WO2019086069A1 - Windenergieanlage mit co2 sammler und windenergieanlagen-co2-sammler-steuerungs- bzw. betriebsverfahren - Google Patents

Windenergieanlage mit co2 sammler und windenergieanlagen-co2-sammler-steuerungs- bzw. betriebsverfahren Download PDF

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collector
wind turbine
rotor blades
outside air
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    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the invention relates generally to the field of renewable energy production by means of onshore as well as offshore wind turbines, and additionally to the field of C0 2 outdoor air filtration and CO 2 collection, namely the field of environmental engineering.
  • the invention relates to a power plant with C0 2 collector with a tower on a foundation or a base platform, a nacelle and
  • Power plant rotor blades comprising a non-blown outside air intake device for sucking the outside air into the energy installation, arranged in and / or on
  • Machine house and / or in and / or on the tower and / or in and / or on
  • Air outlets are provided for blowing out the sucked and guided outside air, and a carbon dioxide deposition and / or recovery / collection / C0 2 - collector for carbon dioxide capture and / or recovery from the outside air.
  • the invention relates to a Wndenergieanlagen-C0 2 -collector control method with a Wndenergystrom with C0 2 collectors.
  • the offshore wind turbines mostly on anchored in or on the seabed base platforms, basically in the sea, as there significantly higher wind yields are possible.
  • the location of the offshore wind turbines also causes location-related disadvantages, namely in particular the high humidity and the high salt content in the air. Both factors have a negative effect on the materials of the plant as well as on the system components of the offshore wind turbines.
  • the situation is similar for Onshore family wind turbines, which are also exposed to high humidity, but are on land and are usually based on foundations.
  • the rotor blades which mainly consist of glass fiber and / or carbon fiber reinforced plastic, can be damaged by the high humidity and the high salt content of offshore installations, or weakened or even destroyed over the course of more than 20 years.
  • the following components also belong to the site conditioner system components, namely a central hub, at which the two or three, currently there are essentially three,
  • a nacelle which is also referred to as a nacelle, in which the mechanical driveline, namely the machine train, which includes the rotating parts such as hub, rotor shaft, possibly gear and corresponding bearings and seals are arranged , and further includes the generator arranged thereon.
  • the mechanical driveline namely the machine train
  • the rotating parts such as hub, rotor shaft, possibly gear and corresponding bearings and seals are arranged
  • the generator arranged thereon.
  • EP 2 639 450 A1 For this purpose, from EP 2 466 128 A1, EP 2 639 450 A1
  • Air conditioning systems and powerhouse ventilation systems for power plants are known in which the engine house is vented with externally supplied and filtered air, the air is sucked into the machine house and elsewhere the
  • Wndenergystrom known in which air is passed through sections of the machine house through the hub in the rotor blades and can be optionally discharged at several points, in which case energy / heat can be passed from the machine house in the rotor blades, for example, to Eisokoiens the rotor blades.
  • a second prior art may be determined, from which different arrangements are known to wash out or filter and / or collect carbon dioxide, in short C0 2, from the air, and then subsequently process it or to store or process.
  • C0 2 Combustion products of fossil fuels, so C0 2 , is known, in which case C0 2 and H 2 0 to synthetically produced methane / gaseous and / or liquid hydrocarbons in a methane or Fischer-Tropsch synthesis or other suitable
  • Hydrocarbon synthesis is further processed. Furthermore, reference should also be made to the publication WO 2016/161998 A1, in which the technology of C0 2 extraction and the production of synthetically produced methane are combined, but based on large-scale production plants.
  • the related problem of the prior art can be represented essentially such that these at least two technologies, namely CO 2 scrubbing / collection and power generation by means of wind turbines are considered separately from each other.
  • Substantially from renewable energy sources is to be obtained, so that this energy is missing in total the actual consumer further, since the renewable energy produced, for example, with a Wndenergystrom, directly to C0 2 scrubbing the ambient air is used.
  • the following object is to be based on this side of the present invention, namely to show a wind energy plant with additional function at least the collection or washing C0 2 synergistically connects at least the two technologies together to increase the overall efficiency, a in the Maintaining substantially continuous and harmonized operation, in particular of C0 2 collectors, while at the same time producing clean electricity from renewable energy sources while at the same time filtering and at least collecting C0 2 from the air.
  • the pre-equipment of C0 2 filter assembly with fans or fans should be excluded, since they require energy that would be missing the entire electrical network.
  • the energy installation has an essential feature of a C0 2 collector.
  • the energy system is formed: with a tower on one
  • Foundation or a basic platform, a nacelle and wind turbine rotor blades, and further includes in particular:
  • a non-blown outside air intake device for drawing outside air into the outside air intake device
  • the wind turbine being further characterized by the fact that the sucked and guided outside air is passed through the carbon dioxide capture and / or recovery /
  • Collection device / C0 2 collector is guided by an air guide and from the
  • Air outlets of the rotor blades is led out, one by rotation of the
  • Wind turbine rotor blades caused by suction effect when blowing an air flow, which causes the air flow of the outside air.
  • Both devices and correspondingly configured methods in combination therefore save energy or make sensible use of the available energy for further purposes.
  • the carbon dioxide capture and / or recovery / collection device / C0 2 collector is used as adsorption collector with regeneration phases and / or as
  • Carbon dioxide deposition and / or recovery / collection device / C0 2 - collector provide a storage arrangement and / or a Nuhaufarbeitungsvorraum of CO 2 , wherein in this case CO 2 and H 2 0 to synthetically produced methane / gaseous and / or liquid hydrocarbons in a Methane or Fischer-Tropsch synthesis or other suitable hydrocarbon synthesis are processable, which ultimately artificially produced liquid and / or gaseous fuels and these can be removed via existing transport routes, such as the natural gas network or corresponding pipelines or tanker trucks.
  • Hydrocarbon synthesis can also remove any waste heat for the regeneration of the
  • Adsorber material can be used.
  • surplus regeneratively generated electrical energy of the energy plant can be used in times to operate the synthesis processes of the hydrocarbon synthesis or any associated water electrolysis.
  • Synthesis processors can just be operated with regenerative energy, which can be provided just by the power plants.
  • Filter device for filtering the sucked outside air is provided, wherein at least dehumidification and / or desalination and / or dust / particulate matter filtering is feasible, so that the air moisture content of the air is reduced and thus the air when forwarding to the other parts of the system and in particular the Rotor blades could not harm any system components due to excessive humidity.
  • these C0 2 collector can within and also be placed outside the wind turbine.
  • these C0 2 collector could be built on the machine house or around the tower or be provided at the foot of the tower in the foundation area, which makes sense a multiple arrangement makes sense, since so many individual C0 2 collector can be provided which can not be individually regenerated at least at the same time, so that individual collectors are currently being regenerated while other collectors are still in the
  • Collection device / the C0 2 collectors are arranged horizontally or vertically.
  • a vertically arranged column could be mounted in particular within the tower, so that a long Adsorberrange is realized. In particular, this could be done with a liquid that at different height sections in this
  • An arrangement in the nacelle or in particular in the tower of the power plant is also particularly useful because the collectors are arranged weatherproof in this way. This also offers a multiple arrangement over the entire tower height, which makes sense the air flow through appropriate air ducts or the like.
  • the air duct may be arranged at least in partial areas of the machine house and / or the tower and / or the foundation area, so that depending on the configuration or arrangement of the C0 2 collector a corresponding air supply is ensured.
  • the air duct is largely realized via pipes, for example via plastic pipes.
  • the air flow for example, can be guided or directed by air guide elements or flow but also completely free.
  • the C0 2 for use in the production of synthetic fuels or for fertilization, fertilizers for agriculture and food production, or the like., As mineral water production, packaging of meat products (preservation), production of dry ice or plastic production.
  • C0 2 collector To the operation of a C0 2 collector is exemplified that ambient air is filtered and this is the C0 2 is removed.
  • the filters are saturated with C0 2 via an adsorption-desorption process, which is a catalytic process.
  • heat about 100 ° C
  • the C0 2 is dissolved in gaseous form from the filter and transported away and collected or further processed.
  • an optimized aerodynamics for the turbine engine intakes of the C0 2 - collectors can be realized by the arbitrarily selectable arrangement of C0 2 collectors in and / or on the Wndenergystrom.
  • the desorption of C0 2 can be done by generator waste heat with the assistance of a heat pump.
  • a central C0 2 collection point is particularly useful, which is fed via a piping system.
  • the energy systems - C0 2 collector - control or operating method with a Wndenergystrom invention with C0 2 collector has the essential steps:
  • Carbon dioxide separation and / or recovery / collection device / the C0 2 - collector supplies
  • a method which synergistically collects C0 2 with the optimized generation of electricity by means of a Combined wind turbine or the operation of a Wndenergystrom.
  • Air flow which results from the resulting suction when blowing out on the rotor blades, is used to aerate the rotor blades, the machine house and to supply air to the C0 2 collectors.
  • Another particular embodiment is given if before and / or after the collection of the C0 2 filtering the air and / or dehumidifying the air and / or desalting the air and / or dust / fine dust filtering of the air takes place since As a result, the performance of the C0 2 collector can be further optimized, in particular its longevity is further increased and the service intervals are significantly increased.
  • Components of the power plant take place in such a way that initially a cooling of
  • Rotor blades are ventilated from the inside with heated air.
  • a wind turbine ventilation method in particular for an offshore wind turbine, may also include: drawing outside air into a nacelle and / or a tower of a wind turbine, filtering the sucked outside air, at least part of the humidity and / or salinity of the drawn outside air being removed, at least Sectionally guided sucked and filtered outside air through the nacelle and / or the tower, discharging the guided wind turbine
  • a wind energy plant in particular in the offshore area, have a turbine house arranged on and / or on a tower, at least two
  • Energy turbine rotor blades which are arranged rotatably in a common hub about a rotation axis and are connected via a drive train to a generator arranged in the engine house, an outside air intake device for generating an air flow within the machine house and / or the tower with a filter arrangement for filtering the outside the engine house sucked in air.
  • Wnd energieanlagenrotoresti takes place, with this further guided sucked and filtered outside air is discharged from the Wald energieanlagenrotorproofn.
  • Energy turbine rotor blades durably protected against harsh external conditions, especially offshore locations. Salination of internal components as well as materials and materials is prevented. The same applies in particular to C0 2 collectors.
  • moist rotor blades are additionally susceptible to lightning, so that this phenomenon of lightning attraction is reduced by the drying by means of the air passed through. Furthermore, bio-fouling within the rotor blades is almost excluded, since conditioned air is deliberately guided through the rotor blades.
