DD261395A1

DD261395A1 - WIND ENERGY CONVERTER

Info

Publication number: DD261395A1
Application number: DD87302826A
Authority: DD
Inventors: Gerd Otto
Original assignee: Gerd Otto
Priority date: 1987-05-18
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1988-10-26

Abstract

Der Windenergiekonverter ist insbesondere fuer Energieversorgungssysteme geeignet. Turm, Fuss und Windenergieumsetzer werden durch Mehrfachnutzung vorteilhaft zu einer Einheit verschmolzen, die geeignet ist, diesen Windenergiekonverter vorzugsweise als Spitzenlastkraftwerk zu nutzen. Hierzu wird die Windenergie in einer gegenueber dem Stand der Technik vorteiligen Weise im Windenergieumsetzer ueber eine erfindungsgemaess gestaltete Nabe in elektrische Energie gewandelt und diese ueber einen Elektrolysator, der vorzugsweise im Turm untergebracht ist, in chemische Energie konvertiert und im Turmfuss, der als Kugelspeicher gestaltet sein kann, gespeichert. Wasserstoff ist bekanntlich ein vorzueglicher Energietraeger fuer umweltbelastungsfreie Energieversorgung und in Gasturbinen, Kolbenkraftmaschinen und Hydrodynamikgeneratoren sowie Brennstoffzellen momentan umsetzbar. Folgedessen sind so gestaltete Windenergiekonverter vorzuegliche Spitzenlastkraftwerke, die konventionelle Waerme- und Kernkraftwerke vorteilhaft ergaenzen und schliesslich abloesen. Dieser Trend wird insbesondere damit begruendet, dass fossile Energietraeger durch CO2 und CO-Entwicklung unter anderem nur umweltbelastend zu betreiben sind und Kernkraftwerke neben einer umstrittenen Entsorgungsproblematik nicht restrisikofrei zu aktivieren sind. Fig. 1The wind energy converter is particularly suitable for energy supply systems. Tower, foot and wind energy converters are advantageously merged by multiple use to form a unit that is suitable to use this wind energy converter preferably as a peak load power plant. For this purpose, the wind energy is converted into electrical energy in a wind energy converter over an inventively designed hub in an advantageous manner compared to the prior art and these converted via an electrolyzer, which is preferably housed in the tower, into chemical energy and in the tower base, which be designed as a ball storage can, saved. Hydrogen is known to be a vorzueglicher energy carrier for pollution-free energy supply and in gas turbines, piston engines and hydrodynamic generators and fuel cells currently feasible. As a result, wind power converters designed in this way are excellent peak-load power plants, which advantageously complement conventional heat and power plants and finally shut them down. This trend is based, in particular, on the fact that fossil energy carriers through CO2 and CO development, among other things, are only harmful to the environment and nuclear power plants are not to be activated in a restructuring-free manner in addition to a controversial disposal problem. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Field of application of the invention

Der Windenergiekonverter dient der Windenergienutzung zum Zweck der vorzugsweisen Konvertierung der Windenergie in den Energieträger Wasserstoff H über die Interims- und Konvertierungsenergie der Elektrizität. Sie ist insbesondere geeignet als Windenergiegroßkonverter die konventionelle Energieversorgung in Spitzenlastzeiten hocheffektiv zu entlasten und derzeitige Wärmekraftwerke auch vollständig umweltbelastungsfrei zu ersetzen. Sie ist geeignet, im Verbundsystem die derzeitige umweltbelastende C-Technologie (Kohlenstoffwirtschaft) durch die umweltbelastungsfreie Η-Technologie hocheffektiv schrittweise zu ersetzen.The wind energy converter is used for wind energy use for the purpose of preferential conversion of wind energy into the energy source hydrogen H via the interim and conversion energy of the electricity. It is particularly suitable as a wind energy large converter to relieve the conventional power supply in peak load times highly effective and replace existing thermal power plants completely free of environmental pollution. It is suitable for the composite system to replace the currently polluting C-technology (carbon economy) in a highly effective way with the environmentally friendly Η technology.

