DE202014100934U1 - Wind turbine with additional power generating device - Google Patents

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Abstract

Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung, wobei die Windkraftanlage einen Druckspeicher und Vorrichtungen umfasst, welche überschüssige Windenergie zur Erzeugung eines Drucks im Druckspeicher nutzen und im Druckspeicher gespeicherte Energie in elektrische Energie umwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher durch mindestens ein Rohr mit einem unteren Abschluss (8) und einem oberen Abschluss (9) gebildet wird, wobei jedes der Rohre Teil der Gründung der Windkraftanlage ist.Wind power plant with additional energy generating device, the wind power plant comprising a pressure accumulator and devices which use excess wind energy to generate a pressure in the pressure accumulator and convert energy stored in the pressure accumulator into electrical energy, characterized in that the pressure accumulator has at least one pipe with a lower end (8 ) and an upper end (9) is formed, each of the tubes being part of the foundation of the wind turbine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einer zusätzlichen Energieerzeugungseinrichtung, wobei wesentliche Teile der Windkraftanlage für die zusätzliche Energieerzeugungseinrichtung Verwendung finden.  The invention relates to a wind turbine with an additional power generating device, wherein essential parts of the wind turbine for the additional power generating device are used.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Windkraftanlagen werden immer häufiger zur Erzeugung der von Industrie und Privathaushalten benötigten Energie genutzt, da sie umweltschonend sind. Weite Bereiche Deutschlands aber auch der Nachbarländer weisen bereits große Windparks auf. Allerdings unterliegen auch die Windkraftanlagen den äußeren Bedingungen. Bei nur schwachen Winden oder gar Windstille wird keine Energie produziert. Wind turbines are increasingly being used to generate the energy needed by industry and households, as they are environmentally friendly. Large areas of Germany and neighboring countries already have large wind farms. However, the wind turbines are also subject to external conditions. With only weak winds or even calm, no energy is produced.

Ein weiteres Problem stellt die Abnahme der erzeugten Energie dar. Die Energie aus Windkraftanlagen steht dann zur Verfügung, wenn sie produziert wird. Oft decken sich jedoch nicht die Zeiten der Energieerzeugung mit den Zeiten, in denen diese Energie benötigt wird. Gerade die Spitzenzeiten des Energieverbrauchs werden dann häufig mit Energie aus weniger umweltfreundlichen Kraftwerken abgedeckt. Neben den Umweltbeeinträchtigungen durch die herkömmlichen Kraftwerke sind insbesondere deren Instandhaltungskosten auch bei Nichtnutzung von hohem Einfluss auf die Stromkosten für den Endverbraucher. Zugleich hat sich das Problem gezeigt, dass die Windkraft zu Produktion von sehr viel Energie in der Lage war, die Abnehmer jedoch fehlten, so dass der Wind nahezu ungenutzt blieb.  Another problem is the decrease in the energy produced. The energy from wind turbines is available when it is produced. Often, however, the times of power generation do not coincide with the times when that energy is needed. The peak times of energy consumption are then often covered with energy from less environmentally friendly power plants. In addition to the environmental damage caused by conventional power plants, in particular their maintenance costs, even when not in use, have a major influence on the electricity costs for the end user. At the same time, the problem has emerged that wind power was able to produce a great deal of energy, but customers were lacking, so that the wind remained almost unused.

Daher wurden verschiedene Entwicklungen offenbart, um Windkraftanlagen auch bei Windstille zur Energiegewinnung heranzuziehen und andererseits Speicher mit den Windkraftanlagen zu verbinden, um überschüssige Energie für den Bedarfsfall zu speichern.  Therefore, various developments have been disclosed to use wind turbines for power generation even in calm weather and on the other hand to connect storage with wind turbines to store excess energy for the case of need.

