DE10008028A1

DE10008028A1 - Windenergiesystem

Info

Publication number: DE10008028A1
Application number: DE10008028A
Authority: DE
Inventors: Bernhard M Sundermann-Peters
Original assignee: OEKOTECH VERWALTUNGS GmbH
Current assignee: OEKOTECH VERWALTUNGS GmbH
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2001-09-06

Abstract

Zum Bereitstellen von Antriebsenergie für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen weist ein Windenergiesystem mindestens einen Windenergiekonverter auf, der natürliche Windenergie in elektrische Energie umwandelt. Mindestens eine Speichereinrichtung speichert die elektrische Energie in einem Speichermedium, das durch eine Versorgungseinrichtung in ein Kraftfahrzeug übertragen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Windenergiesystem zum Bereitstellen von Antriebsenergie für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen sowie ein zugehöriges Verfahren.

Die heutige Energieversorgung von Kraftfahrzeugen basiert im wesentlichen auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe, wie Diesel oder Benzin. Da der Vorrat dieser Brennstoffe begrenzt ist und zudem bei der Verbrennung große Mengen Schadstoffe entstehen, gewinnen regenerative Energieformen zunehmend an Bedeutung.

Selbst bei für sich "umweltschonenden" Elektrofahrzeugen wird der verwendete Strom heutzutage nicht aus regenerativen Ener gieformen, sondern aus Atomenergie oder fossilen Brennstoffen erzeugt. Elektrofahrzeuge erzeugen daher indirekt ebenfalls Schadstoffe. Ferner ist der Gesamtwirkungsgrad durch die zahl reichen Stufen der Energieumwandlung sehr gering. Es ist also mittels heutiger Konzepte nicht sinnvoll, Verbrennungsmotor- Fahrzeuge durch Elektrofahrzeuge zu ersetzen.

Windenergie ist eine regenerative Energieform, die heutzutage vorwiegend mit Hilfe von Windparks in elektrische Energie gewandelt wird. Dabei sind mehrere Windräder, sogenannte Wind energiekonverter, an einem besonders windreichen Ort nahe beieinander aufgestellt. Ein Windpark erzeugt heutzutage eine Leistung von beispielsweise 30 Megawatt. Die gewonnene elektri sche Energie wird üblicherweise in ein vorhandenes Stromnetz eingespeist.

In der DE 38 32 997 A1 ist eine Anlage zu Gewinnung von Energie mittels einer Vielzahl von Windrädern mit je einem Generator beschrieben, die mit einer Zentralstelle verbunden sind, wo die gewonnene Energie in ein Netz eingespeist wird. Als weitere Verwendungsmöglichkeit der Energie beschreibt die DE 38 32 997 A1 eine Erzeugung von Wasserstoff.

Weitere Windkraftanlagen zu Erzeugung elektrischer Energie sind aus der DE 196 15 795 A1 und der DE 196 11 518 A1 bekannt. Gemäß diesen Druckschriften soll der gewonnene Strom zur Ver sorgung einer elektrifizierten Eisenbahnstrecke verwendet werden.

Das Aufkommen und die Stärke des Windes sind Schwankungen unterworfen, die sich üblicherweise nicht in regelmäßigen, insbesondere täglichen oder jährlichen Zyklen wiederholen. Die in das Netz eingespeiste elektrische Energie schwankt daher stark azyklisch. Dem Netz muß zum Ausgleich durch ein Kraft werk, meist ein Atom- oder Brennkraftwerk, erzeugte elektrische Energie zugeführt werden. Die Kapazität eines solchen Kraft werks muß großzügig bemessen sein, damit auch bei völliger Windstille ausreichend Energie zur Verfügung steht. Zwangsläu fig sind solche Kraftwerke daher schlecht ausgelastet und erzeugen viele Schadstoffe.

Aus der DE 43 39 402 C2 ist eine Windenergieanlage bekannt, bei der die Windanergie zum Antreiben eines Luftverdichters verwen det wird. Die durch den Luftverdichter erzeugte Druckluft wird einem Hochdruckspeicher zugeführt, der auch zur Versorgung eines Kraftfahrzeugs mit Druckluft als Treibstoff herangezogen werden kann. Die durch Druckluft in einem Hochdruckspeicher speicherbare Energiemenge ist jedoch sehr stark begrenzt. Ferner ist ein Erzeugen von Druckluft und deren Rückwandlung in Bewegungsenergie mit schlechten Wirkungsgraden verbunden. Zur Versorgung einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen ist diese Wind energieanlage daher ungeeignet.

