik ist. Ebenso entstehen hohe Verluste in einer entsprechenden Turmverkabelung eines (hier nicht gezeigten) Turms der Windenergieanlage 12 (Verluste verhalten sich quadratisch zum Strom), wenn der steuerbare Gleichrichter 24 im Maschinenhaus oben auf dem Turm betrieben wird.
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Es ist die dem hier gezeigten Aufbau der technischen Anlage 10 zugrundeliegende Idee die Anschlussspannung des Verbrauchers, also der technischen Einrichtung 14, so zu erhöhen, das die Leistungsabgabe der Windenergieanlage 12 optimiert werden kann und die Regelung der Windenergieanlage 12 und die Regelungsanforderungen des Verbrauchers - hier der als Elektrolyseur ausgebildeten technischen Einrichtung 14 - möglichst optimal zu kombinieren. Durch die Nutzung von mehreren Modulen 36 und deren Serienschaltung innerhalb der technischen Einrichtung 14 erhöht sich die Gesamt-Anschlussspannung an den Anschlüssen 52, 54 der technischen Einrichtung 14 bei gleichbleibender Anschlussspannung der einzelnen Module 36. Die Gesamt-Anschlussspannung entspricht dann der mittels des Bremswiderstandes 28 reduzierte Generatorspannung an den Anschlüssen 52, 54.
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Sind alle in Serie geschalteten Verbraucher/Module 36 im Verhalten identisch, d.h. alle haben bei gleicher Temperatur und Spannung die exakt gleichen Innenwiderstände, erhält jedes der Module 36 eine Anschlussspannung von exakt U/n bei n= Anzahl der in Serie geschalteten Verbraucher und U = Ausgangsspannung des WEA Gleichrichters 24. Man braucht nur die Spannung U über die Leistungselektronik 24, 26 genau zu regeln und es stellt sich der erwünschte Strom in den Verbrauchern, also den Modulen 36, ein.
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Das ist in Realität aber nicht der Fall. Daher muss die Spannung an jedem im Strompfad 40 in Serie geschalteten Modul 36 um einen Betrag veränderlich sein, um eine genaue Stromregelung in jedem der Module 36 durchführen zu können. Dies kann durch den jedem Modul 36 parallelgeschaltete zweite Schalteinheit 44 erfolgen. Wird eine der zweiten Schalteinheiten 44 geschlossen, wird die Spannung an dem entsprechenden Modul 36, welches parallel zu dieser zweiten Schalteinheit 38 liegt, kurzgeschlossen, beträgt also 0V. Gleichzeitig erhöht sich die Spannung an den anderen Modulen 36 des Strompfades 40 von U/n auf den Betrag U/(n-1) also die nicht überbrückten Module 36 bekommen eine höhere Spannung. Durch schnelles Takten, entweder per Pulsweitenmodulation (PWM) oder konstante Pulslänge und variable Taktfrequenz, stellt sich ein zeitlicher Mittelwert einer Spannung an jedem der Module 36 ein, die exakt durch ein Taktverhältnis (Einschaltdauer / Ausschaltdauer) an jeder zweiten Schalteinheit 44 einstellbar ist. Der Mittelwert des Stromes in jedem Modul 36 ist abhängig vom Mittelwert der Spannung und ist damit in den Spannungsstellungsgrenzen in jedem Modul 36 regelbar. Durch eine Strommessung in jedem Modul 36 mittels der entsprechenden Strommesseinrichtung 50 kann eine Stromregelung erfolgen. Dabei gilt zu beachten, dass nie alle zweiten Schalteinrichtungen 44 gleichzeitig geschlossen werden um einen Kurzschluss von U zu vermeiden. Durch Parallelschaltung eines jeweiligen (hier nicht gezeigten) Kondensators zu den Modulen 36 kann eine Glättung der Spannung an den Modulen 36 erreicht werden.