Der Stand der Technik zeigt in der Offenbarung DE 20 2012 006 146 U1 eine Energieerzeugung mit einer Energiespeicheranlage im Inselbetrieb. Der Energiespeicher umfasst einen Druckgasbehälter, welcher ins Erdreich eingelassen wird, und. Auf oder neben dem Druckgasbehälter ist eine Windkraftanlage angeordnet, welche neben den herkömmlichen Vorrichtungen zur Erzeugung von Energie auch Vorrichtungen zur Erzeugung von Druckgas. Dadurch kann in den Zeiträumen, in denen kein Verbrauch der Windenergie durch externe Verbraucher erfolgt, der Druckgasbehälter mit Druckgas gefüllt werden, welches zu Spitzenzeiten oder bei Flaute zur Stromerzeugung heran gezogen wird. Nachteilig ist, dass zur Speicherung ein sehr aufwendig gestalteter Druckbehälter zusätzlich erstellt werden muss, welcher zusätzlich zur Anlage auch einer Wartung bedarf. Der Platzbedarf dieser Energiespeicheranlage ist immens, so dass in vielen Fällen eine Genehmigung scheitert. The prior art shows in the disclosure DE 20 2012 006 146 U1 an energy production with an energy storage system in island operation. The energy storage includes a compressed gas tank, which is embedded in the ground, and. On or next to the compressed gas tank, a wind turbine is arranged, which in addition to the conventional devices for generating energy and devices for generating compressed gas. As a result, in the periods in which no consumption of wind energy is carried out by external consumers, the compressed gas container can be filled with compressed gas, which is used at peak times or in the doldrums to generate electricity. The disadvantage is that for storage a very elaborately designed pressure vessel must be created in addition, which in addition to the system also requires maintenance. The space requirement of this energy storage system is immense, so that in many cases a permit fails.

Daneben ist aus der DE 20 2008 013 631 U1 die Nutzung des Stahlturmes einer Windkraftanlage als Pressluftspeicher bekannt. Dabei ist der Stahlturm mit Böden geschlossen, so dass sich ein Speicherbehälter aus Turm und Böden bildet. Dieser wird mit Pressluft gefüllt, die bei Bedarf in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Nachteilig ist, dass die konisch zulaufende Form herkömmlicher Windkraftanlage einen nur schwer herstellbaren und somit kostenintensiven Druckspeicher zulässt. Zudem verhindert ein Druckspeicher die einfache Wartung der Bauelemente innerhalb der Gondel der Windkraftanlage, so dass für den Wartungsfall entweder der Druck vom Speicher genommen werden muss, um ihn begehbar zu machen, oder die Wartung von außen erfolgen muss. Beides ist nicht praktikabel. Besides that is from the DE 20 2008 013 631 U1 the use of the steel tower of a wind turbine known as compressed air storage. The steel tower is closed with floors, so that a storage tank of tower and floors forms. This is filled with compressed air, which can be converted into electrical energy when needed. The disadvantage is that the tapered shape of conventional wind turbine allows a difficult to produce and thus costly pressure accumulator. In addition, a pressure accumulator prevents easy maintenance of the components within the nacelle of the wind turbine, so that in case of maintenance either the pressure has to be taken from the memory to make it walkable, or the maintenance must be done from the outside. Both are not practical.

Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Windkraftanlage bereitzustellen, die einen Speicher aufweist, welcher in bestehende Elemente der Windkraftanlage eingefügt werden kann, ohne deren Betrieb zu behindern. The object of the invention is therefore to provide a wind turbine, which has a memory which can be inserted into existing elements of the wind turbine without hindering their operation.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Windkraftanlage gelöst, welche über Monopile- oder Tripile-Gründung verfügt. Allerdings sind auch alle anderen Formen von Gründungen möglich, solange sie Stahlröhren aufweisen. Während früher derartige Gründungen durch Rammen der Stahlröhren erfolgt sind, werden diese nach dem Stand der Technik heute mit Hilfe von Bohrgeräten, die durch das Innere der Stahlröhre herabgelassen werden, durchgeführt. Die Bohrgeräte entfernen dabei anstehendes Erdreich und saugen dieses ab. Dabei wird ein Loch erzeugt, das einen größeren Durchmesser als die Stahlröhre aufweist. Die Stahlröhre wird schon während des Bohrvorganges in das entstehende Loch hinabgelassen. Dabei wird der beim Bohrvorgang entstehende Spalt zwischen Stahlrohr und Erdreich mit einem als Gleitmittel wirkenden Mörtel verfüllt. Bislang wurde das zuvor abgesaugte Material wieder in die Stahlröhre eingefüllt. Erfindungsgemäß erfolgt aber keine Verfüllung sondern ein Abschluss der Stahlröhre am unteren Ende durch Einfügen einer Stahlplatte oder eines anderen geeigneten, Druck aushaltenden Elements. Es ist auch denkbar, dass eine leicht konisch geformte Bodenplatte eingebracht wird, die durch das Gewicht der aufliegenden Stahlröhre und der darauf angeordneten Windkraftanlage zu einem ausreichenden druckdichten Verschluss führt. In Abhängigkeit von den geologischen Verhältnissen kann sogar auf den unteren Abschluss verzichtet werden.  According to the invention this object is achieved by a wind turbine, which has monopile or tripile foundation. However, all other forms of foundations are possible as long as they have steel tubes. While such foundations have previously been made by ramming the steel tubes, these are now performed in the prior art by means of drills lowered through the interior of the steel tube. The drills remove upcoming soil and suck it off. This creates a hole that has a larger diameter than the steel tube. The steel tube is already lowered during the drilling process in the resulting hole. The resulting gap between the steel pipe and soil during drilling is filled with a mortar acting as a lubricant. So far, the previously extracted material was filled back into the steel tube. According to the invention but no backfilling but a conclusion of the steel tube at the bottom by inserting a steel plate or other suitable pressure-containing element. It is also conceivable that a slightly conical bottom plate is introduced, which leads by the weight of the overlying steel tube and the wind turbine arranged thereon to a sufficient pressure-tight closure. Depending on the geological conditions, even the lower degree can be dispensed with.