Characteristic of the known technical solutions

Windenergiekonverter sparen fossile Energieträger ein und ersetzen im Vielfach Kernenergiewandler. Es ist hinreichend bekannt, daß fossile Energieträger vielfältig schädigende ökologische Belastungen verursachen, wenn sie zum Zwecke der Energieversorgung oxydiert werden (C-Technologie). Kernkraftwerke sind bis z.Z. nicht restrisikofrei zu betreiben und sind außerdem mit einem großen Energieaufbereitungsaufwand und einer aufwendigen Entsorgungsproblematik behaftet. Diese Nachteile beeinflussen die Effektivität der Energieerzeugung aus Kohle oder Uran grundsätzlich negativ gegenüber aufbereitungsfreien Energieträgern wie beispielsweise der Windenergie. Die umweltbelastungsfreie Η-Technologie ist mit Uran und dessen Spaltprodukten oder Kohle oder deren Verbrennungsprodukten wirtschaftlich nicht zu realisieren. Diese grundsätzlichen Feststellungen führten in jüngster Zeit wiederholt zu Vorschlägen, die direkte Solarenergie in Erdnähe verstärkt zu nutzen. Bereits realisierte Großanlagen mit Reflektoren erwiesen sich jedoch als sehr aufwendig, weil beispielsweise die erforderlichen Bauaufwendungen wegen der auftretenden Windlast ein Vielfaches an monolithischem Aufwand gegenüber vergleichbaren Windenergieanlagen benötigen. Bei Sturm kann die Windlast mehr als das lOOfache gegenüber Windenergieanlagen annehmen. Des weiteren sind Windenergiekonverter vorzugsweise mit gesonderten Getriebebaugruppen ausgerüstet, die einen wesentlichen Mehraufwand gegenüber der erfinderischen Lösung darstellen. Weiterhin wurden auch Turbogeneratoren vorgeschlagen, die auf der Hauptsache des Konverters den aerodynamischen und elektrischen Teil vereinen. Diese vorfertige Ausführung benötigt jedoch besondere Generatoren, die z.Z. noch nicht zu realisieren sind. Ältere Windmühlen sind zu erwähnen, weil sie nur 2 Zahnräder anstelle der Getriebeanordnung moderner Konverter aufweisen. Zahnräder und Nabe sind durch Lagerstellen in diesen Ausführungen getrennt, wobei Statik und Aufwand relativ groß sind und deshalb die erfindungsgemäße formschlüssige Kraftübertragung und damit verbundene Effektivität nicht zu erreichen ist.Wind energy converters save on fossil energy sources and often replace nuclear energy converters. It is well known that fossil fuels cause many damaging ecological burdens when they are oxidized for the purpose of energy supply (C-technology). Nuclear power plants are up to z.Z. Not to operate without Restisikofrei and are also subject to a large energy preparation effort and a complex disposal problem. These disadvantages affect the effectiveness of energy production from coal or uranium in principle negative compared to treatment-free energy sources such as wind energy. The pollution-free Η-technology is not economically feasible with uranium and its fission products or coal or their combustion products. These fundamental findings have recently led to repeated proposals to increase the use of direct solar energy near the earth. However, already realized large systems with reflectors proved to be very expensive because, for example, the required construction costs because of the wind load occurring require a multiple of monolithic effort compared to comparable wind turbines. In a storm, the wind load can be more than 100 times greater than wind turbines. Furthermore, wind energy converters are preferably equipped with separate gear assemblies, which represent a significant overhead compared to the inventive solution. Furthermore, turbogenerators have been proposed, which combine the aerodynamic and electrical part on the main part of the converter. However, this prefabricated version requires special generators z.Z. can not be realized yet. Older windmills are to be mentioned, because they have only 2 gears instead of the gear arrangement of modern converters. Gears and hub are separated by bearings in these versions, with statics and effort are relatively large and therefore the positive force transmission according to the invention and the associated effectiveness can not be achieved.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen Windenergiekonverter zu realisieren, der im Bereich seines Rotors anfallende Windenergie in speicherbare Wasserstoffenergie umwandelt, und dazu konventionelle Generatoren oder Statoren verwendet. Der Konverter ist so konzipiert, daß die hierzu notwendigen Aufwendungen mehrfach genutzt werden. Beispielsweise dient derTurm nicht nur der Aufstellung des Konverters, sondern zusätzlich der Aufnahme von Einrichtungen zu Wandlung und Speicherung der Windenergie. Wegen des geringen Wirkungsgrades konventioneller Wärmekraftwerke auf Uran- oder Kohlebasis von η 0,3 ist die Windenergie vorzüglich in Η-Energie über Elektrolyse zu wandeln und wird im Turmfluß gespeichert. Die Nennkapazität liegt bei 21 d und ergibt sich aus dem notwendigen Aufwand des Turmes. Die Nennleistung des Konverters als Spitzenlastkraftwerk kann kurzzeitig 10fachen Wert annehmen, weil die gespeicherte Η-Energie hocheffektiv regelbar ist. Für diesen Zweck sind dem Windenergiekonverter für Energieversorgungssysteme MHD-Turbinen und/oder Brennstoffzellen zugeordnet. Des weiteren können auch Otto-Motoren mit Kurzzeitstarteinrichtungen zur Anwendung kommen. Diese speziellen Otto-Turbogeneratoren werden anstelle der umweltbelastenden C-Energieträger mit dem umweltbelastungsfreien Η-Energieträger betrieben und dienen in der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung zur bedarfsgerechten Energiezuwendung. Des weiteren ist die Konverternabe so ausgeführt, daß sie in sich die Haltung der Rotorflügel und die Kraftübertragung vereinigt und dadurch ein besonderes Getriebe oder gesonderte Zahnräder entfallen.The aim of the invention is to realize a wind energy converter, which converts wind energy occurring in the region of its rotor into storable hydrogen energy, and using conventional generators or stators. The converter is designed so that the necessary expenses are used multiple times. For example, the tower not only serves to set up the converter but also to accommodate facilities for conversion and storage of wind energy. Because of the low efficiency of conventional thermal power plants based on uranium or coal of η 0.3, the wind energy is to be transformed into Η energy via electrolysis and is stored in the tower river. The nominal capacity is 21 d and results from the necessary effort of the tower. The rated power of the converter as a peak load power plant can briefly reach 10 times the value because the stored Η energy is highly effective controllable. MHD turbines and / or fuel cells are assigned to the wind energy converter for energy supply systems for this purpose. Furthermore, gasoline engines with short-time starting devices can also be used. These special gas turbogenerators are operated in place of the polluting C-energy with the pollution-free Η-energy and serve in the power supply device according to the invention for the needs of energy supply. Furthermore, the converter hub is designed so that it combines the attitude of the rotor blades and the power transmission and thereby eliminates a special gear or separate gears.

Schließlich wird ein Schaltschema für Windenergiekonverter angegeben, um die hohe Effizienz gegenüber der konventionellen Energieversorgung zu erläutern.Finally, a circuit diagram for wind energy converters is given to explain the high efficiency compared to the conventional power supply.

Der erfindungsgemäße erhöhte Aufwand zur Windenergienutzung ist notwendig, weil die sporadische Windenergieumsetzung nicht bedarfsgerecht genutzt werden kann, dazu ist es erforderlich, die Windenergie in Windenergiespeichern WES zu sammeln. Speicher benötigen auch konventionelle Wärmekraftwerke mit den Energieträgern Uran oder Kohle, weil die Energieumsetzung über Dampf keine Kurzzeitregelung zuläßt, deswegen sind diese Wärmekraftwerke als Spitzenlastkraftwerke ungeeignet. Windkraftwerke hingegen, die im erfindungsgemäßen Zusammenhang betrieben werden, sind vorzügliche Spitzenlastkraftwerke mit höherer Effizienz gegenüber Uran- oder Kohlekraftwerken, weil keine Aufbereitungskosten des Energieträgersanfallen; die Primärerzeugung aus Uran oder Kohle ist η = 0,3; aus Windenergie an der Speicherstufe η = 1, unter Berücksichtigung der Speicherstufe η = 0,8The increased expense for wind energy utilization according to the invention is necessary because the sporadic wind energy conversion can not be used as needed, it is necessary to collect the wind energy in wind energy storage WES. Storage also require conventional thermal power plants with the energy sources uranium or coal, because the energy conversion over steam does not allow short-term control, so these thermal power plants are unsuitable as a peak load power plants. By contrast, wind power plants operated in the context of the invention are excellent peak-load power plants with higher efficiency compared to uranium or coal-fired power stations, because no treatment costs of the energy carrier are incurred; primary production from uranium or coal is η = 0,3; from wind energy at the storage stage η = 1, taking into account the storage stage η = 0.8

