AT505597B1 - METHOD FOR OPERATING A WIND POWER PLANT - Google Patents

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AT505597B1 AT0124607A AT12462007A AT505597B1 AT 505597 B1 AT505597 B1 AT 505597B1 AT 0124607 A AT0124607 A AT 0124607A AT 12462007 A AT12462007 A AT 12462007A AT 505597 B1 AT505597 B1 AT 505597B1
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Description

2 AT 505 597 B12 AT 505 597 B1

WindkraftanlageWind turbine

Beschreibungdescription

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage sowie eine Verwendung von Überschussenergie aus dem Stromnetz.The present invention relates to a method for operating a wind turbine and to using excess energy from the power grid.

Energie aus regenerativen Energieträgern, beispielsweise Wind, steht in der Regel nicht permanent zur Verfügung. Das hat den Nachteil, dass keine kontinuierliche Stromerzeugung möglich ist. Andererseits steht immer wieder Überschussenergie aus dem Stromnetz bzw. aus örtlich anderen Windkraftanlagen zur Verfügung.Energy from renewable energy sources, such as wind, is usually not permanently available. This has the disadvantage that no continuous power generation is possible. On the other hand, there is always surplus energy available from the electricity grid or from locally other wind turbines.

Aus dem Stand der Technik ist die DE 4339402A1 bekannt. Diese Veröffentlichung offenbart ein Verfahren und eine Anlage in der Windenergie mittels eines Rotors über ein Getriebe mit Kupplung an einen Generator zur Stromerzeugung angeschlossen ist. Über eine weitere Kupplung ist ein Turboverdichter angeschlossen, der gleichzeitig mit der Stromerzeugung Druckluft erzeugen kann, die gespeichert wird. Bei Flaute kann der Druckluftvorrat aus einem Speicher zum Betrieb des als Turbine laufenden Turboverdichters dienen, der über eine Kupplung den Generator antreibt und damit Strom erzeugt.DE 4339402A1 is known from the prior art. This publication discloses a method and apparatus in the wind energy by means of a rotor via a transmission with coupling to a generator for generating electricity is connected. Another coupling is connected to a turbo compressor, which can generate compressed air at the same time as power generation, which is stored. In case of doldrums, the supply of compressed air from a reservoir can serve to operate the turbocompressor running as a turbine, which drives the generator via a coupling and thus generates electricity.

Aus der angeführten Veröffentlichung ist es jedoch nicht ersichtlich, wie die möglicherweise in anderen Windkraftanlagen oder Stromerzeugungsanlagen vorhandene Stromüberschussenergie genutzt werden kann.From the cited publication, however, it is not clear how the surplus energy possibly present in other wind turbines or power generation plants can be used.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage und ein Verfahren zur Umwandlung und Speicherung von Windenergie sowie eine Anlage zu seiner Durchführung anzugeben, bei welchem die im Wind enthaltene mechanische Arbeit entweder in elektrischen Strom umgewandelt wird, oder gleichzeitig zumindest teilweise die Windenergie in Form von Druckluft gespeichert wird, und im Bedarfsfall eine Stromüberschussenergie genutzt werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a system and a method for the conversion and storage of wind energy and a system for its implementation, in which the mechanical work contained in the wind is either converted into electricity, or at least partially the wind energy in the form is stored by compressed air, and in case of need an excess power can be used.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Stromüberschussfall der Generator als Motor betrieben wird und damit den Turboverdichter antreibt, der Luft komprimiert und in dem Druckluftspeicher speichert.This is inventively achieved in that in the current surplus case, the generator is operated as a motor and thus drives the turbocompressor, which compresses the air and stores in the compressed air reservoir.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Variante ist neben dem Generator ein Motor auf der Welle angeflanscht. In diesem Fall läuft der Generator nicht im Motorbetrieb, da spezielle Generatoren ev. nicht besonders geeignet für Motorbetrieb sind und daher spezieller auf Energiegewinnung ausgelegt sind. Andererseits kann der Motor besser als Motor ausgelegt werden, so dass die Netzüberschussenergie besser ausgenutzt werden kann. Das ist auch eine Kostenfrage, macht aber je nach Betriebsart und Bedarf auch Sinn, z.B. in Hitzeperioden um etwas Luftbewegung zu erzeugen oder z.B. in Weingartenanlagen mithelfen um Bodenfrost zu verhindern oder Kälteseen aufzulösen.According to another variant of the invention, a motor is flanged on the shaft in addition to the generator. In this case, the generator is not running in the engine, because special generators ev. Not particularly suitable for engine operation and are therefore designed specifically for energy. On the other hand, the engine can be better designed as a motor, so that the network surplus energy can be better utilized. This is also a cost issue, but makes sense depending on the mode of operation and need, e.g. in heat periods to create some air movement or e.g. to help in vineyards plants to prevent ground frost or dissolve cold lakes.