Das Stahlrohr verfügt an seiner Oberseite über einen Flansch, auf den der Turm der Windkraftanlage, welcher ebenfalls über einen Flansch verfügt, aufgesetzt wird. Zwischen den Flanschen von Stahlröhre und Turm der Windkraftanlage kann ein oberer Abschluss der Stahlröhre eingefügt werden, so dass aus der Stahlröhre ein abgeschlossener druckdichter Raum entsteht. In diesen Raum wird erfindungsgemäß bei Windlast auf der Windkraftanlage aber fehlender Abnahme der erzeugten Energie mit Hilfe dieser Überschussenergie eine Verdichtung der Luft herbeigeführt. Sobald Mehrmengen an elektrischer Energie benötigt werden oder eine Flaute vorherrscht, kann mit Hilfe der Druckluft wiederum ein Generator betrieben werden, der seinerseits Energie zur Abführung an den Verbraucher erzeugt. The steel tube has on its top a flange on which the tower of the wind turbine, which also has a flange, is placed. Between the flanges of steel tube and tower of the wind turbine, an upper end of the steel tube can be inserted, so that the steel tube creates a sealed pressure-tight space. In this space, according to the invention, wind load on the wind turbine but lack of decrease in the energy produced with the help of this excess energy, a compression of the air brought about. As soon as more amounts of electrical energy are required or a doldrums prevail, a generator can again be operated with the aid of compressed air, which in turn generates energy for discharge to the consumer.

Es ist aber auch denkbar, dass die Stahlröhre einfach nur als Luft-gefüllte, geschlossene Kammer ausgebildet ist und bei Überschüssen in der Energieproduktion Wasser in diese gefüllte Röhre eingepumpt wird. Auch dann wird eine Kompression der enthaltenen Luft erreicht, welche bei Flaute wiederum zur Energieproduktion herangezogen werden kann. Bei erneuter Energieproduktion oder sogar der Produktion von Überschussenergie mit der Windkraftanlage kann der Speicher dann leergepumpt werden und nach Füllen mit Luft sowie dem luftdichten Verschließen erneut zusätzlich mit Wasser gefüllt werden, so dass wieder ein Überdruck entsteht.  But it is also conceivable that the steel tube is simply designed as an air-filled, closed chamber and is pumped in surpluses in energy production water in this filled tube. Even then, a compression of the air contained is achieved, which in turn can be used for energy production in doldrums. With renewed energy production or even the production of excess energy with the wind turbine, the storage can then be pumped empty and filled after filling with air and the airtight closing again additionally with water, so that again creates an overpressure.

An der neuartigen Technik des Bohrens sind auch solche Regionen und Länder interessiert, die bislang auf Grund der geologischen Vorgaben keine Gründungen mit Stahlröhren in Erwägung gezogen haben. Insbesondere bei felsigem oder zumindest gesteinsreichem Untergrund war das Rammen bislang nur schwer möglich. Durch diese Technik kommen aber auch viele Onshore-Standorte für den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung in Betracht, da nun die Grundlagen geschaffen sind, Stahlröhren in nahezu jeden Untergrund einzubringen. Daher ist die erfindungsgemäße Lösung sowohl im Offshore- als auch im Onshore-Bereich umsetzungsfähig.  Also interesting are the regions and countries that have previously not considered steel tube foundations due to geological constraints. Especially with rocky or at least rock-rich underground ramming was so far difficult. By means of this technique, however, many onshore sites are also suitable for the use of the solution according to the invention, since the foundations have now been laid for introducing steel tubes into virtually any subsoil. Therefore, the solution according to the invention can be implemented both in the offshore and in the onshore sector.