Z. B. für Uran 0,3 · 0,8 η = 0,24 For example, for uranium 0.3 · 0.8 η = 0.24

undfür Wind 1 · 0,8η = 0,8and for wind 1 x 0.8η = 0.8

Aus dieser Betrachtung ist ersichtlich, daß die Wasserstoffwirtschaft auf Kohle oder Uranbasis zwar möglich ist, aber aus Windenergie vorteilhafter gelöst werden kann; d. h. die geringe Effizienz der konventionellen Energieversorgung läßt die Η-Technologie gar nicht zu, die hohe Effizienz der Windenergienutzung hingegen begründet sich mit der H-Technologie systemisch.From this observation, it can be seen that although the coal or uranium-based hydrogen economy is possible, it can be more advantageously resolved from wind energy; d. H. the low efficiency of the conventional energy supply does not allow the Η-technology, the high efficiency of the wind energy use, however, is based systemically with the H-technology.

Werden die Hochspannungsmaste mit erfindungsgemäßen Konvertern versehen, kann die gesamte Stromversorgung ohne Verteilungsverluste, durchschnittlich 15% und ohne zentrale Großkraftwerke betrieben werden.If the high-voltage masts are provided with converters according to the invention, the entire power supply can be operated without distribution losses, on average 15%, and without central large power stations.

Ziel der Erfindung ist es nämlich auch, die aufwendige Hochspannungsverteilung durch ein Hochdruckrohrspeichersystem zu ersetzen, das die konvertierte Windenergie im Verbundnetz verlustlos verteilt. Daraus ergeben sich hocheffektive Nachfolgeentwicklungen für das gesamte EVS und Verkehrswesen, weil der Hauptenergieträger Wasserstoff ist, der umweltbelastungsfrei genutzt werden kann. Die derzeitige C-Konvertierung und zwangsläufig notwendige Elektrifizierung läßtThe aim of the invention is namely to replace the complex high-voltage distribution by a high-pressure pipe storage system, which distributes the converted wind energy in the interconnected network lossless. This results in highly effective follow-up developments for the entire EVS and transport sector, because the main source of energy is hydrogen, which can be used without polluting the environment. The current C-conversion and inevitably necessary electrification leaves

keine Η-Technologie zu. Sie wird aber in naher Zukunft Einführung finden, weil die Grenze der ökologischen Belastbarkeit der Atmosphäre durch die C-Konvertierung spürbar überschritten ist und eine Entlastung durch die Η-Technologie mit der Windenergie ökonomisch zu realisieren ist.no Η technology too. However, it will be introduced in the near future, because the limit of the ecological capacity of the atmosphere is noticeably exceeded due to the C-conversion and a reduction by the Η-technology with the wind energy can be realized economically.

Explanation of the essence of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, die bisher übliche gesonderte Anordnung eines Getriebes oder Zahnräder für Windenergiekonverter durch eine zweckmäßige Gestaltung der Rotornabe und Anordnung des Drehstuhles zueinander, diesen relativ hohen Aufwand, zu vermeiden und den Windenergiekonverter so zu erweitern, daß er geeignet ist, die Windenergie nicht nur zu wandeln, sondern auch zu speichern. Dies wird dadurch realisiert, daß die Rotornabe des Windenergiekonverters ohne zusätzlichen materiellen Aufwand so gestaltet wird, daß am Umfang der Rotornabe ein Zahnkranz eingearbeitet ist, der über ein Ritzel mit der Generatorachse direkt in Verbindung steht und der Turmfuß als Kugelspeicher ausgeführt ist und der Wasserstoffspeich'erung dient. Diese Aufgabe wird dadurch realisiert, daß der Drehstuhl des Konverters auf der Turmspitze um die vertikale Achse drehbar gelagert ist und an dem Drehstuhl die Generatoren oder Generatorteile montiert sind. Die rechtwinklig zum Drehstuhl angeordnete Rotorachse ist mit diesem vorzugsweise fest verbunden, auf ihr ist die Rotornabe drehbar gelagert und dient der unmittelbaren Umsetzung der Windenergie in elektrische Energie, indem die Rotornabe selbst umfänglich so gestaltet ist, daß sie einen Zahnkranz bildet, der über ein Ritzel die Windenergie direkt auf die Generatorachse transmittiert. Die nunmehrige elektrische Energie wird über einen Elektrolysator in Wasserstoffenergie umgesetzt und im Fuß des Konverters gespeichert. Wasserstoff ist bekanntlich ein vorzüglicher Energieträger, der umweltbelastungsfrei in Spitzenbelastungszeiten momentan zugänglich ist, was bei Kohle- und Urankraftwerken nicht realisierbar ist. Die mögliche Umsetzung der Uran- oder Kohleenergie in Wasserstoffenergie ist aus ökonomischer Sicht wegen der thermodynamischen Verluste in der Primärphase unvergleichlich aufwendiger, weshalb sich der erfindungsgemäße Windenergiekonverter als Spitzenlastkraftwerk mit großem Vorteil anbietet. In einem weiteren Beispiel ist die Rotomabe selbst mit elektrischen Läuferteilen bestückt, wodurch ebenfalls ein besonderes Getriebe entfällt.It is an object of the invention to avoid the previously customary separate arrangement of a gear or gears for wind energy converter by a convenient design of the rotor hub and arrangement of the swivel chair to each other, this relatively high cost, and to expand the wind energy converter so that it is suitable wind energy not only to transform, but also to save. This is realized in that the rotor hub of the wind energy converter is designed without additional material expense so that the rim of the rotor hub a toothed ring is incorporated, which is directly connected via a pinion with the generator axis and the tower base is designed as a ball store and the hydrogen storage ' serves. This object is achieved in that the swivel chair of the converter is rotatably mounted on the spire about the vertical axis and on the swivel chair, the generators or generator parts are mounted. The rotor axis arranged at right angles to the swivel chair is preferably rigidly connected to it, the rotor hub is rotatably mounted on it and serves for direct conversion of the wind energy into electrical energy, in that the rotor hub itself is circumferentially designed to form a sprocket which has a pinion the wind energy is transmitted directly to the generator axis. The now electrical energy is converted by an electrolyzer in hydrogen energy and stored in the foot of the converter. Hydrogen is known to be an excellent source of energy, which is currently accessible without pollution in peak load times, which is not feasible in coal and uranium power plants. The potential implementation of uranium or coal energy in hydrogen energy is incomparably more complicated from an economic point of view because of the thermodynamic losses in the primary phase, which is why the wind energy converter according to the invention offers a great advantage as a peak load power plant. In another example, the Rotomabe itself is equipped with electrical rotor parts, which also eliminates a special gear.