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Die Regelung erfolgt vorzugsweise durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26, die in diesem Fall die Schalteinheiten 42, 44 ansteuert und den Strom per Strommesseinrichtung 50 misst. Die Regelung kann aber auch durch einen anderen Regler erfolgen, der Eingriff auf die Steuerung der Schalteinheiten 42, 44 und die Strommesseinrichtungen 50 hat. Dies kann zum Beispiel eine (hier nicht gezeigte) Steuer- und/oder Regeleinrichtung der technischen Einrichtung 14 sein.
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Rein prinzipiell kann ein Modul jedes Gerät sein oder umfassen, welches Leistung (Wirk- und/oder Scheinleistung) aufnimmt, also z. B ein Elektrolyseur, Widerstände, Akku, Kondensatoren, Motoren, .... Ist ein Modul
36 ein elektrischer Energiespeicher wie beispielsweise ein Akkumulator oder ein Kondensator, so ist die erste Schalteinheit
42 erforderlich um zu verhindern, dass beim Schalten der zweiten Schalteinheit
44 ein Kurzschluss entsteht. Die erste Schalteinheit
42 kann eine Diode sein, dann ist nur ein geregelter Ladevorgang möglich. Wird die erste Schalteinheit
42 als aktiver Schalter, zum Beispiel IGBT, ausgeführt, ist ein geregeltes Laden und ein Entladen der elektrischen Energiespeicher in den „Zwischenkreis“ der Spannung
U der Windenergieanlage
12 möglich, zum Beispiel als Versorgung der Steuerungskomponenten um einen Schwarzstart der Windenergieanlage
12 durchzuführen. Eine derartige technische Anlage
10 ist auch für die im Dokument
EP 1 323 222 B1 beschriebenen Insel-Anwendungen geeignet.
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In einer Lastschaltung können verschiedene Verbraucher kombiniert werden, z.B. Widerstände, Elektrolyseure Akkumulatoren. Auch können die Module 36 in der Serienschaltung unterschiedliche Spannungen besitzen. Diese können im Rahmen der Regelungsgrenzen durch Anpassung der Puls-Pausenverhältnisse der zweiten Schalteinheiten 44 eingestellt werden.
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Soll nur ein bestimmter Mittelwert einer Spannung an den Modulen 36 eingestellt werden, braucht keine Strommessung zu erfolgen. Durch Integration einer Spannungsmessung kann eine Spannungsregelung erfolgen, z.B. um genaue Ladespannungen für Akkumulatoren einstellen zu können und um den Ladevorgang zu überwachen. Strom und Spannungsregelung können auch kombiniert werden z.B. um eine U/I Laderegelung für Akkumulatoren umzusetzen.
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Werden mehr als 2 Module 36 in Serie geschaltet, kann die Schaltfolge der zweiten Schalteinrichtungen 44 mehrstufig kombiniert werden. Die Schaltfolge erfolgt in kompletten Zyklen. In einem Schaltzyklus werden alle Schalteinrichtungen 44 in bestimmter Reihenfolge geschaltet. Sind alle zweiten Schalteinrichtungen 44 im Zyklus geschaltet worden beginnt der nächste Schaltzyklus. In einem Schaltzyklus kann die Schaltfolge so gestaltet sein das jede Schalteinrichtungen 44 einzeln nacheinander für eine bestimmte Zeitdauer geschaltet wird. Nicht alle Schalteinrichtungen 44 müssen in einem Schaltzyklus geschaltet werden. Es können auch mehrere Schalteinrichtungen 44 gleichzeitig oder zeitlich überlappend geschaltet werden. Werden mehrere Schalteinrichtungen 44 gleichzeitig geschaltet, erhöht sich die Maximal auftretende Spannung an den Modulen 36, die nicht geschaltet werden. Dadurch kann auch bei zu niedriger Spannung U eine ausreichende Spannung an den Modulen 36 durch entsprechendes Schalten von Kombinationen von zweiten Schalteinrichtungen 44 eingestellt werden.