  • Another aspect of this method is that the air generated by the outside air intake device in the nacelle and the introduced from the Wind turbine rotor blades quasi flung out, in addition by the
  • a 50 mm rotor blade of a standard wind turbine can produce a suction capacity of up to 1 bar pressure difference at a speed of 14 revolutions per minute, which corresponds to 0.33 square meters per second, so that the three rotor blades of a wind turbine could achieve a 3 bar suction, however the resulting volume flow is dependent on the cross sections and outlet bores or the air duct. From a certain rotor revolution can be dispensed with due to the suction on the normally conventional compressors, so that a passive ventilation system is realized. In particular, this passive
  • Ventilation system also ensure the volumetric flow supply of the C0 2 collector with outside air.
  • cooling of the wind turbine system components and further heating and / or drying of the wind turbine rotor blades can first take place, so that the high moisture content, in particular of the sea air, can not affect the components of the wind turbine.
  • Particularly advantageous would be a corresponding pre-treatment before feeding to the C0 2 collectors.
  • the discharge can take place at separation points of the flow from the turbine rotor blades, so that, accordingly, a calming of the flow takes place.
  • the wind turbine can also have:
  • a nacelle arranged on and / or on a tower
  • At least two wind turbine rotor blades which are arranged rotatably in a common hub about an axis of rotation and a drive train with a in the
  • Machine house arranged generator connected
  • An outside air intake device for generating an air flow within the
  • Machine house and / or the tower with a filter arrangement for filtering the sucked from outside of the machine house air
  • an air guide arrangement is provided from the interior of the machine house for air guidance of Missionden from the interior of the machine house air into the hub and further into the wind turbine rotor blades and further from the Wndenergyanlagenrotorkindn.
  • the outlets may be on the top and / or rear edge of the
  • Wnd energieanlagenrotorefficiency be arranged.
  • the air duct assembly from the interior of the machine house for air guidance of the substituteridden from the interior of the machine house air into the hub can as at least one hollow bore within the drive train, the drive train seal for
  • Machinery and / or the rotor shaft of the drive train may be formed so that air can be selectively directed from the nacelle into the hub and further into the rotor blades.
  • the air duct assembly from the interior of the machine house for air guidance of Missionden from the interior of the machine house air into the hub as a jacket tube which is formed around the rotor shaft can be configured.
  • the air guide assembly can be an air passage from the hub in the
  • Have turbine rotor blades and / or the air guide assembly can be formed as an open passage between the hub and Wndenergieanlagenrotordegree.
  • the transition between the hub and the turbine rotor blades may be sealed.
  • the transition between hub and machine house can be kept very low accordingly.
  • Fig. 1 is a general schematic schematic representation of a general
  • Fig. 2 is a schematic representation of a first embodiment of
  • Fig. 3 is a schematic representation of a second embodiment of a
  • Fig. 5 is a schematic detail view of the trailing edge 29 of the
  • FIG. 6 shows a schematic detail of a power plant rotor blade 21, 22, 23 in a second exemplary embodiment
  • Fig. 7 is a schematic representation of a third embodiment of a
  • Fig. 8 is a schematic representation of a fourth embodiment of a
  • FIG. 9 is a schematic representation of a fifth embodiment of a
  • inventive energy plant 1 with C0 2 collector 5, in which case the C0 2 - collector 5 is arranged on the foundation 10;
  • FIG. 10 is a schematic representation of a sixth embodiment of a
  • Collector 5 is located inside the tower 1 1 or / and on the machine house 12 and
  • Fig. 11 is a schematic representation of a seventh embodiment of a
  • Wndenergiestrom 1 with C0 2 collector 5 in which case the C0 2 - collector 5 is arranged in and / or on the machine house 12.
  • FIG. 1 shows a general schematic schematic representation of a general
  • a C0 2 collector 5 is arranged, which operates weatherproof there, namely from the one in the tower 11 located outside air intake device 13 receives air supplied, which is then passed through the C0 2 collector 5 and is then passed through the tower in the machine house 12 and is guided by the hub 20 in the three rotor blades 21, 22, 23 wherein the air is then discharged from the rotor blade tips 26.
  • the flow direction is indicated by the arrows.
  • the C0 2 collector can continue to be operated via an additional blower.
  • a corresponding fan can be used synergistically to use the ventilation of the machine house.
  • FIGS. 2 to 7 the invention is described for better clarity in a first partial area which is also worthy of protection, namely the section or area of the wind energy installation 1 which is concerned with the suction effect and ventilation of the installation 1 and the rotor blades 21. 22, 23, in which case essentially a passive air system is shown with a quasi passively generated and fanless air flow.
  • this system can also be combined and, in particular, in particular, connected to a C0 2 collector 5 and preferably also in addition to one
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the energy-generating installation 1 according to the invention, wherein initially the area of the airflow is considered individually.
  • the energy installation 1 consists of a tower 1 1, which is positioned, for example, on the mainland on a foundation 10, on the seabed via a corresponding foundation 10 or on the sea via a corresponding floating arrangement / base platform 10 ', a machine house 12 placed thereon in which a generator 32 is provided with drive train 31, wherein on the generator-far side of the drive train 31, the hub 20 of the Offshore wind turbine 1 is arranged on the turn, as in this
  • Embodiment executed three wind turbine rotor blades 21, 22, 23 are arranged.
  • the nacelle 12 has an outside air intake device 13 with a previously connected filter system 14, the arrows according to the air flow for the
  • FIG 3 shows a schematic illustration of a second exemplary embodiment of an offshore wind energy plant 1 according to the invention.
  • the offshore wind energy plant 1 comprises two
  • Wind turbine rotor blades 21, 22, which are fixed to a common hub and are connected to the generator 32 in the engine house 12, respectively.
  • the corresponding outside air intake device 13 with the filter arrangement 14 ensures a ventilation of the machine house 12 and the continued air through the power plant rotor blades 21, 22.
  • FIG. 4 shows a schematic detail of a wind turbine rotor blade 21, 22, 23 in a first exemplary embodiment.
  • the power plant rotor blade 21, 22, 23 is essentially in four partial areas
  • root area 24 subdivided, namely root area 24, the central area 25, the blade tip area 26 and the blade tip 27 and a corresponding Wnglet.
  • outlets 4, 4 ' are arranged on the trailing edge 29 in the middle region 25 or blade tip region 26, so that the air is conveyed through outlets 4, 4' provided there. outlet, wherein the leakage can be controlled specifically by, for example, subregions of the outlets 4, 4 'can be switched off.
  • the air coming from the nacelle 12 can be led out so that the entire wind turbine rotor blade 21, 22, 23 is ventilated or air-conditioned.
  • the energy turbine rotor blade 21, 22, 23 of the offshore wind energy system 1 with warmed, by waste heat of the electronics and generator systems in the engine house 12, salt-free and low moisture having air through the filter assembly 14, permanently ventilated from the inside, so that the structures and materials can achieve a consistent high level over the long life.
  • Fig. 5 shows a schematic detail of the trailing edge 29 of the
  • FIG. 6 shows a schematic detail of a wind turbine rotor blade 21, 22, 23 in a second exemplary embodiment.
  • At least a smaller part of the supplied air is passed through the entire interior of the wind turbine rotor blade 21, 22, 23 and discharged at the blade tip or winglet 27. It has been shown that even smaller subsets are sufficient for maintaining the permanent component quality of the energy turbine rotor blade 21, 22, 23 and a large part can be used to increase efficiency.
  • Fig. 7 shows a schematic representation of a third embodiment of a
  • offshore wind turbine 1 offshore wind turbine 1.
  • the interior of the machine house 12 is shown schematically, namely the generator 32 with the drive train 31, which includes the rotor shaft 33 and the outside air intake device 13 and the filter assembly 14.
  • the rotating hub 20 to the stationary machine house 12 via a seal 34 sealed.
  • This seal 34 is designed in a simplest variant as minimum gap, but can also be provided with appropriate seals.
  • the air is first fed into the machine house 12 via the outside air intake device 13 with the previously connected filter assembly 14, then predetermined accordingly
  • the passage of the air from the machine house 12 into the hub 20 can take place by means of corresponding feedthroughs between the machine house 12 and the hub 20 or else by the rotor shaft 20, which is hollow in the interior.
  • Another alternative embodiment is given if an air-conducting jacket tube is used alternatively or in addition.
  • the air is guided centrally in the region of the shaft, with corresponding
  • the forwarding of the air from the hub 20 in the Wndenergieanlagenrotoresti 21, 22, 23 can be done by the normally open connection stub of the wind turbine blades 21, 22, 23.
  • When flowing through the hub 20 can additionally be arranged in accordance with there arranged systems, so that the actually aggressive outside air at the offshore locations and a pitch control can not hurt.
  • Fig. 8 is a schematic representation of a fourth embodiment of a
  • Offshore Wndenergiestrom invention 1 shown.
  • a two-part air duct was realized, wherein an air guide of a first partial air flow is passed via a droplet separator to the C0 2 collector 5 and then discharged through the hub 20 and the rotor blades 21, 22, 23 at the blade tips.
  • a second partial flow is passed through an Adsorbtionsentfeuchtung 141 and a salt filter 142 and a compressor, so as to ventilate the machine house, which is particularly important for offshore wind turbines, since there should be an overpressure in the engine house to protect the electronics and technology , A part of Overpressure air can also be passed over the suction effect of the rotor blades via another C0 2 collector 5, not shown here.
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a fifth exemplary embodiment of a wind energy installation 1 according to the invention with C0 2 collector 5, wherein in this case the C0 2 collector 5 is arranged on the foundation 10.
  • Wnd energiestrom 1 initiated or passed through and followed by the
  • Fig. 10 shows a schematic representation of a sixth embodiment of an inventive energy plant 1 with C0 2 collector 5, in which case the C0 2 collector 5 is disposed within the tower 1 1 and / or on the machine house 12.
  • a supplementary hydrocarbon synthesis plant 6 is provided which produces gaseous or liquid hydrocarbons CH X together with hydrogen from a water electrolysis and renewable electrical energy.
  • a large column C0 2 collector 5 is arranged within the tower 1 1, which has a large C0 2 collection capacity and also works efficiently.
  • FIG. 11 shows a schematic illustration of a seventh exemplary embodiment of a wind energy system 1 according to the invention with C0 2 collector 5, wherein in this case the C0 2 collector 5 is arranged in and / or on the machine house 12.