embodiments

Anhand von Darstellungen wird die Erfindung beschrieben.On the basis of representations, the invention will be described.

Fig. 1: WindenergiekonverterFig. 1: wind energy converter

Fig.2: Energieumsetzereines GroßkonvertersFig. 2: Energy converter of a large converter

Fig. 3: Energieumsetzer mit ZahnkranzFig. 3: energy converter with sprocket

Fig.4: Energieumsetzer mit LäuferFig.4: Energy converter with runner

Fig. 5: Schaltschema des WindenergiekonvertersFig. 5: Schematic of the wind energy converter

Fig. 1 stellt einen Windenergiegroßkonverter als Spitzenlastkraftwerk dar. Anhand der Darstellung wird der gesamte Umfang der Erfindung erklärt. Der Turm ist das Verbindungselement zwischen dem Windenergieumsetzer WEU und Windenergiespeicher WES. Das Hauptelement des Konverters ist die Rotornabe 4, die in sich die Übertragungselemente zur Umsetzung der kinetischen Windenergie in elektrische Energie vereinigt. Diese erfindungsgemäße Anordnung bedingt einen relativ großen Kanzelstator 3 und aerodynamisch notwendigen Kanzelrotor 5. Diese Ausführung begünstigt die aerodynamische Ausführung des Rotorzentrums durch geringe Anstellwinkeländerung im Innenteil des Flügels 6, der 1 bis 6fach in der Rotornabe 4 eingelassen ist. Die Flügel 6 können um ihre Armachse 7 regel-, dreh- und steuerbar ausgeführt sein. Der Turm selbst dient der Aufnahme von an sich bekannten Elektrolylseeinrichtungen zur Umsetzung von elektrischer Energie in speicherbare chemische Energie, vorzugsweise Wasserstoff.Fig. 1 shows a large-scale wind energy converter as a peak load power plant. The whole scope of the invention will be explained based on the illustration. The tower is the connecting element between the wind energy converter WEU and wind energy storage WES. The main element of the converter is the rotor hub 4, which combines in itself the transmission elements for converting the kinetic wind energy into electrical energy. This arrangement requires a relatively large Kanzelstator 3 and aerodynamically necessary pulley rotor 5. This design favors the aerodynamic design of the rotor center by small pitch change in the inner part of the wing 6, which is 1 to 6 times embedded in the rotor hub 4. The wings 6 can be made regular, rotatable and controllable about their arm axis 7. The tower itself serves to accommodate electrolysis devices known per se for converting electrical energy into storable chemical energy, preferably hydrogen.

Der Turmfuß 2 wird so gestaltet, daß er als Wasserstoffspeicher dient und eine Kapazität von < 21 d hat.The tower base 2 is designed so that it serves as a hydrogen storage and has a capacity of <21 d.

In Fig. 2 ist dieTurmspitze dargestellt, die den Energieumsetzer beinhaltet. Die besonderen Merkmale der Erfindung sind, daß der Drehstuhl 10 mit der Rotorachse 11 eine Einheit bildet und die Rotorachsenurals Achsstummel ausgeführt sein kann, auf dem die erfindungsgemäße Rotornabe 4 rotiert.Fig. 2 shows the tower top containing the energy converter. The particular features of the invention are that the swivel chair 10 with the rotor axis 11 forms a unit and the rotor axis can be designed as a stub axle on which the rotor hub 4 according to the invention rotates.

Die Rotornabe ist gegenüber dem Stand der Technik so gestaltet, daß sie allein ohne gesondertes Getriebe, das Übertragungsglied zwischen Windenergierotor und Generatorrotor bildet. Dies kann so realisiert sein, daß die in Windenergiekonvertern notwendige Rotornabe am Umfang als Zahnkranz 14 gestaltet ist oder die Läufereinrichtung eines Generators aufnimmt.The rotor hub is compared to the prior art designed so that it alone without a separate gear, the transmission link between wind turbine rotor and generator rotor forms. This can be realized in such a way that the rotor hub required in wind energy converters is designed on the circumference as a toothed rim 14 or accommodates the rotor device of a generator.

Bemerkenswert dabei ist, daß dieses physikalische Übertragungsglied eine Einheit bildet und zwischen den Rotorachslagern 11.1 und 11.2 angeordnet ist. Der Drehstuhl 10 dient der Aufnahme der Generatoren 12 und ist über ein Schneckengetriebe 15.1 und 15.2 in den Wind stellbar. Die hier dargestellte Turmspitze ist aus Stahlbeton gefertigt und im Innern mit einem Aufzug 17 versehen, der mit einem elektrischen Fahrstuhlantrieb 17.1 betrieben wird. Der Drehstuhl 10 wird so elektronisch gesteuert, daß eine Umdrehung über 360° hinaus nur unwesentlich überschritten wird, so daß die Energietransmission zwischen der Erzeugerund Speicherstelle im Fuß des Konverters schleifkontaktfrei ausgeführt sein kann, es empfiehlt sich, lediglich ein Kabeldrehausgleich 16.2 im Einführungsbereich vorzusehen. Eine nicht besonders dargestellte Flügelstelleinrichtung kann übe'r einen Armsteller 7.1 den Anstellwinkel des jeweiligen Flügels 7 verändern.It is noteworthy that this physical transmission element forms a unit and is arranged between the rotor axle bearings 11.1 and 11.2. The swivel chair 10 is used to hold the generators 12 and is adjustable via a worm gear 15.1 and 15.2 in the wind. The spire shown here is made of reinforced concrete and provided in the interior with an elevator 17, which is operated by an electric elevator drive 17.1. The swivel chair 10 is controlled electronically so that a revolution beyond 360 ° is exceeded only insignificantly, so that the energy transmission between the generator and memory location in the foot of the converter can be executed without sliding contact, it is advisable to provide only a Kabeldrehausgleich 16.2 in the lead-in area. A wing adjustment device, not specifically illustrated, can change the angle of attack of the respective wing 7 by means of an arm plate 7.1.

Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Energieumsetzers für mittlere Windenergiekonverter. Turm und Turmspitze sind hier durch ein Stahlrohr realisiert. _(i ·3 shows an embodiment of the energy converter for medium wind energy converter. Tower and spire are realized here by a steel pipe. _(i)

Der Drehstuhl 10 ist um 1 drehbar gelagert. Ein beispielsweise im Drehstuhl verschweißtes Rohr bildet die Rotorachse 11, auf der die Rotornabe 4 rotiert. Der am Umfang eingearbeitete Zahnkranz 14 treibt über Ritzel 13 den Läufer des Generators 12 an, der auf dem Drehstuhl 10 montiert ist. Die Stelleinrichtung 18 wird durch das Rohr 11 hindurchgeführt.The swivel chair 10 is rotatably supported by 1. A welded example in a swivel chair tube forms the rotor axis 11, on which the rotor hub 4 rotates. The incorporated on the circumference ring gear 14 drives via pinion 13 to the rotor of the generator 12, which is mounted on the swivel chair 10. The adjusting device 18 is passed through the tube 11.

Nach Fig.4 wird ein Energieumsetzer eines Windenergiekonverters realisiert, dessen Rotornabe 4 mit Läufereinrichtungen 19 bestückt ist, die mit der Statoreinrichtung 20 ein elektromotorisches System bilden. Die Statoreinrichtung ist ähnlich wie in Fig. 2 oder 3 auf dem Drehstuhl 10 montiert, der mit dem Achsstummel der Rotorachse 11 eine Einheit bildet. Auch in dieser Anordnung4, an energy converter of a wind energy converter is realized, the rotor hub 4 is equipped with rotor devices 19, which form an electromotive system with the stator 20. The stator device is similar to FIG. 2 or 3 mounted on the swivel chair 10, which forms a unit with the stub axle of the rotor axis 11. Also in this arrangement

ist die Energieumsetzeinrichtung ohne Getriebe zwischen den Lagern 11.1 und 11.2 angeordnet. Die unterschiedliche Ausführung der Lager ist wegen des relativ großen Durchmessers zweckmäßig und auch in den Ausführungen nach Fig. 2 und 3 realisierbar. Des weiteren wird hier dargestellt, daß die Drehstuhlachse zur Turmachse 1 auch abweichend ausgeführt werden kann. Diese Ausführung kann für aerodynamische Anpassungen vorteilhaft sein. Das elektromotorische System des Generators nach Fig.4 kann synchron oder asynchron ausgeführt werden. Es können auch gemischte und/oder permanentmagnetische Systeme sowie elektrisch erregte Läufersysteme Anwendung finden. Eine erfindungsgemäß besondere Anordnung sei anhand der Fig.4 erklärt.the energy conversion device is arranged without gear between the bearings 11.1 and 11.2. The different design of the bearing is expedient because of the relatively large diameter and also in the embodiments of FIGS. 2 and 3 realized. Furthermore, it is shown here that the swivel axis to the tower axis 1 can also be performed differently. This embodiment may be advantageous for aerodynamic adjustments. The electromotive system of the generator of Figure 4 can be carried out synchronously or asynchronously. It is also possible to use mixed and / or permanent-magnet systems and electrically excited rotor systems. A particular arrangement according to the invention will be explained with reference to FIG.

Die Statoren 20.1; 20.2,20.3 können im Polabstand um V3 abweichend zueinander angeordnet sein, wodurch eine um 120° versetzte Phasenlage eingerichtet ist. Ein vierter permanentmagnetischer Läufer 19.4 kann der Selbsterregung dienen. Mit diesem zusätzlichen System können asynchrone Systeme netzunabhängig erregt werden. Dies ist zweckmäßig für Windenergiekonverter, die netzabhängig im Inselbetrieb betrieben werden. Diese haben im allgemeinen den Nachteil, daß bei Netzausfall ein Durchgehen des Windenergiekonverters zu befürchten ist, was zur Zerstörung der gesamten Einrichtung führen kann. Die Beiordnung eines erfindungsgemäßen synchronen Systems, z.B. 19.4 und 20.4, kann bei Stromausfall des Netzes die Erregung oder Abbremsung des asynchronen Systems übernehmen und so das Durchgehen des Konverters verhindern. Diese Ausführung hat außerdem den Vorteil, daß auch bei Netzabschaltungen infolge Sturmschadens die Windenergie im Konverter weiterhin umgesetzt und gespeichert werden kann. Diese Maßnahme kann natürlich auch mit der Beiordnung von synchronen Generatoren zu asynchronen Generatoren in den Ausführungen nach Fig. 2 und 3 und entsprechender Beschaltung realisiert werden.The stators 20.1; 20.2, 20.3 can be arranged deviating from each other by V3 in the pole distance, whereby a phase position offset by 120 ° is established. A fourth permanent magnetic rotor 19.4 can serve self-excitation. With this additional system asynchronous systems can be energized independently of the mains. This is useful for wind energy converters that are operated network-dependent island operation. These generally have the disadvantage that, in the event of a power failure, a runaway of the wind energy converter is to be feared, which can lead to the destruction of the entire device. The arrangement of a synchronous system according to the invention, e.g. 19.4 and 20.4, in the event of a power failure of the network, the excitement or deceleration of the asynchronous system can take over and thus prevent the converter from running through. This embodiment also has the advantage that wind power in the converter can continue to be implemented and stored even in power cuts due to storm damage. Of course, this measure can also be realized with the assignment of synchronous generators to asynchronous generators in the embodiments according to FIGS. 2 and 3 and corresponding wiring.