Aus der DE 195 27 216 A1 ist ein System zum Bereitstellen von Energie für Fahrzeuge mit Elektroantrieb bekannt, bei dem durch eine Batterie-Betreuungs-Station sämtliche mit der Bereitstel lung der Elektroenergie verbundenen Aufgaben und Funktionen übernommen werden. Insbesondere werden an der Batterie- Betreuungs-Station Batterien geladen, die in ein Fahrzeug eingesetzt werden können. Diese Druckschrift beschreibt auch, daß die Energie zum Laden der Batterien teilweise oder voll ständig aus Solaranlagen gewonnen wird. Solaranlagen benötigen eine große Grundfläche und ermöglichen es dennoch nur, eine begrenzte Energiemenge bereitzustellen. Die nutzbare Sonnen energie unterliegt sehr starken täglichen und jährlichen Schwankungen. Dabei kann die jährliche Schwankung aufgrund des langen zu überbrückenden Zeitraums praktisch nicht ausgeglichen werden. Die in der DE 195 27 216 A1 beschriebene Verwendung von Solaranlagen ist daher nicht praxistauglich. Ein dauerhaftes Bereitstellen von Antriebsenergie für eine Vielzahl von Kraft fahrzeugen ist mittels einer Solaranlage nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Windenergiesystem anzugeben, mit dem eine geschlossene und umfassende Nutzung von Windener gie für Kraftfahrzeuge möglich ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Windenergiesystem gemäß dem Patentanspruch 1 und einem Verfahren zum Wandeln von Windenergie gemäß dem Patentanspruch 7 gelöst.

Erfindungsgemäß wird demnach Windenergie zunächst in elektri sche Energie gewandelt und dann in einem Speichermedium gespei chert. Das Speichermedium wird in ein Kraftfahrzeug übertragen, welches die gespeicherte Energie unmittelbar in Bewegungsener gie umsetzen kann. Somit schlägt die Erfindung eine in sich geschlossene Nutzung von Windenergie vor. Da Schwankungen im Windaufkommen durch das Speichermedium ausgeglichen werden, ist die erfindungsgemäße Lösung von weiteren Energiequellen im wesentlichen unabhängig.

Das Speichermedium dient zum Ausgleichen des Energiebedarfs bei Windstille und zugleich als transportables Speichermedium in einem Kraftfahrzeug. Ein separater Umwandlungsvorgang oder Transportvorgang fällt daher nicht an. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt also darin, daß die Windenergie mit beson ders hohem Nutzungsgrad in Bewegungsenergie umgesetzt wird.

Ferner ermöglicht es die Erfindung, eine große Anzahl Elektro fahrzeuge einzusetzen, ohne daß die dabei eingesetzte Energie aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden muß.

Windenergiekonverter liefern eine ausreichende Energiemenge, um eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen zu versorgen. Da die Kraft fahrzeuge die bereitgestellte elektrische Energie stetig ver brauchen, ist eine verhältnismäßig geringe Menge Speichermedium ausreichend.

Als besonders vorteilhafte Speichereinrichtung sieht die Erfin dung eine Ladestation für wenigstens eine wiederaufladbare Batterie vor. Wiederaufladbare Batterien können besonders einfach in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.

Als ein alternatives oder zusätzliches Speichermedium sieht die Erfindung vorteilhaft Wasserstoff vor, der elektrolytisch erzeugt worden ist. Dieser Wasserstoff kann verhältnismäßig einfach gespeichert und in ein Kraftfahrzeug übertragen werden. Techniken zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs mit Wasserstoff sind heutzutage weit entwickelt.

Bei einer vorteilhaften Gestaltung der Erfindung ist die durch den Windenergiekonverter bei durchschnittlichen Windverhältnis sen gewandelte und im Speichermedium gesammelte Energiemenge so bemessen, daß damit über einen bestimmten Zeitraum eine be stimmte Anzahl Kraftfahrzeuge versorgt werden kann. Durch diese Gestaltung kann der Vorrat an Speichermedium auf eine Mindest größe abgesenkt und zugleich ein schwankendes Windaufkommen ausgeglichen werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Speichereinrichtung ergänzend elektrische Energie aus einem Kraftwerk für nachwachsende Brennstoffe zugeführt wird. Durch ein solches Kraftwerk kann eine weitere regenerative Energie form vorteilhaft genutzt werden. Das Energiesystem bleibt ein auf regenerativer Energie basierendes, in sich geschlossenes System.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Speichermedium in Fahrzeuge des öffentlichen Nahverkehrs, insbesondere Omnibussen übertragen wird. Der öffentliche Nahverkehr weist einen erheblichen und zugleich nahezu konstanten Energiebedarf auf. Öffentlicher Nahverkehr strömt besonders in Städten, und gerade dort sollten möglichst wenig Schadstoffe ausgestoßen werden.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung genauer beschrieben.

