DE10046042A1 - Wind power plant preferably with vertical drive shaft arranged on installation system used for at least one further purpose e.g.. light mast, aerial mast or observation tower - Google Patents

Wind power plant preferably with vertical drive shaft arranged on installation system used for at least one further purpose e.g.. light mast, aerial mast or observation tower

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Abstract

The wind power plant is designed, so that the rotor of the wind power plant is mounted on a mast, tower or other structure, which in addition to its normal function e.g.. electricity generation as installation platform for the wind power rotor carries out at least one further task e.g.. an aerial mast. The rotor blades (1,2) are adjustable so that e.g.. the blade (1) offers maximum resistance to the air flow, the blade (1) offers a minimum resistance to the air flow.

Description

Die Erzeugung von Energie durch Windkraftanlagen ist seit langem Stand der Technik.The generation of energy by wind turbines has long been state of the art.

Eingesetzt werden heute hauptsächlich Horizontalwellenanlagen, also Systeme, bei denen die Windrichtung im Betrieb parallel zur Antriebswelle des Windrotors verläuft. Aber auch Vertikalwellenanlagen mit senkrecht zur Windrichtung angeordneter Rotorwelle sind gebräuchlich. Während die Horizontalwellenanlagen nach dem heutigen Entwicklungsstand i. d. R. einen besseren Gesamtwirkungsgrad aufweisen, haben die Vertikalwellenanlagen den Vorteil, daß sie unabhängig von der Windrichtung arbeiten und keine Nachführung der Rotoren bei Windrichtungswechsel erfordern.Today mainly horizontal wave systems are used, i.e. systems in which the wind direction in operation runs parallel to the drive shaft of the wind rotor. But also vertical shaft systems with a rotor shaft arranged perpendicular to the wind direction are common. While the horizontal wave systems according to today's Development status i. d. R. have a better overall efficiency, they have Vertical wave systems have the advantage that they work regardless of the wind direction and do not require the rotors to be adjusted when the wind changes direction.

Wesentlicher Kostenfaktor bei der Installation einer Windkraftanlage ist der Mast bzw. Turm, auf welchen der Windkraftrotor montiert wird.An essential cost factor when installing a wind turbine is the mast or Tower on which the wind power rotor is mounted.

Der heutige Trend bei der Entwicklung führt zu immer größeren Windkraftanlagen, was i. d. R zur Senkung der spezifischen Energie-(Strom-)Gestehungskosten führt. Es ist aber auch denkbar, daß mit kleineren Anlagentypen, in großer Serie produziert, ebenfalls sehr kostengünstig Energie erzeugt werden kann. Insbesondere die Verbreitung der Windenergietechnik wird sich durch die Verfügbarkeit kleinerer (wirtschaftlich arbeitender) Anlagen beschleunigen.Today's trend in development leads to ever larger wind turbines, what i. d. R leads to a reduction in the specific energy (electricity) production costs. It is but also conceivable that with smaller plant types, in large series, also energy can be generated very inexpensively. In particular, the spread of the The availability of smaller (economical accelerate working systems.

Die Erfindung hat zum Ziel, den o. g. Fakten Rechnung zu tragen. Es wird deshalb vorgeschlagen, die Rotoren von Windkraftanlagen auf Masten, Türmen oder sonstigen Gebäuden, im folgenden "Aufstellungsvorrichtung" genannt, zu montieren, die neben der Nutzungsmöglichkeit als Installationsplattform für Windkraftrotoren mindestens einen weiteren Zweck erfüllen. Solche Aufstellungsvorrichtungen sind z. B. Lichtmasten, Antennenmasten, Aussichtstürme oder Schornsteine. Auch die Installation auf Wohngebäuden, Industrieanlagen oder sonstigen Bauwerken ist denkbar.The aim of the invention is to achieve the above-mentioned. To take facts into account. Therefore it will proposed the rotors of wind turbines on masts, towers or other Buildings, hereinafter referred to as "erection devices", to be installed next to the Possibility of use as  Installation platform for wind power rotors serve at least one other purpose. Such installation devices are e.g. B. light masts, antenna masts, Lookout towers or chimneys. Even installation on residential buildings, Industrial plants or other structures are conceivable.