Bei der Luftkomprimierung entsteht Wärme. Diese Wärme wird in einem Wärmetauscher genutzt. Bei Druckluftentspannung entsteht Kälte. Diese Energie kann über einen Wärmetauscher genutzt werden. Der Wärmetauscher befindet sich erfindungsgemäß im Turm der Windkraftanlage, kann aber außerhalb angeordnet sein.The air compression creates heat. This heat is used in a heat exchanger. Compressed air relaxation creates cold. This energy can be used via a heat exchanger. The heat exchanger is according to the invention in the tower of the wind turbine, but can be arranged outside.

Details der erfindungsgemäßen WindkraftanlageDetails of the wind turbine according to the invention

Die Windkraftanlage besteht im Wesentlichen aus einem Turm 6, an dessen Spitze ein Windrad 7 drehbar gelagert ist. Über eine Antriebswelle 3, eine erste Kupplung 1 und bedarfsweise einem Getriebe 11 wird die Windenergie über die Generatorwelle 4 genutzt um einen Generator 10 anzutreiben und damit Strom zu erzeugen. Über dieselbe Generatorwelle 4 wird über eine zweite Kupplung 2 und bedarfsweise einem Getriebe 12 über eine Pumpenwelle 5 eine Luft- 3 AT 505 597 B1 pumpe 8 betrieben, sodaß wahlweise entweder Strom oder Druckluft erzeugt wird oder wahlweise bei hoher Windenergie gleichzeitig Strom und Druckluft erzeugt wird.The wind turbine consists essentially of a tower 6, at the top of a wind turbine 7 is rotatably mounted. Via a drive shaft 3, a first clutch 1 and, if necessary, a gear 11, the wind energy is used via the generator shaft 4 to drive a generator 10 and thus to generate electricity. About the same generator shaft 4 via a second clutch 2 and, if necessary, a transmission 12 via a pump shaft 5 an air pump 3 8 505 597 B1 operated so that either either electricity or compressed air is generated or optionally at high wind energy simultaneously and compressed air is generated ,

Die Druckluft wird in einem Druckluftspeicher 14 gespeichert, der vom Generator 10 erzeugte Strom wird üblicherweise dem Stromnetz zugeführt.The compressed air is stored in a compressed air reservoir 14, the power generated by the generator 10 is usually supplied to the power grid.

Wahlweise kann parallel zum Generator 10 auch ein eigener Motor 20 über Kupplungen 21, 22 und ein Getriebe 23 geschaltet sein.Optionally, parallel to the generator 10, a separate motor 20 via clutches 21, 22 and a transmission 23 may be connected.

Durch die Luftverdichtung entsteht Wärme, die mittels eines Wärmetauschers 9 im Turm 6 abgeführt wird.By the air compression heat is generated, which is dissipated by means of a heat exchanger 9 in the tower 6.