  • a Wndenergieanlagenpark both onshore onshore and offshore can be seen in which several Wnd energieanlagen 1 each with or arranged therein C0 2 collectors 5 are connected to each other such that the filtered out C02 from the outside air in a common collection device is collected and is passed on to a hydrocarbon synthesis plant, in the Utilizing the clean by means of wind energy generate electrical energy again fuels are produced in liquid form or as gas.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage (1) mit CO2 Sammler (5) mit einem Turm (11) auf einem Fundament (10) oder einer Grundplattform (10'), einem Maschinenhaus (12) und Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23), aufweisend: eine gebläselose Außenluft-Ansaugvorrichtung zum Ansaugen der Außenluft in die Windenergieanlage (1), angeordnet im und/oder am Maschinenhaus (12) und/oder im und/oder am Turm (11) und/oder im und/oder am Fundamentbereich (10, 10') eine Außenluft-Luftführung zur Leitung der angesaugten Außenluft durch die Windenergieanlage (1) oder wenigstens durch Teilbereiche der Windenergieanlage (1) bis in die Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23), wobei in den Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23) Luftauslässe zum Ausblasen der angesaugten und geführten Außenluft vorgesehen sind und eine Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs-/-Sammelvorrichtung/ CO2-Sammler (5) zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder -gewinnung aus der Außenluft mit gebläseloser Luftzuführung, angeordnet am und/oder im Fundamentbereich (10, 10') und/oder am und / oder im Turm (11) und / oder am und/oder im Maschinenhaus (12), wobei die angesaugte und geführte Außenluft durch die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs-/-Sammelvorrichtung/CO2-Sammler (5) mittels einer Luftführung geführt ist und aus den Luftauslässen der Rotorblätter herausgeleitet wird, wobei eine durch Rotation der Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23) bedingte Sogwirkung beim Ausblasen eine Luftströmung bewirkt, wobei diese die Luftströmung der Außenluft bewirkt. Ferner betrifft die Erfindung ein Windenergieanlagen (1) - CO2-Sammler (5) - Steuerungs-/Betriebsverfahren mit einer Windenergieanlage (1) mit CO2 Sammler (5).

Description

Windenergieanlage mit C02 Sammler und Windenergieanlagen-C02-Sammler-
Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der erneuerbaren Energieerzeugung mittels Wndenergieanlagen sowohl im Onshore- als auch im Offshore- Bereich sowie zusätzlich das Gebiet der C02 Außenluftfilterung und C02 Sammlung, nämlich den Bereich des Environmental Engineerings.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Wndenergieanlage mit C02 Sammler mit einem Turm auf einem Fundament oder einer Grundplattform, einem Maschinenhaus und
Wndenergieanlagenrotorblättern, aufweisend eine gebläselose Außenluft-Ansaugvorrichtung zum Ansaugen der Außenluft in die Wndenergieanlage, angeordnet im und / oder am
Maschinenhaus und / oder im und / oder am Turm und / oder im und / oder am
Fundamentbereich, sowie eine Außenluft-Luftführung zur Leitung der angesaugten Außenluft durch die Wndenergieanlage oder wenigstens durch Teilbereiche der Windenergieanlage bis in die Windenergieanlagenrotorblätter, wobei in den Windenergieanlagenrotorblättern
Luftauslässe zum Ausblasen der angesaugten und geführten Außenluft vorgesehen sind, und eine Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / C02- Sammler zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder -gewinnung aus der Außenluft.
Ferner betrifft die Erfindung ein Wndenergieanlagen-C02-Sammler-Steuerungsverfahren mit einer Wndenergieanlage mit C02 Sammler.
In den Ausführungen des Standes der Technik lässt sich zunächst ein erster Stand der
Technik bestimmen, aus dem unterschiedliche Windenergieanlagen bekannt sind, wobei diese sowohl Onshore- als auch Offshore-Wndenergieanlagen sein können und Elektrizität durch Umwandlung von Windenergie erzeugen.
Hierbei stehen die Offshore-Windenergieanlagen, meistens auf im oder am Meeresgrund verankerten Grundplattformen, grundsätzlich im Meer, da dort deutlich höhere Winderträge möglich sind. Gleichwohl bedingt der Standort der Offshore-Windenergieanlagen auch standortbedingte Nachteile, nämlich insbesondere die hohe Luftfeuchtigkeit als auch der hohe Salzgehalt in der Luft. Beide Faktoren wirken sich sowohl negativ auf die Materialien der Anlage als auch auf die Systemkomponenten der Offshore-Wndenergieanlagen aus. Ähnlich verhält es sich auch bei Wndenergieanlagen der Onshore Familie, die ebenfalls hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind, jedoch an Land stehen und meistens auf einem Fundament gegründet sind. Die Rotorblätter, die im Wesentlichen aus glasfaser- und / oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen, können durch die hohe Luftfeuchtigkeit und auch den hohen Salzgehalt bei Offshore Anlagen beschädigt, bzw. über die Laufzeit von durchaus mehr als 20 Jahren geschwächt oder sogar zerstört werden. Hierbei ist insbesondere auch diesseits erkannt worden, dass nicht nur der äußere Bereich der Offshore-Windenergieanlagen relevant ist, sondern auch der Innenbereich, nämlich insbesondere die Rotorblätter der
Windenergieanlagen.
Neben den Rotorblättern der Wndenergieanlagen gehören ferner die folgenden Komponenten zu den unter den Standortbedingungen leidenden Wndenergieanlagensystemkomponenten, nämlich eine zentrale Nabe, an der die zwei oder drei, derzeit sind es im Wesentlichen drei,
Wndenergieanlagen-Rotorblätter zu einem zentralen Verband zusammengeschlossen sind, ein Maschinenhaus, das auch als Gondel bezeichnet wird, in dem der mechanische Triebstrang, nämlich der Maschinenstrang, der die drehenden Teile wie Nabe, Rotorwelle, gegebenenfalls Getriebe und entsprechende Lagerungen und Abdichtungen umfasst, angeordnet sind, und ferner gehört weiter der daran angeordnete Generator dazu.
Ebenfalls sind weitere Komponenten genauso systemkritisch und von den
Standortbedingungen der Windenergieanlagen stark anfällig, wobei hierzu die Pitchverstellung, etwaig vorgesehene Bremsen und elektronische Regelungssysteme und dergleichen zählen. Die Komponenten sind nicht nur im Maschinenhaus vorgesehen, sondern auch im Bereich der Nabe, beispielsweise zur Verstellung der Anstellwinkel der Rotorblätter.
Ferner besteht die Möglichkeit der Ausgestaltung alternativer Antriebsstrangskonzepte, wobei beispielsweise über fluidtechnische Antriebe und Steuerungen die Leistung aus der Nabe in ein im Maschinenhaus der, im Turm der oder in einem speziellen Anbau an der Wndenergieanlage vorgesehenen Generator übertragen wird. Hierbei muss zum einen der Generator bzw. dessen Raum entsprechend belüftet und zum anderen die weiteren Systemkomponenten geschützt werden, um Schäden durch die standortbedingten Umweltbedingungen zu vermeiden.
Im Stand der Technik ist es quasi aufgrund der aggressiven, oftmals auch salzhaltigen
Meeresluft, die bewirkt, dass die Wndenergieanlagen stark korrosionsgefährdet sind, quasi Standard geworden, dass unter anderem die Verwendung meerwasserbeständiger Werkstoffe, die Verbesserung des Korrosionsschutzes, die vollständige Kapselung bestimmter Baugruppen sowie die Verwendung von mit Außenluft-Ansaugvorrichtung ausgestatteten Maschinenhäusern und Türmen erfolgt. Es wurde insbesondere diesseits erkannt, dass bei den im Stand der Technik befindlichen Offshore- Windenergieanlagen ein großes Potential der Verbesserung der Offshore- Wndenergieanlagen-Effizienz bzw. eine Effizienzsteigerung realisierbar ist, wobei gleichzeitig eine Erhöhung der Lebensdauer der Gesamtanlage möglich sein könnte, da besonderes Augenmerk seitens des Erfinders auf die im Stand der Technik ungenutzte Luft, aus dem Maschinenhaus der Offshore- Windenergieanlagen gelegt wurde.
Hierzu sind aus den Druckschriften EP 2 466 128 A1 , EP 2 639 450 A1
Luftkonditionierungssysteme und Maschinenhaus-Belüftungssysteme für Wndenergieanlagen bekannt, bei denen das Maschinenhaus mit extern zugeführter und gefilterter Luft belüftet wird, wobei die Luft in das Maschinenhaus eingesaugt wird und an anderer Stelle das
Maschinenhaus wieder verlässt, wobei die Luft im Maschinenhaus entsprechend konditioniert wird.
Weiter ist aus der Druckschrift EP 2 320 076 A2 sowie den Druckschriften WO 2004/036038 A1 , US 2010/0143122 A1 und JP 2005-69082 A ein entsprechendes System an einer
Wndenergieanlage bekannt, bei dem Luft durch Abschnitte des Maschinenhauses durch die Nabe in die Rotorblätter geleitet wird und an mehreren Stellen wahlweise ausgeleitet werden kann, wobei hierbei Energie / Wärme aus dem Maschinenhaus in die Rotorblätter geleitet werden kann, beispielsweise zur Eisfreihaltung der Rotorblätter.
Ferner kann in den Ausführungen zum Stand der Technik ein zweiter Stand der Technik bestimmt werden, aus dem unterschiedliche Anordnungen bekannt sind, um Kohlenstoffdioxid, kurz C02 aus der Luft herauszuwaschen bzw. zu filtern und/oder zu sammeln und dieses dann im Anschluss weiterzuverarbeiten oder zu speichern bzw. zu prozessieren.
Diesbezüglich sind aus den Druckschriften WO 2015/185434 A1 , WO 2014/170184 A1 sowie weiter aus der WO 2016/005226 A1 entsprechende Vorrichtungen und Ausgestaltungen bekannt, um C02 aus der Luft zu waschen bzw. das C02 aus der Luft mittels
Adsorbtionsprozessen zu binden und dieses dann im Weiteren herauszulösen und zu sammeln. Derartige C02 Filteranlagen benötigen immer einen hohen Luftdurchsatz, der im Stand der Technik durch entsprechend dimensionierte Ventilatoren realisiert wird, wobei diese jedoch erneut Elektrizität benötigen. Ferner ist entsprechend zur C02 Abtrennung noch aus der Druckschrift WO 2015/036603 A1 eine C02 Gaswäsche bekannt, die lediglich eine alternative Augestaltungsform der Art der Adsorbtion zeigt.