Ein Windenergiesystem umfaßt einen Windpark, in dem mehrere Windenergiekonverter aufgestellt sind. Jeder dieser Konverter umfaßt eine Windturbine, die einen Generator treibt. Der Gene rator liefert elektrische Energie in eine Leitung, die zu einer Windparkzentrale führt. Die Windparkzentrale ist über eine elektrische Leitung mit mehreren Stationen verbunden, in denen je eine Speichereinrichtung und eine Versorgungseinrichtung angeordnet sind.

An der Station wird durch die Speichereinrichtung ein Speicher medium mit elektrischer Energie angereichert oder das Speicher medium wird erzeugt (beispielsweise Wasserstoff). Das Speichermedium wird in einem Speicher gelagert und durch die Versorgungseinrichtung in ein Kraftfahrzeug übertragen. Das Kraftfahrzeug weist einen Motor auf, der mit dem Speichermedium angetrieben wird. Somit ist eine in sich geschlossene Lösung zur Nutzung von Windenergie geschaffen.

Bei einer ersten Ausführungsform ist die Speichereinrichtung ein Ladegerät für wiederaufladbare Batterien. An der Station wird eine größere Anzahl Batterien bereitgehalten, die bei entsprechendem Windaufkommen aufgeladen werden. Einzelne Batte rien sind in einem Block zusammengefaßt, der durch eine automa tische Versorgungseinrichtung in einen Omnibus einsetzbar ist. Der Omnibus wird im öffentlichen Nahverkehr eingesetzt und kehrt danach zur Station zurück, wo die entleerte Batterie entnommen und eine geladene Batterie eingesetzt wird. Wahlweise kann die Batterie auch im Omnibus selbst geladen werden. Bei dieser Ausführungsform kann eine große Anzahl selbst leistungs starker Elektrofahrzeuge sinnvoll eingesetzt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Windparkzentrale mit mehreren Stationen verbunden, so daß auch eine dezentrale Versorgung gewährleistet ist. An der Station stehen dabei verschiedene Arten von Batterien bereit. Dadurch können sowohl Omnibusse, als auch PKWs und kleinere Elektrofahrzeuge, wie beispielsweise der "Hotzenblitz", an der Station bedient wer den. Die Station bietet demnach die Funktion einer heutigen Tankstelle und kann als "Windpark-Elektro-Tankstelle" bezeich net werden.

Eine dritte Ausführungsform sieht vor, daß an der Station Wasserstoff elektrolytisch erzeugt wird, so daß auch mit Was serstoff angetriebene Fahrzeuge, wie beispielsweise LKWs mit einer größeren Nutzleistung, dort "tanken" können.

Bei einer vierten Ausführungsform sind einzelne Stationen durch eine elektrische Leitung mit einem Blockheizkraftwerk verbun den, in dem nachwachsender Brennstoff, wie beispielsweise Rapsöl, in elektrische Energie umgewandelt wird. Das Blockheiz kraftwerk bedient insbesondere eine Station, an der ein beson ders hoher Energiebedarf besteht.

Claims

1. Windenergiesystem zum Bereitstellen von Antriebsenergie für eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen, mit

- mindestens einem Windenergiekonverter, der natürliche Wind energie in elektrische Energie umwandelt,
- mindestens einer Speichereinrichtung zum Speichern der elek trischen Energie in einem Speichermedium, und
- einer Versorgungseinrichtung zum Übertragen des Speichermedi ums in ein Kraftfahrzeug.

2. Windenergiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung wenigstens eine wiederaufladbare Batterie umfaßt.

3. Windenergiesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung als Spei chermedium Wasserstoff elekrolytisch erzeugt.

4. Windenergiesystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Windenergiekonverter bei durchschnittlichen Windverhältnissen gewandelte und im Speichermedium gesammelte Energiemenge so bemessen ist, daß damit über einen bestimmten Zeitraum eine bestimmte Anzahl Kraftfahrzeuge versorgt werden kann.

5. Windenergiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speichereinrichtung ergänzend elektrische Energie aus einem Kraftwerk für nachwachsende Brennstoffe zugeführt wird.

6. Windenergiesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Fahrzeug des öffentlichen Nahverkehrs, insbesondere ein Omnibus ist.

7. Verfahren zum Wandeln von Windenergie in Antriebsenergie für mindestens ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten:

a) Wandeln natürlicher Windenergie in elektrische Energie,
b) Speichern der elektrischen Energie in einem Speichermedium, und
c) Übertragen des Speichermediums in das Kraftfahrzeug.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium eine wiederauf ladbare Batterie ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium elekrolytisch erzeugter Wasserstoff ist.

10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, gekennzeichnet, durch den zusätzlichen Schritt:

a) Wandeln von nachwachsendem Brennstoff in elektrische Ener gie.