Gegebenenfalls muss das Stahlrohr durch druckstabilisierende Bauteile ergänzt werden, um den Druck insbesondere in den Bereichen, die aus dem Erdreich herausstehen, aufzufangen. Dort, wo das Stahlrohr vom Erdreich umgeben ist, werden Drücke an das Erdreich abgegeben. Damit ist auch eine nur unerhebliche Kostensteigerung gegenüber dem herkömmlichen Stahlrohr zu erwarten, so dass der zusätzliche Energiegewinnungseffekt eine Effizienzsteigerung der Gesamtanlage mit sich bringt.  If necessary, the steel pipe must be supplemented with pressure-stabilizing components in order to absorb the pressure, in particular in the areas that protrude from the ground. Where the steel pipe is surrounded by soil, pressures are released to the soil. This is also an insignificant cost increase compared to the conventional steel pipe to be expected, so that the additional energy production effect brings an increase in efficiency of the entire system.

Weiterhin ist es denkbar, dass auch andere Vorrichtungen im Zusammenhang mit der Energiegewinnung mit Windkraftanlagen mit vergleichbaren Druckspeichern ausgestattet sind. So verfügen insbesonder im Offshore-Bereich große Windkraftanlagen mit bis zu 5 MW über eigene Transformatorstationen, welche in der Nähe der Windkraftanlagen angeordnet sind. Diese besitzen meist eigene Gründungen, welche mit gleichen Druckspeichern ausgerüstet werden können, wie sie zuvor für Windkraftanlagen beschrieben worden sind.  Furthermore, it is conceivable that other devices are equipped with comparable pressure accumulators in connection with the energy production with wind turbines. In particular offshore large wind turbines with up to 5 MW have their own transformer stations, which are located close to the wind turbines. These usually have their own foundations, which can be equipped with the same pressure accumulators, as they have been previously described for wind turbines.

Die Erfindung wird anhand von zwei Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt  The invention will be explained in more detail with reference to two drawings. It shows

1 eine Windkraftanlage mit Monopile und der Erfindung und 1 a wind turbine with monopile and the invention and

2 eine Windkraftanlage mit Tripile und der Erfindung. 2 a wind turbine with tripiles and the invention.

In 1 wird eine Windkraftanlage 1 gezeigt, die über eine Gondel 2 und Rotorblätter 3 verfügt. Bei Windlast treiben die Rotorblätter 3 einen Generator 4 an, der sich im Innern der Gondel 2 befindet. Erzeugte Energie wird über die Netzeinspeisung 5 abgegeben. Die Windkraftanlage 1 ist auf einem Monopile 7 gelagert, der im Erdreich 6 eingebracht ist. Dabei ist es unerheblich ob es sich bei dem Erdreich 6 um Landmasse oder den Meeresboden handelt. Der Monopile 7 verfügt über einen unteren Abschluss 8 und einen oberen Abschluss 9, wobei der Monopile 7 und die Abschlüsse (8, 9) einen Druckbehälter bilden. Sobald von der Windkraftanlage 1 mit Hilfe des Generators 4 überschüssige Energie produziert wird, die nicht über die Netzeinspeisung 5 abgegeben werden kann, wird ein Druckerzeuger 10 angesteuert, welcher das Medium im Druckbehälter über eine Druckerzeugung 12 unter Druck setzt. Hierbei kann es sich um einen Kompressor handeln, der Luft im Druckbehälter verdichtet, es kann aber auch eine Pumpe sein, die Wasser in den Druckbehälter pumpt, so dass die darin befindliche Luft verdichtet wird. Sobald wieder elektrische Energie benötigt wird, wird der Druckbehälter über eine Druckabgabe 13 entlastet und bei der Entlastung ein Speichergenerator 11 angetrieben, mit dem aus der Speicherenergie wieder elektrische Energie erzeugt wird. Diese kann dann über die Netzeinspeisung 5 abgegeben werden. In 1 becomes a wind turbine 1 shown over a gondola 2 and rotor blades 3 features. With wind load, the rotor blades drive 3 a generator 4 at the inside of the gondola 2 located. Generated energy is transmitted via the grid 5 issued. The wind turbine 1 is on a monopile 7 stored in the ground 6 is introduced. It does not matter if it is the soil 6 about landmass or the seabed. The monopile 7 has a lower degree 8th and a top degree 9 , where the monopile 7 and the degrees ( 8th . 9 ) form a pressure vessel. Once from the wind turbine 1 with the help of the generator 4 excess energy is produced that does not have the network feed 5 can be discharged, is a pressure generator 10 controlled, which the medium in the pressure vessel via a pressure generation 12 put under pressure. This may be a compressor that compresses air in the pressure vessel, but it may also be a pump that pumps water into the pressure vessel, so that the air therein is compressed. As soon as electrical energy is needed again, the pressure vessel is pressurized 13 relieves and relieves a memory generator 11 driven, with the electrical energy is generated from the storage energy again. This can then via the grid feed 5 be delivered.