In Fig. 5 ist das Schaltschema von Windenergiekonvertern in Energieversorgungssystemen angegeben. Diese Anordnung gewährleistet die Realisierung von hocheffektiven Spitzenlastkraftwerken mit Momentbereitschaft. Die sporadisch anfallende Windenergie wird im Windenergieumsetzer WEU in elektrische Energie mittels Generatoren GD gewandelt und über einen Schaltzentrale bedarfsgerecht verteilt. Vorzugsweise wird dabei die Energie über eine Trafostation Tr direkt in das EVS eingespeist, überschüssige Energie wird dem Elektrolysator El zugeführt, der die anfallende Energie vollständig in chemische Energie umsetzt, die in Windenergiespeichern WES in Hochdruckbehältern jederzeit abnehmbar ist. Die Einrichtungen können ohne wesentlich zusätzlichen Aufwand konstruktiv im WEK Aufnahme finden und eine Speicherkapazität von 8d-24d haben. Wasserstoff ist bekanntlich ein hochwertiges umweltbelastungsfreies Gas, dessen hervorragende Eigenschaften erst durch die erfindungsgemäße Verwendung in Windenergiespitzenlastkraftwerken voll wirksam wird, wenn geschlossene H-O-Systeme ohne Luftzufuhr, die bekanntlich in hohem Maße Stickstoff enthält und zu der Giftbelastung der Umwelt bei Wärmekraftwerken mit Kohle oder Öl führt und bei diesen unvermeidlich, bzw. auch mit hohem Aufwand nicht 100%ig zu beseitigen ist. Die in Fig. 5 im Zusammenhang dargestellten Energiewandler wie Brennstoffzellen, magnethydrodynamische Generatoren und Gasturbinen sowie Kolbenkraftmaschinen und Batterien beruhen auf verschiedenen bekannten physikalischen Grundprinzipien und haben hier die Aufgabe, über die Steuerzentrale Sz momentan den unterschiedlichen Lastanforderungen bedarfsgerecht zugeschaltet zu werden. Der besondere erfindungsgemäße Zusammenhang wird dadurch verwirklicht, daß beispielsweise im MHD-Prozeß noch hochtemperiertes Wasser über Wärmetauscher WT anfällt, das dem Hochtemperaturelektrolysator El wieder zugeführt wird, wodurch der Elektrolyseprozeß in hoher Effektivität bleibt. Auch kann die Na-S-Batterie über die Abwärme der Brennstoffzelle temperiert werden, bzw. Restdampf der Gasturbine GT hierzu genutzt werden und das Verbrennungsprodukt „Wasserdampf" dem Elektrolysator El zurückgeführt werden.FIG. 5 shows the circuit diagram of wind energy converters in energy supply systems. This arrangement ensures the realization of highly effective peak load power plants with momentary readiness. The sporadically accumulating wind energy is converted in the wind energy converter WEU into electrical energy by means of generators GD and distributed as needed via a control center. Preferably, the energy is fed via a transformer station Tr directly into the EVS, excess energy is supplied to the electrolyzer El, which converts the resulting energy completely into chemical energy, which is always removable in wind energy storage WES in high-pressure vessels. The devices can be constructively incorporated into the WEK without much additional effort and have a storage capacity of 8d-24d. Hydrogen is known to be a high-quality, pollution-free gas whose excellent properties become fully effective only by the use according to the invention in wind energy peak power plants, if closed HO systems without air supply, which is known to contain nitrogen to a high degree and leads to the toxic pollution of the environment in thermal power plants with coal or oil and in these inevitable, or even with great effort is not 100% ig eliminate. The illustrated in Fig. 5 energy converters such as fuel cells, magnethydrodynamic generators and gas turbines and piston engines and batteries are based on various known physical principles and have the task to be switched on the control center Sz currently the different load requirements as needed. The particular context of the invention is realized in that, for example, in the MHD process still high-temperature water is obtained via heat exchanger WT, which is the high-temperature electrolyzer El fed back, whereby the electrolysis process remains in high efficiency. Also, the Na-S battery can be tempered by the waste heat of the fuel cell, or residual steam of the gas turbine GT can be used for this purpose and the combustion product "water vapor" are returned to the electrolyzer El.

Das Schaltschema nach Fig. 5 stellt im wesentlichen die Einzelheiten des erfindungsgemäßen Speichersystems WES dar, das im WEK untergebracht sein kann. Die im Windenergieumsetzer WEU am Gleichstrom-Drehstrom-Generator GD anfallende elektrische Energie wird über eine Schaltzentrale SZ dem Verbraucher entweder direkt oder indirekt anforderungsflexibel über eine Trafostation Tr zugeteilt.The circuit diagram of FIG. 5 essentially represents the details of the memory system WES according to the invention, which can be accommodated in the WEK. The in the wind converter WEU on DC-AC generator GD resulting electrical energy is allocated via a control center SZ the consumer either directly or indirectly request flexible via a transformer station Tr.