Hinsichtlich des weiteren Prozessierens wird auf die Druckschrift EP 2 049 232 B1
exemplarisch verwiesen, aus der ein Verfahren zur Wederaufarbeitung von
Verbrennungsprodukten fossiler Brennstoffe, also C02, bekannt ist, wobei hierbei C02 und H20 zu synthetisch hergestelltem Methan / gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoffen in einer Methan- oder Fischer-Tropsch-Synthese oder anderen geeigneten
Kohlenwasserstoffsynthese weiter prozessiert wird. Ferner sei auch noch auf die Druckschrift WO 2016/161998 A1 hingewiesen, bei der die Technologie der C02 Gewinnung und die Herstellung von synthetisch hergestelltem Methan kombiniert werden, jedoch bezogen auf großtechnische Herstellungsanlagen.
Das diesbezügliche Problem des Standes der Technik lässt sich im Wesentlichen derart darstellen, dass diese wenigstens beiden Technologien, nämlich C02 Wäsche / -Sammlung und Stromerzeugung mittels Windenergieanlagen voneinander getrennt betrachtet werden.
Lediglich wird immer wieder ausgeführt, dass die mittels Wndenergie erzeugte Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen zur Herstellung von Synthesegas bzw. Kohlenwasserstoffen verwendet wird. Eine tatsächliche anlagengemäße Kombination mit synergetischen Effekten ist nicht vorgesehen. Das Problem der Ineffizienz der C02 Waschvorrichtungen, insbesondere der Stand-Alone-Anlagen zur Filterung des C02 aus der Umgebungsluft, ist immens, da ein hoher Energieaufwand für die Luftzuführung in die C02 Sammler notwendig ist, der wiederum im
Wesentlichen aus erneuerbaren Energien gewonnen werden soll, so dass diese Energie wieder insgesamt dem tatsächlichen Verbraucher im Weiteren fehlt, da die erneuerbar hergestellte Energie, bspw. mit einer Wndenergieanlage, direkt zur C02 Wäsche der Umgebungsluft verwendet wird.
Selbstverständlich wäre eine mögliche Konsequenz und etwaige Lösung, die bisher noch nicht umgesetzt wurde, einen C02 Sammler des Standes der Technik einfach auf das
Maschinenhaus einer Wndenergieanlage zu setzen und diesen derart zu betreiben, dass der Wnd quasi die Zuführung der Luft selbst übernimmt, so dass keine zusätzlichen Ventilatoren notwendig sind, um die Luft in die C02 Sammler einzubringen, da vorteilhafterweise
insbesondere eine Wndenergieanlage sich immer in Richtung des Wndes ausrichtet, um einen möglichst hohen Wrkungsgrad zu erzielen, so dass der anströmende Wnd direkt ausreicht. Diese naheliegende Konsequenz hat aber auch Nachteile, da die Effizienz der C02 Sammler erheblich schwanken würde, da der Wind nicht gleichmäßig weht, was zu selbstverständlich machbaren Lösungen führen würde, nämlich entsprechende elektronische Steuerungen und Luftumlenkungen, wie beispielsweise Bypass-Steuerungen oder dgl., um so die Probleme zu umgehen. Gleichzeitig würde jedoch nicht das Maximum aus einer derartigen Kombination erzielt werden. Vielmehr haben diesseitige Untersuchungen gezeigt, dass derartige simple Kombinationen zu Problemen führen, da die notwendige gleichmäßige Anströmung der C02 Filter nicht gewährleistet ist und es so an der Effizienz mangelt. Ausgehend von diesen Überlegungen soll diesseits der vorliegenden Erfindung die nachfolgende Aufgabe zugrunde gelegt werden, nämlich eine Windenergieanlage mit zusätzlicher Funktion wenigstens der C02 Sammlung bzw. -Wäsche aufzuzeigen, die synergetisch wenigstens die zwei Technologien miteinander verbindet, um die Gesamteffizienz zu steigern, einen im Wesentlichen kontinuierlichen und harmonisierten Betrieb insbesondere der C02 Sammler zu gewährleisten, wobei gleichzeitig sauberer Strom aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wird und gleichzeitig wenigstens C02 aus der Luft gefiltert und wenigstens gesammelt wird. Insbesondere soll hierbei die Vorrüstung der C02 Filteranordnung mit Gebläsen oder Ventilatoren ausgeschlossen werden, da diese Energie benötigen, die dem gesamten elektrischen Netz fehlen würde.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Windenergieanlage mit C02 Sammler gemäß
Hauptanspruch sowie weiter mit einem Windenergieanlagen-C02-Sammler- Steuerungsverfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch.
Erfindungsgemäß weißt die Wndenergieanlage als wesentliches Merkmal einen C02 Sammler auf. Ferner ist allgemein die Wndenergieanlage ausgebildet: mit einem Turm auf einem
Fundament oder einer Grundplattform, einem Maschinenhaus und Windenergieanlagenrotor- blättern, und weist weiter insbesondere auf:
- eine gebläselose Außenluft-Ansaugvorrichtung zum Ansaugen der Außenluft in die
Wndenergieanlage, angeordnet
- im und / oder am Maschinenhaus und / oder
- im und / oder am Turm und / oder
- im und / oder am Fundamentbereich;
- eine Außenluft-Luftführung zur Leitung der angesaugten Außenluft durch die
Wndenergieanlage oder wenigstens durch Teilbereiche der Wndenergieanlage bis in die Wndenergieanlagenrotorblättern, wobei in den Windenergieanlagenrotorblättern Luftauslässe zum Ausblasen der angesaugten und geführten Außenluft vorgesehen sind
und
- eine Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / C02- Sammler zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder -gewinnung aus der Außenluft mit gebläseloser Luftzuführung, angeordnet
- am und / oder im Fundamentbereich
und/oder
- am und / oder im Turm
und / oder
- am und / oder im Maschinenhaus, wobei die Windenergieanlage sich weiter dadurch auszeichnet, dass die angesaugte und geführte Außenluft durch die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- /
-Sammelvorrichtung / C02-Sammler mittels einer Luftführung geführt ist und aus den
Luftauslässen der Rotorblätter herausgeleitet wird, wobei eine durch Rotation der
Windenergieanlagenrotorblätter bedingte Sogwirkung beim Ausblasen eine Luftströmung bewirkt, wobei diese die Luftströmung der Außenluft bewirkt.
Insgesamt ergibt sich dabei eine synergetische Kombination dieser wenigstens zwei unterschiedlichen Technologien, durch deren Kombination zum Einen saubere Elektrizität hergestellt wird und zum Anderen C02 aus der Luft gewaschen bzw. gefiltert oder gesammelt wird.
Bei Anlagenstillstand besteht die Möglichkeit, die C02-Sammler über ein zusätzliches Gebläse, das für den Hauptbetrieb nicht erforderlich ist, weiter zu betreiben.
Die Synergie dieser Kombination ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die Saugeffekte der rotierenden Rotorblätter beim Ausblasen der angesaugten Luft ein immenser Luftstrom entsteht, der eigentlich im Weiteren ungenutzt bleibt, in diesem Fall jedoch durch die
Anordnung des C02 Filteranordnung / Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / C02-Sammlers gerade die energiekonsumierende Gebläseanordnung der bisher bekannten C02 Sammler überflüssig macht und gleichzeitig einen sogar noch höheren Luftstrom für die C02 Wäsche liefert. Die Einsparungen beim Energieverbrauch der C02- Sammler, die herkömmlicherweise mit Gebläsen betrieben werden müssen, um einen derart ausreichenden Luftstrom durch die Filter zu ermöglichen, werden durch diese Kombination enorm, da vollständig auf die Gebläse verzichtet werden kann.
Beide Vorrichtungen und entsprechend ausgestaltete Verfahren in Kombination sparen daher Energie ein bzw. nutzen sinnvoll die vorhandene Energie für weitere Zwecke.
Ferner ist die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / C02-Sammler als Adsorbtionssammler mit Regenartionsphasen und / oder als
kreislaufgeführter Adsorptionssammler vorteilhafterweise ausgebildet, so dass je nach
Ausgestaltung quasi einerseits im Batchbetrieb zunächst ein Sammeln erfolgt und im Anschluss durch Regeneration, beispielsweise durch Temperaturzugabe, ein Abführen des gesammelten C02 erfolgt, so dass im Weiteren nach der Regeneration weiter C02 gesammelt werden kann, bzw. bei Ausgestaltung als kreislaufgeführtes Adsorbermaterial, bspw. einer Flüssigkeit, kann kontinuierlich C02 gesammelt werden und aus dem Prozess ausgebracht und weiterprozessiert werden. Insbesondere kann eine Regeneration der C02-Sammler in den Zeiten erfolgen, in denen der erzeugte Windenergiestrom nicht über das Netz an Verbraucher abgegeben werden kann, da kein Bedarf vorliegt, so dass in diesen Momenten diese elektrische Überschussenergie dafür genutzt werden kann, um die C02-Sammler zu regenerieren, da es sich auch wirtschaftlich gesehen um kostenlose Energie handelt, was ebenfalls synergetisch betrachtet Vorteile bietet, da die Windenergieanlagen dauerhaft nunmehr betrieben werden dürfen und können.
Hinsichtlich des Weiterprozessierens lässt sich an der C02 Entnahme der
Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / des C02- Sammlers eine Speicheranordnung und / oder eine Wederaufarbeitungsvorrichtung von C02 vorsehen, wobei hierbei C02 und H20 zu synthetisch hergestelltem Methan / gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoffen in einer Methan- oder Fischer-Tropsch-Synthese oder anderen geeigneten Kohlenwasserstoffsynthese prozessierbar sind, wodurch letztendlich flüssige und / oder gasförmige Kraftstoffe künstlich hergestellt werden und diese über bestehende Transportwege abtransportiert werden können, wie beispielsweise das Erdgasnetz oder entsprechende Pipelines oder aber auch Tanklastwagen.
Bei Kombination der C02-Sammler mit einer entsprechend ausgestalteten
Kohlenwasserstoffsynthese kann zudem etwaige Abwärme zur Regenration des
Adsorbermaterials verwendet werden.
Zudem kann überschüssige regenerativ erzeugte Elektroenergie der Wndenergieanlage in Zeiten dafür verwendet werden, die Syntheseprozesse der Kohlenwasserstoffsynthese oder etwaig zugehöriger Wasserelektrolysen zu betreiben.