Die gleiche Anordnung ist in 2 zu erkennen, nur dass hier statt eines Monopiles ein Tripile dargestellt ist. Statt eines Druckbehälters sind hier drei Druckbehälter vorgesehen. Die Druckbehälter werden aus Stahlröhren 14 gebildet, welche jeweils über einen oberen Abschluss 9 und einen unteren Abschluss 8 verfügen. Der Druckerzeuger 10 und der Speichergenerator 11 sind dabei mit allen drei Stahlröhren 14 verbunden, wobei diese entweder in Reihe aber auch zusammengeschaltet sein können. The same arrangement is in 2 to recognize, except that here instead of a monopile a tripile is shown. Instead of a pressure vessel, three pressure vessels are provided here. The pressure vessels are made of steel tubes 14 formed, each with an upper degree 9 and a lower degree 8th feature. The pressure generator 10 and the memory generator 11 are there with all three steel tubes 14 connected, which may be connected either in series but also together.

Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen zusätzlichen Energiegewinnungseinrichtungen in Windkraftanlagen um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Druckspeicher in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso kann der Druckspeicher in einem anderen Material ausgefertigt sein, wenn dies technisch möglich ist und Kostenvorteile bietet. Weiter schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Since it is in the previous, described in detail additional energy production facilities in wind turbines Embodiments, they can be modified in the usual way by those skilled in a wide range, without departing from the scope of the invention. In particular, the concrete embodiments of the pressure accumulator can follow in a different form than described here. Likewise, the accumulator can be made in a different material, if this is technically possible and offers cost advantages. Further, the use of the indefinite article "on" does not preclude that the features in question may also be duplicated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Windkraftanlage Wind turbine
2 2
Gondel gondola
3 3
Rotorblatt rotor blade
4 4
Gondelgenerator gondola generator
5 5
Netzeinspeisung power supply
6 6
Erdreich soil
7 7
Monopile monopile
8 8th
Unterer Abschluss Lower degree
9 9
oberer Abschluss upper degree
1010
Druckerzeuger  pressure generator
1111
Speichergenerator  memory generator
1212
Druckerzeugung  pressurizing
1313
Druckabgabe  pressure output
1414
Stahlröhre  steel tube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 202012006146 U1 [0005] DE 202012006146 U1 [0005]
  • DE 202008013631 U1 [0006] DE 202008013631 U1 [0006]

Claims (6)

Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung, wobei die Windkraftanlage einen Druckspeicher und Vorrichtungen umfasst, welche überschüssige Windenergie zur Erzeugung eines Drucks im Druckspeicher nutzen und im Druckspeicher gespeicherte Energie in elektrische Energie umwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher durch mindestens ein Rohr mit einem unteren Abschluss (8) und einem oberen Abschluss (9) gebildet wird, wobei jedes der Rohre Teil der Gründung der Windkraftanlage ist. Wind turbine with additional power generation device, the wind turbine comprising a pressure accumulator and devices which use excess wind energy to generate a pressure in the pressure accumulator and convert energy stored in the pressure accumulator into electrical energy, characterized in that the pressure accumulator is replaced by at least one pipe with a lower end ( 8th ) and an upper degree ( 9 ) is formed, each of the tubes is part of the foundation of the wind turbine. Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gründung der Windkraftanlage (1) ein Monopile ist. Wind turbine with additional power generating device according to claim 1, characterized in that the foundation of the wind turbine ( 1 ) is a monopile. Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gründung der Windkraftanlage ein Tripile ist. Wind turbine with additional power generating device according to claim 1, characterized in that the foundation of the wind turbine is a tripile. Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gründung der Windkraftanlage eine Vielzahl von Rohren umfasst. Wind turbine with additional power generating device according to claim 1, characterized in that the foundation of the wind turbine comprises a plurality of tubes. Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Abschluss (8) durch anstehendes Gestein gebildet wird. Wind power plant with additional energy generating device according to one of the preceding claims, characterized in that the lower termination ( 8th ) is formed by pending rock. Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Windkraftanlage, z.B. eine Transformatorstation, separat gegründet ist und diese Gründung aus Rohren mit Abschlüssen (8, 9) gebildet wird. Wind turbine with additional power generating device according to one of the preceding claims, characterized in that a part of the wind turbine, such as a transformer station, is founded separately and this foundation of pipes with statements ( 8th . 9 ) is formed.
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