Als bevorzugte Ausführung ist die Installation einer Vertikalwellenanlage anzusehen, da diese als Aufstellungsvorrichtung im Prinzip keinen Mast sondern nur einen möglichst hohen Aufstellungspunkt benötigt. Weiterer Vorteil der Vertikalwellenanlage ist, daß die Energieübertragung vom Rotor zum Energiewandelapparat (z. B. Generator) über eine Welle ohne ein Umlenkgetriebe von einem hohen Rotorstandpunkt zu einem tiefer gelegenen Punkt (beispielsweise ebenerdig) erfolgen kann. Der Energiewandelapparat läßt sich demzufolge leicht zugänglich aufstellen. Dadurch reduzieren sich Montage- und Wartungskosten.The installation of a vertical shaft system is to be regarded as the preferred embodiment, since this as a set-up device in principle no mast but only one if possible high installation point. Another advantage of the vertical shaft system is that the Energy transfer from the rotor to the energy conversion apparatus (e.g. generator) via a Shaft without a reversing gear from a high rotor position to a lower one located point (for example at ground level). The energy converter can therefore be easily accessible. This reduces assembly and Maintenance costs.

Als weitere bevorzugte Ausführung ist eine Aufstellungsvorrichtung oder eine Gruppe von Aufstellungsvorrichtungen anzusehen, deren weiterer Zweck eine Energienutzung erfordert, beispielsweise ein Lichtmast oder eine Gruppe von Lichtmasten, die Strom zum Betrieb der Beleuchtungskörper benötigen. Eine solche Kombination ermöglicht eine starke Dezentralisierung der Energieversorgung für derartige Energieverbraucher, was wiederum die Kosten für die Energieversorgungsleitungen und deren Anschlüsse reduziert. Beispielsweise könnte die Beleuchtung von Autobahnen oder abgelegenen Autobahnkreuzen erfindungsgemäß kostengünstig realisiert werden.A further preferred embodiment is a set-up device or a group of installation devices, the further purpose of which is to use energy requires, for example, a light pole or a group of light poles that have electricity to operate the lighting fixtures. Such a combination enables a strong decentralization of the energy supply for such energy consumers, which in turn is the cost of the power supply lines and their connections reduced. For example, the lighting of highways or remote Motorway intersections can be realized inexpensively according to the invention.

Als weitere bevorzugte Ausführung ist eine Vertikalwellenanlage (z. B. gemäß Abb. 1) anzusehen, die so ausgestattet wird, daß sie verstellbare Rotorblätter (1, 2) aufweist. Die Verstellung der Rotorblätter wird so gesteuert, daß das Rotorblatt (1) oder die Rotorblätter, die eine Bewegungskomponente in Windrichtung aufweisen, einen möglichst hohen Lufiwiderstand haben, während das Rotorblatt (2) oder die Rotorblätter, die eine Bewegungskomponente gegen die Windrichtung aufweisen, einen möglichst geringen Luftwiderstand haben. Jedes Rotorblatt wird also bei jeder Umdrehung einmal "aufgestellt" (hoher Lufiwiderstand) und wieder zurückgestellt bzw. weitergedreht, bis die vorherige Position wieder erreicht ist. Dadurch erreicht man eine erheblich bessere Ausnutzung der Windkraft, als wenn man die Rotorblätter gemäß dem Stand der Technik aerodynamisch so konstruiert, daß sie bei vorderseitiger Anströmung einen höheren Luftwiderstand aufweisen als bei rückseitiger Anströmung. Weiterhin besteht der Vorteil, daß Rotoren mit erfindungsgemäß ausgestatteten Rotorblattverstellungen von selbst anlaufen können, was bei herkömmlichen Vertikalwellenanlagen meist Probleme bereitet und durch Zusatzeinrichtungen (z. B. Startermotoren) bewirkt wird.A further preferred embodiment is a vertical shaft system (e.g. according to Fig. 1), which is equipped so that it has adjustable rotor blades ( 1 , 2 ). The adjustment of the rotor blades is controlled so that the rotor blade ( 1 ) or the rotor blades that have a component of movement in the wind direction have the highest possible air resistance, while the rotor blade ( 2 ) or the rotor blades that have a component of movement against the wind direction have one have the lowest possible air resistance. Each rotor blade is therefore "set up" once with each revolution (high air resistance) and reset or rotated again until the previous position is reached again. This achieves a considerably better utilization of the wind power than if the rotor blades were aerodynamically constructed in accordance with the prior art in such a way that they have a higher air resistance when the flow is from the front than when the flow is from the rear. Furthermore, there is the advantage that rotors with rotor blade adjustments equipped according to the invention can start up automatically, which usually causes problems in conventional vertical shaft systems and is caused by additional devices (for example starter motors).