Weiter betrachtet ist eine derartige Ausgestaltung mit einem in einem Wndpark angeordneten Syntheseprozessor zur Kohlenwasserstoffherstellung durchaus sinnvoll und effizient betreibbar, so dass dezentrale Kraftstoffherstellungsmöglichkeiten gegeben sind, da diese
Syntheseprozessoren eben mit regenerativer Energie betrieben werden können, die gerade durch die Wndenergieanlagen bereit gestellt werden kann.
Weiter ist es besonders vorteilhaft, wenn innerhalb der Außenluft-Luftführung eine
Filtervorrichtung zur Filterung der angesaugten Außenluft vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Entfeuchtung und / oder eine Entsalzung und / oder eine Staub- / Feinstaubfilterung durchführbar ist, so dass der Luftfeuchtegehalt der Luft reduziert wird und somit die Luft beim Weiterleiten in die weiteren Anlagenteile und insbesondere die Rotorblätter nicht dort durch zu hohe Luftfeuchtigkeit etwaigen Systemkomponenten schaden könnte.
Bei der Ausgestaltung der Anordnung der C02-Sammler bzw der Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung können diese innerhalb und auch außerhalb der Windenergieanlage platziert werden. In der einfachsten Ausgestaltung könnten diese C02-Sammler auf dem Maschinenhaus oder um den Turm herum aufgebaut werden oder aber am Fuße des Turms im Fundamentbereich vorgesehen sein, wobei sinnvollerweise eine Mehrfachanordnung sinnvoll ist, da so viele einzelne C02-Sammler vorgesehen werden können, die auch einzeln zumindest nicht unbedingt zeitgleich regeneriert werden können, so dass einzelne Sammler gerade regeneriert werden während andere Sammler noch im
Sammelbetrieb arbeiten.
Diesbezüglich können die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- /
-Sammelvorrichtung / der C02-Sammlers horizontal oder vertikal angeordnet werden. Hierbei könnte insbesondere innerhalb des Turms eine vertikal angeordnete Kolonne montiert werden, so dass eine lange Adsorberstrecke realisiert wird. Insbesondere könnte hierbei mit einer Flüssigkeit gearbeitet werden, die an unterschiedlichen Höhenabschnitten in diese
Reaktionsstrecke eingebracht wird und so schwerkraftbedingt nach erfolgter Adsorbtion nach unten tropft bzw. fließt oder vielmehr geleitet wird. Insgesamt bietet sich daher der Innenraum eines Turms einer Wndenergieanlage an, da auch diese Struktur entsprechenden Belastungen seitens des Gewichts standhält.
Eine Anordnung im Maschinenhaus oder insbesondere im Turm der Wndenergieanlage ist ebenfalls besonders sinnvoll, da die Sammler auf diese Weise Wettergeschützt angeordnet sind. Hierbei bietet sich auch eine Mehrfachanordnung über die gesamte Turmhöhe an, wobei sinnvollerweise die Luftströmung durch entsprechende Luftführungsrohre oder dgl.
entsprechend geführt wird. Bei der Luftführung ist ein entsprechend großer Rohrquerschnitt zu berücksichtigen, so dass die Strömung minimiert wird.
Bei der Anordnung innerhalb des Turms können etliche einzelne Sammler zu einer
übereinander angeordneten Sammlereinheit verschaltet werden, wodurch der normalerweise leere und nutzlose Turm eine Funktion bekommt, nämlich das Aufnehmen der C02 Sammler und deren Schutz vor Wtterungseinflüssen, so dass das Adsorbieren von C02 unabhängig von den Wetterbedingungen stattfinden kann.
Hierzu kann insbesondere die Luftführung wenigstens in Teilbereichen des Maschinenhauses und / oder des Turms und / oder des Fundamentbereiches angeordnet sein, so dass je nach Ausgestaltung bzw. Anordnung der C02-Sammler eine entsprechende Luftzuführung gewährleistet ist.
Die Luftführung wird in großen Teilen über Rohre, bspw. über Kunststoffrohre realisiert. In einzelnen Teilabschnitten, sowie beispielsweise beim Durchströmen des Maschinenhauses oder aber der Rotorblätter kann die Luftströmung bspw. durch Luftleitelemente geführt bzw. gelenkt werden oder aber auch völlig frei strömen.
Insgesamt lässt sich das C02 für die Nutzung in der Erzeugung von synthetisch hergestellten Kraftstoffen oder zur Düngung, Dünger für die Landwirtschaft und Nahrungsherstellung, oder dgl., wie Mineralwasserherstellung, Verpackung von Fleischprodukten (Konservierung), Herstellung von Trockeneis oder Kunststoffherstellung einsetzen.
Zur Funktionsweise eines C02-Sammlers sei exemplarisch ausgeführt, dass Umgebungsluft gefiltert wird und dieser das C02 entzogen wird. Die Filter werden über einen Adsorptions- Desorptions-Prozess mit C02 gesättigt, wobei dies ein katalytischer Prozess ist. Zur Desorption wird Wärme (ca. 100°C) benötigt, die elektrisch als auch durch Zufuhr von Wasser erzeugt werden kann. Dabei wird das C02 gasförmig vom Filter gelöst und abtransportiert und gesammelt bzw. weiter prozessiert.
Zudem kann durch die beliebig wählbare Anordnung der C02-Sammler in und / oder an der Wndenergieanlage eine optimierte Aerodynamik für die Turbinen-Triebwerkseinläufe der C02- Sammler realisiert werden.
Es kann zudem eine automatische Ausrichtung der Turbinen durch die Azimutregelung der Wndenergieanlagen erfolgen.
Zweiter kann die Desorption des C02 durch Generatorabwärme mit Unterstützung einer Wärmepumpe erfolgen.
Durch die großflächige Verteilung der Wndenergieanlagen in einem Windpark, ist eine zentrale C02 Sammelstelle besonders sinnvoll, wobei diese über ein Rohrleitungssystem gespeist wird.
Das Wndenergieanlagen - C02-Sammler - Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren mit einer erfindungsgemäßen Wndenergieanlage mit C02 Sammler weist die wesentlichen Schritte auf:
- Erzeugen von elektrischer Energie durch den bestimmungsgemäßen Betrieb der
Wndenergieanlage;
- paralleles Erzeugen eines Luftstromes durch das Ausblasen von Luft an den rotierenden Rotorblättern, wobei durch das Ausblasen ein Sog entsteht, der weitere Außenluft lüfter- / gebläselos durch die Außenluft-Ansaugvorrichtung über die Luftführung durch die
Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / den C02- Sammler zuführt
und
- Sammeln von C02 aus der zugeführten Außenluft.
Hierdurch wird in einer minimalistischen Ausgestaltung ein Verfahren angegeben, das synergetisch das C02-Sammeln mit der optimierten Elektrizitätserzeugung mittels einer Windenergieanlage bzw. dem Betrieb einer Wndenergieanlage kombiniert. Ungenutzte
Luftströmung, die beim Ausblasen an den Rotorblättern durch den dabei entstehenden Sog entsteht, wird zum Belüften der Rotorblätter, des Maschinenhauses und zur Luftzuführung für die C02 Sammler genutzt.
Eine weitere besondere Ausgestaltung ist gegeben, wenn vor und / oder nach dem Sammeln von dem C02 ein Filtern der Luft und / oder ein Entfeuchten der Luft und / oder ein Entsalzen der Luft und / oder eine Staub- / Feinstaubfilterung der Luft erfolgt, da hierdurch die Leistung des C02-Sammlers weiter optimiert werden kann, insbesondere auch dessen Langlebigkeit weiter gesteigert wird und die Serviceintervale deutlich erhöht werden.
Im Zuge der weiteren Erfindungsverbesserung kann ein Führen der Luft durch die
Komponenten der Wndenergieanlage derart erfolgen, dass zunächst ein Kühlen von
Wndenergieanlage-Systemkomponenten und weiter ein Erwärmen und / oder Trocknen der Wndenergieanlagenrotorblätter erfolgt, wodurch zum Einen Systemkomponenten wie beispielsweise der Generator und die Elektronik gekühlt werden und zum Anderen die
Rotorblätter von innen mit erwärmter Luft belüftet werden.
Weitere Aspekte, insbeosndere auch erfindungsgemäße Ausgestaltungsvarianten, die diesseits im Zuge dieser Erfindung zu erwähnen sind, denen sogar einzeln Schutz zugestanden werden könnte, nämlich in Bezug auf eine Wndenergieanlage, werden nachfolgend ausgeführt:
Ein Windenergieanlagenbelüftungsverfahren, insbesondere für eine Offshore- Wndenergieanlage kann auch aufweisen: ein Ansaugen von Außenluft in ein Maschinenhaus und / oder einen Turm einer Wndenergieanlage, Filtern der angesaugten Außenluft, wobei wenigstens Teile der Luftfeuchtigkeit und / oder des Salzgehaltes der angesaugten Außenluft entzogen werden, wenigstens abschnittsweises Führen der angesaugten und gefilterten Außenluft durch das Maschinenhaus und / oder den Turm, Ausleiten der geführten
angesaugten und gefilterten Außenluft.
Ferner kann eine Wndenergieanlage, insbesondere im Offshore-Bereich, aufweisen ein an und/oder auf einem Turm angeordneten Maschinenhaus, wenigstens zwei
Wndenergieanlagenrotorblätter, die in einer gemeinsamen Nabe um eine Drehachse rotierbar angeordnet sind und über einen Antriebsstrang mit einem im Maschinenhaus angeordneten Generator verbunden sind, einer Außenluft-Ansaugvorrichtung zur Erzeugung eines Luftflusses innerhalb des Maschinenhauses und/oder des Turms mit einer Filteranordnung zur Filterung der von außerhalb des Maschinenhauses angesaugten Luft.
Diesbezüglich könnten weitere Aufgaben oder auch nur Teilaufgaben bzw. sich daraus ergebende Vorteile derart zusätzlich oder auch einzeln gesehen werden, nämlich ein Windenergieanlagenbelüftungsverfahren sowie eine Windenergieanlage, insbesondere für den Offshore-Bereich anzugeben, bei denen die zum Schutz der Systemkomponenten innerhalb des Maschinenhauses benötigte Luft zur Verbesserung der Lebensdauer der Rotorblätter und gleichzeitig zur Erhöhung der Offshore-Windenergieanlagen-Effizienz genutzt werden könnte. Ein entsprechend vorteilhaft ausgebildetes Windenergieanlagenbelüftungsverfahren, insbesondere auch für den Offshore-Bereich könnte aufweisen:
- ein Ansaugen von Außenluft in ein Maschinenhaus und / oder einen Turm einer
Windenergieanlage;
- Filtern der angesaugten Außenluft, wobei wenigstens Teile der Luftfeuchtigkeit und / oder des Salzgehaltes der angesaugten Außenluft entzogen werden;
- wenigstens abschnittsweises Führen der angesaugten und gefilterten Außenluft durch das Maschinenhaus und / oder den Turm;
- Ausleiten der geführten angesaugten und gefilterten Außenluft,
wobei
das Ausleiten der geführten angesaugten und gefilterten Außenluft durch ein weiteres Führen der geführten angesaugten und gefilterten Außenluft in den Innenraum der
Wndenergieanlagenrotorblätter erfolgt, wobei diese weiter geführte angesaugte und gefilterte Außenluft aus den Wndenergieanlagenrotorblättern ausgebracht wird.