Durch die spezielle erfindungsgemäße Anordnung ergeben sich sieben mögliche Betriebszustände: 1. Normale Stromerzeugung mittels Windenergie über den Generator 10, Luftverdichter 8 ausgekuppelt. 2. Drucklufterzeugung mittels Windenergie über den Luftverdichter 8, Generator 10 läuft leer nicht erregt, keine Stromgewinnung 3. Eine Kombination mit Stromerzeugung und Drucklufterzeugung, sowohl Generator 10 als auch Luftverdichter 8 sind eingekoppelt, bei Starkwind und bei geringem Stromverbrauch wird sowohl Luftdruck wie auch Strom erzeugt. 4. Bei Flaute: Stromerzeugung mittels der gespeicherten Druckluft, der Generator 10 ist mit der Turbine 8 (Umkehrung des Luftverdichters 8) gekuppelt die den Generator 10 antreibt, das Windrad 7 ist abgekuppelt. 5. Bei Flaute: Drucklufterzeugung mittels des Generators 10 der als Motor 10 betrieben wird und den Luftverdichter 8 antreibt, wenn Stromüberschuss vorhanden ist. Die damit erzeugte Druckluft wird - wie an sich bekannt - über einen Wärmetauscher 9 gekühlt und im Druckluftspeicher 14 gespeichert. 6. Bei wenig Windenergie: Betriebszustand, bei dem die Windenergie über den eingekuppelten Generator 10 genutzt wird und zur Unterstützung dieser geringen Leistung wird Überschussnetzenergie für einen parallel dazu geführten Motorbetrieb miteingespeist. Dabei muss natürlich elektronisch überwacht und geregelt werden, dass das Windrad nicht in den Propellerantrieb übergeht. 7. Propellerbetrieb: Betriebszustand, dass z.B. zu Testzwecken der Motor 20 und/oder Luftverdichter 8 im Motorbetrieb bzw. als Turbine arbeiten und das Windrad 7 antreiben.The special arrangement according to the invention results in seven possible operating states: 1. Normal power generation by means of wind energy via the generator 10, air compressor 8 disengaged. 2. Compressed air generation by means of wind energy through the air compressor 8, generator 10 runs empty not energized, no power 3. A combination with power generation and compressed air generation, both generator 10 and air compressor 8 are coupled, in strong winds and low power consumption is both air pressure and electricity generated. 4. In case of doldrums: power generation by means of the stored compressed air, the generator 10 is coupled to the turbine 8 (reversal of the air compressor 8) which drives the generator 10, the wind turbine 7 is uncoupled. 5. In case of doldrums: compressed air generation by means of the generator 10 which is operated as a motor 10 and the air compressor 8 drives when excess power is present. The compressed air thus generated is - as known per se - cooled by a heat exchanger 9 and stored in the compressed air reservoir 14. 6. At low wind energy: operating state where the wind energy is used via the coupled generator 10 and to support this low power excess net energy is fed in for parallel engine operation. It must of course be electronically monitored and regulated that the wind turbine does not go into the propeller drive. 7. Propeller operation: operating condition, e.g. For test purposes, the engine 20 and / or air compressor 8 in engine operation or work as a turbine and drive the wind turbine 7.

Figurenbeschreibungfigure description

Fig. 1 zeigt einen Turm 6 mit einem an der Spitze des Turmes angebrachten Windrad 7. Das Windrad mit einer drehbar gelagerten Antriebswelle über ein Getriebe 11 und einer Kupplung 1 mit einem Generator über eine drehbar gelagerte Antriebswelle 4 verbunden. Die zweite Seite der Antriebswelle 4 ist über eine weitere Kupplung 2 und über ein weiteres Getriebe 12 über die Welle 5 mit dem Luftverdichter/Turbine 8 verbunden.1 shows a tower 6 with a wind wheel 7 attached to the top of the tower. The wind wheel with a rotatably mounted drive shaft is connected via a gear 11 and a clutch 1 to a generator via a rotatably mounted drive shaft 4. The second side of the drive shaft 4 is connected via a further coupling 2 and via a further gear 12 via the shaft 5 with the air compressor / turbine 8.

Wahlweise kann auch ein Motor 20 parallel zum Generator 10 über Kupplungen 21, 22 und ein Getriebe angeordnet sein.Optionally, a motor 20 may be arranged parallel to the generator 10 via clutches 21, 22 and a transmission.

Auf der Niederdruckseite des Luftverdichters 8 befindet sich die Ansaugleitung 15, die Hoch-On the low-pressure side of the air compressor 8 is the suction line 15, the high

Claims (3)