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Die mechanische Leistung des Rotors 16 wird in elektrische Leistung durch den Generator 22 umgesetzt. Die vom Generator 22 an die Module 36 der technischen Einrichtung 14 abgegebene Leistung muss immer exakt gleich der vom Generator 22 erzeugten Leistung sein. Wir die Generatorleistung größer als die Leistung die von den Modulen 36 aufgenommen wird, dann wird Leistung im „Zwischenkreis“ gespeichert das zur Erhöhung der Spannung U führt. Wird vom Generator 22 weniger Leistung abgegeben als die Module 36 aufnehmen, führt dies zu einer Verminderung der Spannung U. Es ist nur sehr wenig Energie zwischenspeicherbar . Daher muss die Leistungsregelung schnell bzw. dynamisch erfolgen.
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Die Leistungsregelungsmöglichkeiten in Bezug auf U durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 sind die folgenden:
- (i) Die Pitchregelung (aktiver Rotorblattverstellung) mit der die mechanische Wind- Leitung die den Generator antreibt geregelt wird.
- (ii) Leistungsaufnahme durch den Bremswiderstand 28 im „Zwischenkreis“ des Frequenzumrichters, also des Gleichrichters 24, der Windenergieanlage 12.
- (iii) Bei Synchrongeneratoren 30, die Steuerung des Erregerstromes durch den Erregersteller 32 in der Erregerwicklung 34 in Kombination mit der Pitchregelung.
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Die Pitchregelung kann die Antriebsleistung im Sekundenbereich regeln. Die Dynamik reicht nicht in allen Fällen aus um das erforderliche Leistungsgleichgewicht einzustellen. Daher kann zusätzlich bei Überleistung kurzzeitig der Einsatz des Bremswiderstandes 28 erforderlich werden. Es kann auch eine andere Art von Verbraucher zugeschaltet werden wenn in ihm die Leistung schnell genug umgesetzt werden kann. Wird die elektrische Leistung durch den Erregersteller 32 durch Verminderung des Magnetisierungsstromes verringert, ist die abgegebene elektrische Leistung kleiner als die antreibende mechanische Leistung und der Rotor 16 der Windenergieanlage 12 wird beschleunigen. Daher muss hier durch die Pitchverstellung zusätzlich eine Leistungsminderung der mechanischen Antriebsleistung erfolgen. Wird der Magnetisierungsstrom erhöht vergrößert sich das Drehmoment des Generators 22 und die Drehzahl sinkt ab wenn die mechanische Antriebsleistung des Rotors 16 nicht gleichzeitig erhöht wird. Falls das Pitchsystem in dem Fall Regelreserve hat (Pitchwinkel > 0°) dann kann die mechanische Rotorleistung durch Rotorblattverstellung erhöht werden. Diese Reglungsmechanismen werden verwendet um die Spannung U in den erforderlichen Grenzen zu halten. Die Regelung wird dabei in der Regel durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 26 der Windenergieanlage 12 durchgeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- technische Anlage
- 12
- Windenergieanlage
- 14
- technische Einrichtung
- 16
- Rotor
- 18
- Rotorblatt
- 20
- Rotorwelle
- 22
- Generator
- 24
- Gleichrichter
- 26
- Steuer- und/oder Regeleinrichtung
- 28
- Bremswiderstand
- 30
- Synchrongenerator
- 32
- Erregersteller
- 34
- Erregerwicklung
- 36
- Modul
- 38
- Schaltungsanordnung
- 40
- Strompfad
- 42
- erste Schalteinheit
- 44
- zweite Schalteinheit
- 46
- Abschnitt
- 48
- Spannungsmesseinrichtung
- 50
- Strommesseinrichtung
- 52
- Anschluss
- 54
- Anschluss
- U
- Generatorspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1323222 [0003, 0009]
- EP 1323222 B1 [0033]