Hierdurch ist ergänzend oder auch einzeln möglich, eine Wndenergieanlage mit gereinigter, getrockneter und / oder salzfreier Luft zu belüften und somit zum Einen das Maschinenhaus und zum Anderen die Nabe und die Wndenergieanlagenrotorblätter nachhaltig zu erhalten, da keine aggressive Umgebungsluft in die Anlage gelangt. Durch die gefilterte Luft werden alle intern angeordneten Komponenten als auch das Gehäuse, Turm, Nabe und Innenraum der
Wndenergieanlagenrotorblätter dauerhaft vor den harten äußeren Bedingungen insbesondere der Offshore-Standorte geschützt. Es wird eine Versalzung der inneren Komponenten als auch der Werkstoffe und Materialien verhindert. Selbiges gilt insbesondere auch für C02-Sammler.
Neben der Verbesserung der Langlebigkeit erfolgt auch eine Verbesserung der Aerodynamik.
Insbesondere sind feuchte Rotorblätter zusätzlich anfällig für Blitze, so dass dieses Phänomen der Blitzanziehung durch die Trocknung mittels der durchgeleiteten Luft reduziert wird. Ferner wird auch Bio-Fouling innerhalb der Rotorblätter nahezu ausgeschlossen, da konditionierte Luft bewusst durch die Rotorblätter geführt wird.
Ein weiterer Aspekt dieses Verfahrens besteht darin, dass die durch die Außenluft- Ansaugvorrichtung im Maschinenhaus erzeugte bzw. eingebrachte Luft, die aus den Windenergieanlagenrotorblättern quasi herausgeschleudert wird, zusätzlich durch das
Herausschleudern stärker angesaugt wird, so dass ein etwaig vorgeshener Kompressor weniger Leistung benötigt, um die gleiche Menge Luft bereitzustellen. Ein 50er Rotorblatt einer Standardwindenergieanlage kann bei einer Geschwindigkeit von 14 Umdrehungen pro Minute eine Saugleistung von bis zu 1 bar Druckdifferenz erzeugen, was 0,33 qm pro Sekunde entspricht, so dass die drei Rotorblätter einer Windenergieanlage einen 3 bar starken Sog erzielen könnten, wobei jedoch der resultierende Volumenstrom von den Querschnitten und Auslassbohrungen bzw. der Luftführung abhängig ist. Ab einer gewissen Rotorumdrehung kann aufgrund der Saugleistung auf die normalerweise üblichen Kompressoren verzichtet werden, so dass ein passives Belüftungssystem realisiert wird. Insbesondere kann dieses passive
Belüftungssystem auch die volumenstrommäßige Versorgung des C02-Sammlers mit Außenluft gewährleisten.
Bei der Auslegung und Dimensionierung der Ausblasöffnungen kann insbesondere das
Gesamtdurchlassvolumen im Bereich der Luftführung vom Maschinenhaus zur Nabe berücksichtigt werden. Hierbei wird der Luftdurchlass mit dem Querschnitt im Übergang von Maschinenhaus zur Nabe als der maximale Querschnitt angenommen und die weiteren
Öffnungen, insbesondere in den Blattspitzen entsprechend dimensioniert und angepasst.
Ferner kann beim Führen der Luft durch die Komponenten der Windenergieanlage zunächst ein Kühlen von Wndenergieanlage-Systemkomponenten und weiter ein Erwärmen und / oder Trocknen der Wndenergieanlagenrotorblätter erfolgen, so dass der hohe Feuchtigkeitsgehalt insbesondere der Seeluft den Komponenten der Windenergieanlage nichts anhaben kann. Besonders Vorteilhaft wäre eine entsprechende Vorbehandlung auch vor der Zuführung zu den C02-Sammlern.
Beim Ausleiten aus den Wndenergieanlagenrotorblättern kann ein Reduzieren von Wrbeln und Flattern durch sich ablösende Strömungen und / oder Turbolenzen erfolgen, da das Ausleiten der Luft gezielt erfolgt, nämlich an der Oberseite, der Hinterkante und / oder der Blattspitze / Wnglet.
Durch dieses gezielte Ausleiten wird eine sich ablösende Strömung, die zu Turbolenzen neigt und somit die Effizienz verringert, wieder in eine laminare Strömung bewegt, die zu einer Effizienzsteigerung führt.
Das Ausleiten kann an Ablösepunkten der Strömung von den Wndenergieanlagenrotorblättern erfolgen, so dass entsprechend eine Beruhigung der Strömung stattfindet. Zudem kann die Windenergieanlage auch aufweisen:
- ein an und/oder auf einem Turm angeordnetes Maschinenhaus,
- wenigstens zwei Windenergieanlagenrotorblätter, die in einer gemeinsamen Nabe um eine Drehachse rotierbar angeordnet sind und über einen Antriebsstrang mit einem im
Maschinenhaus angeordneten Generator verbunden sind,
- einer Außenluft-Ansaugvorrichtung zur Erzeugung eines Luftflusses innerhalb des
Maschinenhauses und/oder des Turms mit einer Filteranordnung zur Filterung der von außerhalb des Maschinenhauses angesaugten Luft,
wobei
eine Luftführungsanordnung aus dem Innenraum des Maschinenhauses zur Luftführung der aus dem Innenraum des Maschinenhauses auszubringenden Luft in die Nabe und weiter in die Windenergieanlagenrotorblätter und weiter aus den Wndenergieanlagenrotorblättern vorgesehen ist.
Mittels dieser Wndenergieanlage ist es weiter möglich, die Langlebigkeit der Gesamtanlage zu erhöhen.
Die Auslässe können auf der Oberseite und / oder Hinterkante der
Wndenergieanlagenrotorblätter angeordnet sein.
Die Luftführungsanordnung aus dem Innenraum des Maschinenhauses zur Luftführung der aus dem Innenraum des Maschinenhauses auszubringenden Luft in die Nabe kann als wenigstens eine Hohlbohrung innerhalb des Antriebsstranges, der Antriebsstrangabdichtung zum
Maschinenhaus und / oder der Rotorwelle des Antriebsstranges ausgebildet sein, so dass Luft gezielt aus dem Maschinenhaus in die Nabe und weiter in die Rotorblätter geleitet werden kann. Ferner kann die Luftführungsanordnung aus dem Innenraum des Maschinenhauses zur Luftführung der aus dem Innenraum des Maschinenhauses auszubringenden Luft in die Nabe als Mantelrohr, welches um die Rotorwelle ausgebildet ist, ausgestaltet werden.
Die Luftführungsanordnung kann eine Luftfortführung von der Nabe in die
Wndenergieanlagenrotorblätter aufweisen und / oder die Luftführungsanordnung kann als offener Durchgang zwischen Nabe und Wndenergieanlagenrotorblätter ausgebildet werden.
Der Übergang zwischen Nabe und Wndenergieanlagenrotorblätter kann abgedichtet sein. Hierzu bietet sich ein Minimalstspalt an oder aber auch eine entsprechende Dichtung. Weiter oder ergänzend kann der Übergang zwischen Nabe und Maschinenhaus entsprechend sehr gering gehalten sein. Insgesamt sei angemerkt, dass durch die saugende Wirkung der Luftausbringung an den Rotorblättern ein absolutes Abdichten gar nicht notwendig erscheint, da die Luft aus dem Maschinenhaus nicht durch sämtliche vorhandene Spalten austritt, sondern geschickter Weise durch die Kombination mit den rotierenden Rotorblättern quasi durch die Offshore- Wndenergieanlage geleitet wird.
Die Vorteile ergeben sich insgesamt:
- Kombination von C02-Filterung bei gleichzeitiger Stromerzeugung durch Wndnutzung;
- Verzicht auf zusätzlich üblicherweise notwendige Luftgebläse, die für eine Luftzuführung zu den C02-Sammlern sorgen;
- Kühlung des Innenraums innerhalb des Maschinenraums;
- Erwärmung und Trocknen der Windenergieanlagenrotorblätter und der Nabe;
- Erhöhung der Lebensdauer der Gesamtanlage, sowohl der Windenergieanlage als auch der , C02-Sammler;
- Verhinderung von Versalzung;
- Reduzierung der Kompressorleistung eines etwaig vorgesehenen Kompressors durch den Außenluft-Luftstrom über die Fliehkräfte durch die rotierenden Rotorblätter;
- Beruhigung der Strömungen durch gezieltes Ausblasen an oder auf den Rotorblättern;
- Akustikreduzierung durch die Ausblasung im Blattspitzenbereich;
- Reduzierung und Entfall der Kompressorleistungen der Kompressoren zur Belüftung des Maschinenhauses und
- Reduktion der Blitzeinschlagsgefahr durch Blatttrocknung.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden
Zeichnungen in der Figurenbeschreibung detailliert beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht beschränkend zu werten sind: Es zeigen:
Fig. 1 eine generelle schematische Prinzipdarstellung eines allgemeinen
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 mit C02 Sammler 5 in einer ersten Ausgestaltung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der
Wndenergieanlage 1 mit Betrachtung der Luftströmung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 ; Fig. 4 eine schematische Detaildarstellung eines Windenergieanlagenrotorblattes 21 , 22, 23 in einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine schematische Detaildarstellung der Hinterkante 29 des
Windenergieanlagenrotorblattes 21 , 22, 23 aus Fig. 4; Fig. 6 eine schematische Detaildarstellung eines Wndenergieanlagenrotorblattes 21 , 22, 23 in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 ;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 ;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 mit C02-Sammler 5, wobei hierbei der C02- Sammler 5 am Fundament 10 angeordnet ist;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 mit C02-Sammler 5, wobei hierbei der C02-
Sammler 5 innerhalb des Turms 1 1 oder / und auf dem Maschinenhaus 12 angeordnet ist und
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 mit C02-Sammler 5, wobei hierbei der C02- Sammler 5 im und / oder auf dem Maschinenhaus 12 angeordnet ist.