Die Schaltzentrale SZ ist weitgehendst automatisiert und gibt die anfallende Energie beispielsweise über einen Elektrolysator El auf Wasserstoff- oder Sauerstoffspeicher H^oder O₂ des WES, welche vorzugsweise in verschiedenen WEK im Kugelspeicher 2.1 eines jeden Turmes 1 angeordnet sind. Des weiteren kann ein Spitzenlastgenerator SG auch aus einer Batterie oder über den MHD-Generator gespeist werden und ein nachgeschalteter Niederdruckgenerator NG einen weiteren Spitzenlastgenerator SG speisen. Die Abwärme beider Systeme kann dem EVS als Fernheizung zugeführt werden und das noch hochtemperierte Wasser wieder dem Elektrolysator El über Brennstoffzellen Bz und Energieumsetzer U kann die H₂-O₂-Zuführung bedarfsgerecht momentan dem EVS zugeführt werden. Die Abwärme der Brennstoffzelle Bz kann beispielsweise der Temperierung einer Natriumschwefelbatterie Na-B dienen oder über einen Wärmetauscher WT einer Gasturbinenanlage Gt temperiert werden. Der Gasgenerator Gt setzt ebenfalls die H-O-Energie direkt um; das anfallende noch hochtemperierte Wasser kann im Elektrolysator El oder Hochtemperaturbatterieanlagen Na-B Verwendung finden.The control center SZ is largely automated and gives the accumulated energy, for example via an electrolyzer El on hydrogen or oxygen storage H ^ or O _{2 of} the WES, which are preferably arranged in different WEK in the ball memory 2.1 of each tower 1. Furthermore, a peak load generator SG can also be fed from a battery or via the MHD generator and a downstream low-pressure generator NG can feed another peak load generator SG. The waste heat of both systems can be supplied to the EVS as district heating and the still highly tempered water back to the electrolyzer El via fuel cells Bz and energy converter U, the H ₂ -O ₂ supply can be supplied as needed momentarily the EVS. The waste heat of the fuel cell Bz can be used, for example, to control the temperature of a sodium-sulfur battery Na-B or to be controlled by a heat exchanger WT of a gas turbine plant Gt. The gas generator Gt also directly converts the HO energy; the resulting still highly tempered water can be found in the electrolyzer El or high-temperature battery systems Na-B use.

Schließlich können Gaskolbengeneratoren Kt, das sind Explosionsmotore gespeist mit Wasser- und Sauerstoff elektrische Energie erzeugen und momentan ins Netz speisen. Letztlich kann Wasserstoff und Sauerstoff dem WES auf Stahlflaschen entnommen werden und dezentral auch für den Verkehr Verwendung finden. Überschüssige Windenergie kann natürlich auch direkt in Natrium-Batterien Na-B gespeichert werden und über Festkörperumsetzung beispielsweise Transverter SiU dem Netz EVS zugeführt werden und zwar mit einer Zuschaltzeit kleiner Netzfrequenz; damit wird höchste Energieeffizienz erreicht, die nur für Windenergie ökonomisch realisierbar ist, weil wie mehrfach begründet, die Kohle- und Kernenergienutzung thermische und aufbereitungstechnische Verluste haben, die den gesellschaftlichen Nutzen ökonomisch negativieren und aus ökologischer Sicht wissenschaftlich nicht mehr vertretbar sind.Finally, gas piston generators Kt, which are explosion motors powered by water and oxygen can generate electrical energy and currently feed into the grid. Ultimately, hydrogen and oxygen can be taken from the WES on steel cylinders and used decentrally for transport. Of course, excess wind energy can also be stored directly in sodium batteries Na-B and can be fed to the network EVS via solid-state conversion, for example transverter SiU, specifically with a connection time of low network frequency; Thus highest energy efficiency is achieved, which is economically feasible only for wind energy, because as repeatedly justified, the coal and nuclear energy use have thermal and processing losses, which economically negate the social benefit and from an ecological point of view are scientifically no longer justifiable.

Zusammenfassend sei erläutert: Der Windenergiekonverter WEK besteht aus dem Windenergieumsetzer WEU und dem Windenergiespeicher WES. Seine Hauptteile sind Turm 1 und Turmfuß 2 mit einem Kugelspeicher 2.1. Großkonverter haben einen Turmsims 9, auf dem der Kanzeldrehstuhl 10 im oberen Turmsims 9.1 und unteren Turmsims 9.2 gelagert ist. Den Windenergieumsetzer WEU bildet das Zwischenstück der Konverterkanzel, die im Katalysator 3 mit Kühlluftzugängen 8 versahen sein kann, die autovariabel die Kühlung des Energieumsetzer WEU besorgen, infolge der natürlichen Luftströmung durch das Energieumsetzersystems, siehe auch Fig. 3. Der Kanzeldrehstuhl 10 ist vorzugsweise rechtwinklig mit der Rotorachse 11 vereinigt und im oberen 10.1 und unteren Drehstuhllager 10.2 gelagert. Die Lagerstellen 10.1-10.2 sind vorzugsweise Formstoffgleitlager und können auch winklig zur Turmachse 1 angeordnet werden Fig. 4.To summarize: The wind energy converter WEK consists of the wind energy converter WEU and the wind energy storage WES. Its main parts are Tower 1 and Tower 2 with a ball memory 2.1. Large converters have a tower mantel 9, on which the cocking lathe 10 is mounted in the upper tower mantel 9.1 and lower tower mantel 9.2. The wind energy converter WEU forms the intermediate piece of the converter pulley, which can be provided in the catalyst 3 with cooling air access 8, the autovariable get the cooling of the energy converter WEU, due to the natural air flow through the energy converter system, see also Fig. 3. The pulpit 10 is preferably rectangular with the rotor axis 11 united and stored in the upper 10.1 and lower swivel chair bearing 10.2. The bearing points 10.1-10.2 are preferably molded material plain bearings and can also be arranged at an angle to the tower axis 1. FIG. 4.

Innerhalb des Kanzeldrehstuhls befindet sich ein Schneckengetriebe, bestehend aus der Schnecke 15.1, die im Drehstuhl gelagert ist und dem Schneckenrad 15.2, dessen Achse mit der Turmachse 1 zusammenfällt und zwischen den Lagerstellen 10.1 und 10.2 angeordnet ist. Eine Kabeleinführung 16.1 sorgt für eine reibungsfreie Turmdurchführung derWithin the pulley rotary chair is a worm gear, consisting of the screw 15.1, which is mounted in the swivel chair and the worm wheel 15.2, whose axis coincides with the tower axis 1 and is arranged between the bearing points 10.1 and 10.2. A cable entry 16.1 ensures a frictionless passage through the tower