4 AT 505 597 B1 druckseite des Luftverdichters 8 führt über Druckrohrleitungen 13 und über einen Wärmetauscher 9 zu einem Druckluftspeicher 14. Die elektrische Steuerung 16 ist vorzugweise im Turm untergebracht, kann aber auch so wie der Druckluftspeicher 14 außerhalb des Turmes aufgestellt werden. Der Generator 10 und der Motor 20, sowie die Kupplungen 1, 2, 21, 22 und die Getriebe 11, 12, 23 sind mit der Steuereinheit über eine elektrische Leitung verbunden. Die Anspeisung bzw. Einspeisung ins Stromnetz erfolgt über die elektrische Leitung 18. Bezugszeichenliste 1 Erste Kupplung 2 Zweite Kupplung 3 Antriebswelle 4 Generator/Motor-Welle 5 Luftverdichter/T urbinen-Welle 6 Turm 7 Windrad 8 Luftverdichter/T urbine 9 Wärmetauscher 10 Generator/Motor 11 Getriebe 12 Getriebe 13 Druckleitung 14 Druckluftspeicher 15 Ansaugleitung 16 Elektrische Steuereinheit 17 Elektrische Leitung 18 Elektrische Leitung 19 - 20 Motor 21 Dritte Kupplung 22 Vierte Kupplung 23 Getriebe Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betreiben einer Windkraftanlage mit einem Turm (6), einem Windrad (7), einem Generator/Motor (10), einem Luftverdichter (8), einer ersten Kupplung (1) zwischen der Abtriebswelle (3) des Windrads (7) und der Welle (4) des Generators/Motors (10), einer zweiten Kupplung (2) zwischen der Welle (4) des Generators/Motors (10) und der Antriebswelle (5) des Luftverdichters (8), einer Ansaugleitung (15), einer Druckleitung (13), einem Druckluftspeicher (14) und einer elektrischen Steuereinheit (16) mit elektrischen Leitungen (17, 18), wobei die Kupplungen (1, 2) elektronisch steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage bei Energieüberschuss in einem elektrischen Energieversorgungsnetz in einen Zustand gesteuert wird, in dem a) der Generator/Motor (10) über die zweite Kupplung (2) kraftschlüssig mit dem Luftver-dichter (8) verbunden ist und der Generator/Motor (10) als Motor (10) betrieben wird oder b) ein Motor (20), welcher dem Generator/Motor (10) über eine dritte und vierte elektronisch steuerbare Kupplung (21, 22) zur Seite gestellt ist, über die vierte Kupplung (22) kraftschlüssig mit dem Luftverdichter (8) verbunden ist und gleichzeitig der Generator/Motor (10) über die erste Kupplung (1) vom Windrad (7) und über die zweite Kupplung 5 AT 505 597 B1 (2) vom Luftverdichter (8) entkoppelt ist, wobei im Fall a) der der Motor (10) und im Fall b) der Motor (20) über elektrische Leitungen (17, 18) elektrische Energie aus dem elektrischen Energieversorgungsnetz bezieht, damit den Luftverdichter (8) antreibt und dieser Druckluft über die Druckleitung (13) in den Druckluftspeicher (14) speist.4 AT 505 597 B1 pressure side of the air compressor 8 leads via pressure pipes 13 and a heat exchanger 9 to a compressed air reservoir 14. The electrical control 16 is preferably housed in the tower, but can also be placed as the compressed air reservoir 14 outside the tower. The generator 10 and the motor 20, and the clutches 1, 2, 21, 22 and the gear 11, 12, 23 are connected to the control unit via an electrical line. The power supply or supply to the power grid via the electrical line 18. List of Reference 1 first clutch 2 second clutch 3 drive shaft 4 generator / motor shaft 5 air compressor / Turbine shaft 6 tower 7 wind turbine 8 air compressor / Turbine 9 heat exchanger 10 generator / Engine 11 Transmission 12 Transmission 13 Pressure line 14 Compressed air reservoir 15 Intake line 16 Electrical control unit 17 Electrical line 18 Electrical line 19 - 20 Motor 21 Third clutch 22 Fourth clutch 23 Transmission Claims: 1. A method of operating a wind turbine with a tower (6), a wind turbine (7), a generator / motor (10), an air compressor (8), a first clutch (1) between the output shaft (3) of the wind turbine (7) and the shaft (4) of the generator / motor (10), a second clutch (2) between the shaft (4) of the generator / motor (10) and the drive shaft (5) of the air compressor (8), a suction line (15), a pressure line (13), a Compressed air reservoir (14) and an electrical control unit (16) with electrical lines (17, 18), wherein the clutches (1, 2) are electronically controllable, characterized in that the wind turbine is controlled in excess of energy in an electrical power grid in a state, in which a) the generator / motor (10) via the second clutch (2) is non-positively connected to the air compressor (8) and the generator / motor (10) is operated as a motor (10) or b) a motor ( 20), which is the generator / motor (10) via a third and fourth electronically controllable coupling (21, 22) aside, via the fourth clutch (22) non-positively connected to the air compressor (8) and at the same time the generator / Engine (10) via the first clutch (1) from the wind turbine (7) and via the second clutch 5 AT 505 597 B1 (2) from the air compressor (8) is decoupled, wherein in the case a) of the motor (10) and in Case b) the motor (20) via electrical Leit ments (17, 18) electrical energy from the electrical power supply network, so that the air compressor (8) drives and this compressed air via the pressure line (13) in the compressed air reservoir (14) feeds. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (7) im Fall a) über die erste Kupplung (1) vom Generator/Motor (10) und im Fall b) über die dritte Kupplung (21) vom Motor (20) entkoppelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the wind turbine (7) in the case a) via the first clutch (1) from the generator / motor (10) and in the case b) via the third clutch (21) from the motor (20 ) is decoupled. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (7) im Fall a) über die erste Kupplung (1) mit dem Generator/Motor (10) und im Fall b) über die dritte Kupplung (21) mit dem Motor (20) verbunden wird. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen3. The method according to claim 1, characterized in that the wind turbine (7) in the case a) via the first clutch (1) to the generator / motor (10) and in the case b) via the third clutch (21) to the motor (20) is connected. For this purpose 1 sheet of drawings
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