An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass die nachfolgend beschriebenen und anliegenden Figuren lediglich der Erläuterung der Erfindung dienen sollen und diese nicht beschränkend auszulegen sind. Fig. 1 zeigt eine generelle schematische Prinzipdarstellung eines allgemeinen
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit C02 Sammler 5 in einer ersten Ausgestaltung.
Hierbei ist innerhalb der Wndenergieanlage 1 , die die drei sich in diesem Ausführungsbeispiel bei Draufsicht im Uhrzeigersinn drehenden drei Rotorblättern 21 , 22, 23 umfasst, ein C02- Sammler 5 angeordnet, der dort wettergeschützt arbeitet, nämlich aus der durch eine im Turm 11 befindlichen Außenluft-Ansaugvorrichtung 13 Luft zugeführt bekommt, die dann durch den C02-Sammler 5 geführt wird und im Anschluss durch den Turm in das Maschinenhaus 12 geleitet wird und durch die Nabe 20 in die drei Rotorblätter 21 , 22, 23 geführt wird, wobei die Luft dann aus den Rotorblattspitzen 26 ausgeleitet wird. Hierbei ist die Strömungsrichtung durch die Pfeile angegeben.
Beim Durchströmen der Luft durch den C02-Sammler 5 erfolgt eine katalytische Abtrennung des C02 aus der zugeführten Außenluft.
Die Luftströmung wird quasi von allein aufrecht erhalten und bedarf im Normalbetrieb keiner zusätzlichen Gebläse- oder Pumpleistung, da durch die Fliehkräfte die Luft quasi an den Blattspitzen 26 oder allgemein an den Rotorblättern 21 , 22, 23 herausgeschleudert wird und so ein Sog entsteht, der weitere Luft durch die gesamte Anlage 1 / 5 fördert.
Im Anfahrbetrieb oder aber auch in Zeiten der Windstille kann über ein zusätzliches Gebläse der C02- Sammler weiter betrieben werden. Hierbei kann wiederum synergetisch ein entsprechendes Gebläse gleichzeitig zur Nutzung der Belüftung des Maschinenhauses verwendet werden.
In den nachfolgenden Figuren 2 bis 7 wird zur besseren Verdeutlichung die Erfindung in einem, auch allein schützenswerten, ersten Teilbereich beschrieben, nämlich dem Abschnitt bzw. Bereich der Windenergieanlage 1 , bei dem es um die Sogwirkung und Belüftung der Anlage 1 und der Rotorblätter 21 , 22, 23 geht, wobei hierbei im Wesentlichen ein passiv arbeitendes Luftsystem mit einer quasi passiv erzeugten und lüfterlosen Luftströmung dargestellt ist. Selbstverständlich kann dieses System auch und vor allem insbesondere kombiniert und verbunden sein mit einem C02-Sammler 5 und bevorzugt auch zusätzlich mit einer
Kohlenwasserstoff (CHX) - Syntheseanlage 6, wodurch gerade der synergetische Effekt, nämlich der Nutzung der Luftströmung für die Zuführung der Außenluft zu den C02-Sammlern, in den Vordergrund tritt.
In Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 dargestellt, wobei zunächst der Bereich der Luftströmung einzeln betrachtet wird.
Die Wndenergieanlage 1 besteht aus einem Turm 1 1 , der beispielsweise auf dem Festland auf einem Fundament 10, auf dem Meeresboden über ein entsprechendes Fundament 10 oder auf dem Meer über eine entsprechende Floating-Anordnung / Grundplattform 10' positioniert ist, einem darauf aufgesetzten Maschinenhaus 12, in dem ein Generator 32 mit Antriebsstrang 31 vorgesehen ist, wobei an der Generator-fernen Seite des Antriebsstranges 31 die Nabe 20 der Offshore-Windenergieanlage 1 angeordnet ist, an der wiederum, wie in diesem
Ausführungsbeispiel ausgeführt, drei Windenergieanlagenrotorblätter 21 , 22, 23 angeordnet sind.
Das Maschinenhaus 12 verfügt über eine Außenluft-Ansaugvorrichtung 13 mit einer davor geschalteten Filteranlage 14, die entsprechend der Pfeile die die Luftströmung für die
Außenluft-Ansaugvorrichtung darstellen, Luft von außerhalb des Maschinenhauses 12 ansaugt und diese durch das Maschinenhaus 12 durch die Nabe 20 in die drei Windenergierotorblätter 21 , 22, 23 leitet. Die über das Maschinenhaus 12 eingebrachte Luft wird an den Blattspitzen 27 der Windenergierotorblätter 21 , 22, 23 ausgeblasen, wobei die Luft zunächst innerhalb des Maschinenhauses 12 für eine Kühlung der Systeme sorgt und im Anschluss die Luft innerhalb der Windenergieanlagenrotorblätter 21 , 22, 23 für eine nahezu gleichbleibende Klimatisierung insbesondere Trocknung sorgt und im dritten Schritt die Luft eine Erhöhung des Effizienz der Anlage ermöglicht, da diese an bewusst festgelegten und definierten Stellen aus den
Windenergieanlagenrotorblättern 21 , 22, 23 austritt. Hier ist ebenfalls ein synergetischer Effekt zu erkennen, nämlich auf der einen Seiten die
Kühlung der elektrischen Komponenten und des Generators 32 und auf der anderen Seite das Erwärmen der Rotorblätter 21 , 22 ,23 im Inneren.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Offshore-Wndenergieanlage 1. Die Offshore-Wndenergieanlage 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei
Windenergieanlagenrotorblätter 21 , 22, die an einer gemeinsamen Nabe befestigt sind und entsprechend mit dem Generator 32 im Maschinenhaus 12 verbunden sind. Die entsprechende Außenluft-Ansaugvorrichtung 13 mit der Filteranordnung 14 sorgt für eine Belüftung des Maschinenhauses 12 sowie der fortgeführten Luft durch die Wndenergieanlagenrotorblätter 21 , 22.
In Fig. 4 ist eine schematische Detaildarstellung eines Wndenergieanlagenrotorblattes 21 , 22, 23 in einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt.
Das Wndenergieanlagenrotorblatt 21 , 22, 23 ist im Wesentlichen in vier Teilbereiche
untergliedert, nämlich Wurzelbereich 24, den Mittelbereich 25, den Blattspitzenbereich 26 sowie die Blattspitze 27 bzw. ein entsprechendes Wnglet.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Auslässe 4, 4' an der Hinterkante 29 im Mittelbereich 25 bzw. Blattspitzenbereich 26 angeordnet, so dass die Luft durch dort vorgesehene Auslässe 4, 4' austritt, wobei das Austreten gezielt gesteuert werden kann, indem beispielsweise Teilbereiche der Auslässe 4, 4' abgeschaltet werden können.
Zusätzlich kann zu der Ausblasung an der Hinterkante 29 weiter an der Blattspitze bzw. dem Winglet 27 die aus dem Maschinenhaus 12 stammende Luft herausgeleitet werden, so dass das gesamte Windenergieanlagenrotorblatt 21 , 22, 23 belüftet bzw. klimatisiert ist.
Insbesondere wird das Wndenergieanlagenrotorblatt 21 , 22, 23 der Offshore- Wndenergieanlage 1 mit gewärmter, durch Abwärme der Elektronik- und Generatorsysteme im Maschinenhaus 12, salzfreier und einen geringen Feuchtigkeitsgrad aufweisende Luft, durch die Filteranordnung 14, dauerhaft von Innen belüftet, so dass die Strukturen und Materialien ein gleichbleibendes hohes Niveau über die lange Lebensdauer erzielen können.
Fig. 5 zeigt eine schematische Detaildarstellung der Hinterkante 29 des
Wndenergieanlagenrotorblattes 21 , 22, 23 aus Fig. 3.
Die Auslässe 4, 4' sind in einer speziellen Ausführungsform als Zacken ausgebildet, wobei die Luft aus kleinen Öffnungen über die Zacken verteilt wird. In Fig. 6 ist eine schematische Detaildarstellung eines Wndenergieanlagenrotorblattes 21 , 22, 23 in einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der größte Teil der aus dem Maschinenhaus 12
stammenden und durch die Nabe 20 geleiteten und in das Windenergieanlagenrotorblatt 21 , 22, 23 eingebrachten Luft durch Auslässe 4' ausgebracht, da auf diese Weise eine deutliche Leistungssteigerung der Gesamtanlage ermöglicht wird, da dort auftretende beginnende Ablösungen an der Oberseite 28 des Windenergieanlagenrotorblattes 21 , 22, 23 durch das zusätzliche Einbringen von ergänzender Luft ausgeglichen bzw. wieder in eine laminare
Strömung umgebaut werden, wodurch sich die Effizienz als auch die Leistung erhöht.
Es wird wenigstens ein kleinerer Teil der zugeführten Luft durch das gesamte Innere des Wndenergieanlagenrotorblattes 21 , 22, 23 geleitet und an der Blattspitze bzw. dem Winglet 27 ausgeleitet. Es hat sich gezeigt, dass sich bereits kleinere Teilmengen zur Aufrechterhaltung der dauerhaften Bauteilqualität des Wndenergieanlagenrotorblattes 21 , 22, 23 ausreichend sind und ein Großteil zur Effizienzsteigerung genutzt werden kann.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Offshore-Wndenergieanlage 1. In diesem Beispiel ist das Innere des Maschinenhauses 12 schematisch dargestellt, nämlich der Generator 32 mit dem Antriebsstrang 31 , der die Rotorwelle 33 umfasst sowie die Außenluft- Ansaugvorrichtung 13 und die Filteranordnung 14. Ferner ist die rotierende Nabe 20 zum ortsfesten Maschinenhaus 12 über eine Abdichtung 34 abgedichtet. Diese Abdichtung 34 ist in einer einfachsten Variante als Minimalstspalt ausgestaltet, kann aber auch mit entsprechenden Dichtungen versehen sein.
Die Luft wird zuerst in das Maschinenhaus 12 über die Außenluft-Ansaugvorrichtung 13 mit der davor geschalteten Filteranordnung 14 geleitet, dann entsprechend vorgegebenen
Luftleitbahnen innerhalb des Maschinenhauses 12 verteilt, so dass alle relevanten zu belüftenden Systeme und Bauteile umspült werden, wobei im Anschluss die Luft in die Nabe 20 geleitet wird und von dort in die Windenergieanlagenrotorblätter 21 , 22, 23 weitergeleitet wird. Ferner erfolgt eine Zuführung zu dem im Maschinenhaus 12 vorgesehenen C02-Sammler 5, der entsprechend das C02 aus der zugeführten Luft filtert.