Energieleitungsverbindung zwischen Windenergieumsetzer WEU und Windenergiespeicher WES beispielsweise auch zur Trafostation Tr; in Großkonvertern kann eine Kabelausgleicheinrichtung notwendig werden. Beispielsweise bilden die Läuferanordnungen 19.1,19.2,19.3,19.4 auf der Rotomabe mit der Statoreinrichtung 20.1,20.2, 20.3, 20.4 ein elektrodynamisches System,_dessen Luftspalt mit dem Kühlluftzugang 8 in Verbindung steht. Der hohe gesellschaftliche Nutzen des erfindungsgemäßen Windenergiekonverters liegt in der Ausführung'als Windenergiegroßkonverter im Verbandvielfach über einem Hochdruckspeicherleitungssystem für Energieversorgungssysteme, weil der erforderliche gesellschaftliche Aufwand innerhalb der ersten 5 Jahre gegenüber der konventionellen Energieerzeugung gleichgroß ist und danach um eine Zehnerpotenz geringer ist und ab Inbetriebnahme der Energieträger Kohle oder Uran einspart, insbesondere sollte bewußt gemacht werden, daß die terrigene Windenergie eine unerschöpfliche Ressource ist, die allerorts nutzbar gemacht werden kann und allein die derzeitige Weltenergieproduktion um das 10Ofache übersteigt. Die derzeitige Energieproduktion auf Kohle-Öl- und Uran-Basis hat bereits ökologische Schadwirkungen aufzuweisen, die lebensbedrohend sind. Eine Verzehnfachung der Weltenergieproduktion ist in naher Zukunft zu erwarten, sie ist auf konventioneller Basis nicht denkbar; aber allein die Windenergieressource ist ausreichend, die Energiekonvertierung der Menschheit umweltbelastungsfrei und mehr als je notwendig, zu decken.Power line connection between wind energy converter WEU and wind energy storage WES, for example, to the transformer station Tr; In large converters, a cable balancing device may be necessary. For example, the rotor arrangements 19.1, 19.2, 19.3, 19.4 on the rotor hub with the stator device 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 form an electrodynamic system, whose air gap is in communication with the cooling air access 8. The high social utility of the wind energy converter according to the invention lies in the execution'as Windenergiegroßkonverter in Verbandfachfach a high-pressure storage line system for energy supply systems, because the required social effort within the first 5 years compared to conventional energy production is the same size and then by a power of ten is lower and from the commissioning of energy sources Conserving coal or uranium, in particular, should be made aware that terrigenous wind energy is an inexhaustible resource that can be harnessed everywhere and alone exceeds the current world energy production by 10Of. The current coal-oil and uranium-based energy production already has ecological damaging effects that are life-threatening. A tenfold increase in world energy production is expected in the near future, it is inconceivable on a conventional basis; but only the wind energy resource is sufficient to cover the energy conversion of mankind environment-free and more than ever necessary.

Claims

1. Wind energy converter for energy supply system, characterized in that the Windenefgieumsetzer (WEU) with the wind energy storage (WES) in a wind energy converter (WEK) are united and several (WEK) in the high-pressure composite system each store either hydrogen or oxygen and the rotor hub (4) of the wind energy converter (WEU) is adapted to the pulpit rotor and in her wing arms (7) of the wind energy converter (WEK) are embedded and their scope designed as a ring gear (14) and both energy transfer elements in the wind converter (WEU) preferably between the bearings (11.1 and 11.2) and rotate about the rotor axis (11), which in turn is fixedly connected to the pulley swivel (10), which in turn is rotatably mounted about the vertical axis in the swivel chair bearings (10.1-10.2) and as a carrier of the generators (12) or stators ( 20) is used.

2. Wind energy converter for energy supply system according to claim 1, characterized in that the ring gear (14) of the rotor hub (4) preferably realizes an internal toothing, but can also be designed as a spur or bevel gear.

A wind energy converter for a power supply system according to claim 1, characterized in that the tower base and the tower are designed as hydrogen ball stores and serve to accommodate electrolysis devices.

4. Wind energy converter for energy supply system according to claim 1, characterized in that the hub (4) between the Rotorachslagern (11.1 and 11.2) the wing arms and the generator drive on the sprocket (14) united and the Rotorachslager (11.1 and 11.2) at right angles and also thereof deviating from the Drehachsachslagern (10.1-10.2) are arranged.

5. Wind energy converter for energy supply system according to claim 1, characterized in that the axis of the swivel chair can deviate from the tower axis by a few degrees and also the rotor axis deviates from the horizontal.

A wind energy converter for power supply system according to claim 1, characterized in that the swivel chair (10) of large converters is rotatably mounted on a ledge (9) via an incorporated worm gear (15) and the swivel chair bearings (10.1-10.2) are mounted on top and bottom ledges (10.1-10.2). 9.1-9.2).

7. Windenergiekonverterfür power supply system according to claim ^, characterized in that the swivel chair is a maximum of 0.9-1.5 times rotatable about the tower axis and a Kabellerehaus is incorporated in Sims.

8. Wind energy converter for energy supply system according to claim 1, characterized in that the rotor axis 11 is preferably arranged non-rotatably in the swivel chair, but also can be designed so that the bearings (11.1-11.2) are mounted in the swivel chair and the rotor axis (11) rotatable is.

Power supply system wind energy converter according to claim 1, characterized in that the rotor hub 4 is provided with rotor means (19) arranged between the bearings (11.1-11.2) and the associated stators (20) are fixed to the swivel chair (10) and also Wing (6) in the hub (4) are movably mounted.

10. Wind energy converter for energy supply system according to claim 1, characterized in that the runners (19.1-19.2-19.3-10.4 ...) are equipped with permanent magnets, short cages or windings and these magnets, windings or short cages can be mixed and offset from each other.

11. Wind energy converter for energy supply system according to claim 1, characterized in that all converters are connected via a high pressure pipe storage system.

12. The wind energy converter for power supply system according to claim 1, characterized in that one or more wind energy converter (WEU) via a control center (Sz) with an electrolyzer (El) and hydrogen and oxygen storage (WES) are connected to the power supply network (EVS) and the energy via transformers (Tr) directly or via chemical storage (Na-B) indirectly or via chemical converter (El) to the EVS supply as needed and this conventional energy converters such as magnethydrodynamic generators, fuel cells, gas turbines or piston engines used and these among each other by heat exchangers (WT ) stay in contact.