Das Durchführen der Luft von Maschinenhaus 12 in die Nabe 20 kann durch entsprechende Durchführungen zwischen dem Maschinenhaus 12 und der Nabe 20 oder aber auch durch die im Inneren hohlausgebildete Rotorwelle 33 erfolgen. Weitere alternative Ausgestaltung ist gegeben, wenn ein luftführendes Mantelrohr alternativ oder auch ergänzend verwendet wird. Insbesondere wird die Luft zentral im Bereich der Welle geführt, wobei entsprechende
Querschnitte ausgebildet werden.
Die Weiterleitung der Luft aus der Nabe 20 in die Wndenergieanlagenrotorblätter 21 , 22, 23 kann durch die im Normalfall offenen Anschlussstutzen der Windenergieanlagenrotorblätter 21 , 22, 23 erfolgen.
Beim Durchströmen der Nabe 20 können zusätzlich entsprechend dort angeordnete Systeme umspült werden, so dass die eigentlich aggressive Außenluft an den Offshore-Standorten auch einer Pitchregelung nicht schaden kann.
In Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäßen Offshore-Wndenergieanlage 1 dargestellt.
Hierbei wurde eine zweigeteilte Luftführung realisiert, wobei eine Luftführung eines ersten Teilluftstroms über einen Tropfenabscheider zu dem C02-Sammler 5 geführt wird und anschließend durch die Nabe 20 und die Rotorblätter 21 , 22, 23 an deren Blattspitzen ausgebracht wird. Ein zweiter Teilstrom wird über eine Adsorbtionsentfeuchtung 141 und einen Salzfilter 142 sowie über einen Verdichter geführt, um damit das Maschinenhaus zu belüften, was insbesondere für Offshore-Wndenergieanlagen von Bedeutung ist, da dort ein Überdruck im Maschinenhaus zum Schutz der Elektronik und Technik vorgesehen sein sollte. Ein Teil der Überdruckluft kann ebenfalls über die Sogwirkung der Rotorblätter über einen weiteren hier nicht dargestellten C02-Sammler 5 geführt werden.
In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung in Bezug auf die Anordnung der C02-Sammler 5 näher erläutert.
In Fig. 9 ist eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit C02-Sammler 5 gezeigt, wobei hierbei der C02- Sammler 5 am Fundament 10 angeordnet ist.
Die Luft wird direkt beim C02-Sammler 5 angesaugt und in den Turm 11 der
Wndenergieanlage 1 eingeleitet bzw. durchgeleitet und im Anschluss durch das
Maschinenhaus 12 durch die Rotorblätter 21 , 22, 23 letztendlich herausgeführt.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 mit C02-Sammler 5, wobei hierbei der C02-Sammler 5 innerhalb des Turms 1 1 oder / und auf dem Maschinenhaus 12 angeordnet ist. Weiter ist eine ergänzende Kohlenwasserstoffsyntheseanlage 6 vorgesehen, die zusammen mit Wasserstoff aus einer Wasserelektrolyse und erneuerbarer elektrischer Energie gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe CHX herstellt.
Hierbei ist innerhalb des Turms 1 1 über große Abschnitte eine Art Kolonnen C02-Sammler 5 angeordnet, der eine große C02-Sammelleistung hat und ebenfalls effizient arbeitet.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wndenergieanlage 1 mit C02-Sammler 5, wobei hierbei der C02-Sammler 5 im und / oder auf dem Maschinenhaus 12 angeordnet ist.
Hierbei kann insbesondere der anströmende Wnd, da die Wndenergieanlage immer in den Wnd gedreht wird, optimal für eine ausreichende Strömungszufuhr für den C02-Sammler 5 sorgen, was wiederum zu einer weiteren Steigerung der C02 Produktion führt.
Insbesondere sind auch Kombinationen der zuvor genannten Ausführungsbeispiele wichtig und sollten auch kombiniert werden, soweit sinnvoll und möglich.
Ferner kann als vorteilhafte Gesamtkombination ein Wndenergieanlagenpark sowohl Onshore auf dem Festland als auch Offshore gesehen werden, in dem mehrere Wndenergieanlagen 1 mit jeweils daran oder darin angeordneten C02-Sammlern 5 miteinander derart verbunden sind, dass das herausgefilterte C02 aus der Außenluft in einer gemeinsamen Sammelvorrichtung gesammelt wird und weiter an eine Kohlenwasserstoffsyntheseanlage geführt wird, in der unter Ausnutzung der sauberen mittels Windenergie erzeugen elektrischen Energie wieder Kraftstoffe in flüssiger Form oder als Gas hergestellt werden.
Bezugszeichenliste
1 Wndenergieanlage
10, 10' Fundament / Grundplattform
1 1 Turm
12 Maschinenhaus
13 Außenluft-Ansaugvorrichtung
14 Filteranordnung
140 Tropfenabscheidung
141 Adsorbtionsentfeuchtung
142 Salzfilter
20 Nabe
21 , 22, 23 Wndenergieanlagenrotorblatt
24 Wurzelbereich
25 Mittelbereich
26 Blattspitzenbereich
27 Blattspitze / Wnglet
28 Oberseite
29 Hinterkante
31 Antriebsstrang
32 Generator
33 Rotorwelle
34 Abdichtung
35 Verdichter
4, 4' Auslässe
5 C02-Sammler
6 CHx-Syntheseanlage
-» Luftströmung

Claims

A N S P R Ü C H E
Windenergieanlage (1) mit C02 Sammler (5) mit:
- einem Turm (1 1) auf einem Fundament (10) oder einer Grundplattform (10'),
- einem Maschinenhaus (12) und
- Windenergieanlagenrotorblättern (21 , 22, 23),
aufweisend:
- eine gebläselose Außenluft-Ansaugvorrichtung zum Ansaugen der Außenluft in die Windenergieanlage (1), angeordnet
- im und / oder am Maschinenhaus (12) und / oder
- im und / oder am Turm (11) und / oder
- im und / oder am Fundamentbereich (10, 10');
- eine Außenluft-Luftführung zur Leitung der angesaugten Außenluft durch die
Windenergieanlage (1) oder wenigstens durch Teilbereiche der Wndenergieanlage (1) bis in die Wndenergieanlagenrotorblättern (21 , 22, 23), wobei in den
Windenergieanlagenrotorblättern (21 , 22, 23) Luftauslässe zum Ausblasen der angesaugten und geführten Außenluft vorgesehen sind
und
- eine Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / C02-Sammler (5) zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder -gewinnung aus der Außenluft mit gebläseloser Luftzuführung, angeordnet
- am und / oder im Fundamentbereich (10, 10')
und/oder
- am und / oder im Turm (1 1)
und / oder
- am und / oder im Maschinenhaus (12),
wobei
die angesaugte und geführte Außenluft durch die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / C02-Sammler (5) mittels einer Luftführung geführt ist und aus den Luftauslässen der Rotorblätter herausgeleitet wird, wobei eine durch Rotation der Wndenergieanlagenrotorblättern (21 , 22, 23) bedingte Sogwirkung beim Ausblasen eine Luftströmung bewirkt, wobei diese die Luftströmung der Außenluft bewirkt. Windenergieanlage (1) mit C02 Sammler (5) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / C02- Sammler (5) als Adsorbtionssammler mit Regenartionsphasen und / oder als
kreislaufgeführter Adsorptionssammler ausgebildet ist.
Wndenergieanlage (1) mit C02 Sammler (5) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der C02 Entnahme der Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / - Sammelvorrichtung / des C02-Sammlers (5)
- eine Speicheranordnung
und / oder
- eine Wederaufarbeitungsvorrichtung von C02 vorgesehen ist, wobei hierbei C02 und H20 zu synthetisch hergestelltem Methan / gasförmigen und/oder flüssigen
Kohlenwasserstoffen in einer Methan- oder Fischer-Tropsch-Synthese oder anderen geeigneten Kohlenwasserstoffsynthese prozessierbar sind
angeordnet ist.
Wndenergieanlage (1) mit C02 Sammler (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
innerhalb der Außenluft-Luftführung eine Filtervorrichtung (14) zur Filterung der angesaugten Außenluft vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Entfeuchtung (140 / 141) und / oder eine Entsalzung (142) und / oder eine Staub- / Feinstaubfilterung durchführbar ist.
Wndenergieanlage (1) mit C02 Sammler (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / der C02-Sammlers (5) horizontal oder vertikal angeordnet ist.
Wndenergieanlage (1) mit C02 Sammler (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftführung wenigstens in Teilbereichen des Maschinenhauses (12) und / oder des Turms (11) und / oder des Fundamentbereiches (10, 10') angeordnet ist. Windenergieanlagen (1) - C02-Sammler (5) - Steuerungs- / Betriebsverfahren mit einer Wndenergieanlage (1) mit C02 Sammler (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend die Schritte:
- Erzeugen von elektrischer Energie durch den bestimmungsgemäßen Betrieb der Wndenergieanlage (1);
- paralleles Erzeugen eines Luftstromes durch das Ausblasen von Luft an den rotierenden Rotorblättern (21 , 22, 23), wobei durch das Ausblasen ein Sog entsteht, der weitere Außenluft lüfter- / gebläselos durch die Außenluft-Ansaugvorrichtung über die
Luftführung durch die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / - Sammelvorrichtung / den C02-Sammler (5) zuführt
und
- Sammeln von C02 aus der zugeführten Außenluft.
Wndenergieanlagen (1) - C02-Sammler (5) - Steuerungs- / Betriebsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
vor und / oder nach dem Sammeln von C02 ein Filtern der Luft und / oder ein Entfeuchten der Luft und / oder ein Entsalzen der Luft und / oder eine Staub- / Feinstaubfilterung der Luft erfolgt.
Wndenergieanlagen (1) - C02-Sammler (5) - Steuerungs- / Betriebsverfahren nach einem der zwei vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Führen der Luft durch die Komponenten der Wndenergieanlage (1) zunächst ein Kühlen von Wndenergieanlage-Systemkomponenten und weiter ein Erwärmen und / oder Trocknen der Windenergieanlagenrotorblätter (21 , 22, 23) erfolgt.
Wndenergieanlagen (1) - C02-Sammler (5) - Steuerungs- / Betriebsverfahren nach einem der drei vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Regeneration der C02-Sammler (5) in den Zeiten durchgeführt wird, in denen der erzeugte Wndenergiestrom nicht über das Netz an Verbraucher abgegeben werden kann.
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