Die Steuerung der Rotorblattverstellung erfolgt über ein spezielles Getriebe, ein Kulissenscheibensystem oder eine sonstige mechanische Verstelleinrichtung, im folgenden als "Kinematik" bezeichnet, die durch eine Windfahne (3) in eine bestimmte Relativstellung zur Windrichtung gebracht und bei drehendem Wind entsprechend nachgeführt wird (Abb. 1). Dadurch kann die Rotorblattverstellung windrichtungsabhängig erfolgen.The rotor blade adjustment is controlled via a special gear, a sliding disc system or another mechanical adjustment device, hereinafter referred to as "kinematics", which is brought into a certain relative position to the wind direction by a wind vane ( 3 ) and is adjusted accordingly when the wind is blowing ( Fig. 1). This allows the rotor blade to be adjusted depending on the wind direction.

Die Rotorblattverstellung kann auch elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch durch entsprechende Motoren oder sonstige Verstelleinrichtungen erfolgen. Das Verstellsignal können diese Verstelleinrichtungen durch eine Windrichtungsmeßeinrichtung erhalten, die unabhängig von der jeweiligen Windkraftanlage sein kann und das Steuersignal elektrisch, optisch, akustisch (Ultraschall) oder per Funk an die Verstelleinrichtung überträgt. So können mit einer Windrichtungsmeßeinrichtung mehrere benachbarte Windkraftanlagen gesteuert werden.The rotor blade adjustment can also be done electrically, hydraulically or pneumatically appropriate motors or other adjustment devices are made. The adjustment signal can get these adjustment devices by a wind direction measuring device,  which can be independent of the respective wind turbine and the control signal electrically, optically, acoustically (ultrasound) or by radio to the adjustment device transfers. Thus, several neighboring ones can be used with one wind direction measuring device Wind turbines can be controlled.

Die Rotorblattverstellung kann in einer bevorzugten Ausführung durch eine entsprechende Konstruktion der Kinematik auch in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit (zwecks Überlastschutz) oder von der geforderten Leistung so verstellt werden, daß der Luftwiderstand der Rotorblätter in ihrer jeweiligen Position sich den gewünschten Bedingungen anpaßt.The rotor blade adjustment can in a preferred embodiment by appropriate construction of the kinematics also depending on the Wind speed (for the purpose of overload protection) or from the required performance be adjusted so that the air resistance of the rotor blades in their respective position adapts to the desired conditions.

In einer bevorzugten Ausführung (z. B. gemäß Abb. 2) kann auf das Windrichtungssignal verzichtet werden, wenn die Rotorblattverstellung so konstruiert ist, daß der Wind bei einer Bewegungskomponente des Rotorblattes (1) in Windrichtung eine Kraftkomponente zum Aufstellen des Rotorblattes (hoher Lufiwiderstand) aufweist, während der Wind bei einer Bewegungskomponente des Rotorblattes (2) gegen die Windrichtung eine Kraftkomponente zum Rückstellenstellen bzw. Weiterstellen des Rotorblattes in die Position mit niedrigem Luftwiderstand hat (Windkraftverstellung der Rotorblätter). Die Positionierung der Rotorblätter kann z. B. durch einen mit der Rotorblattwelle befestigten Nocken (4) erfolgen, der die Rotorblattverstellung bei einer Bewegungskomponente des Rotorblattes (1) in Windrichtung durch einen oberen Anschlag (5) und bei einer Bewegungskomponente des Rotorblattes (2) gegen die Windrichtung durch einen unteren Anschlag (6) begrenzt.In a preferred embodiment (e.g. according to Fig. 2), the wind direction signal can be dispensed with if the rotor blade adjustment is constructed in such a way that the wind, when a component of the rotor blade ( 1 ) moves in the wind direction, is a force component for setting up the rotor blade (high air resistance ), while the wind has a force component for resetting or moving the rotor blade into the position with low air resistance (wind force adjustment of the rotor blades) when the rotor blade ( 2 ) moves against the wind direction. The positioning of the rotor blades can e.g. B. by a fixed with the rotor blade shaft cam ( 4 ), the rotor blade adjustment with a movement component of the rotor blade ( 1 ) in the wind direction by an upper stop ( 5 ) and in a movement component of the rotor blade ( 2 ) against the wind direction by a lower stop ( 6 ) limited.

Die Anschläge (5, 6) können in einer weiteren bevorzugten Ausführung beweglich gestaltet sein und z. B. in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit (zwecks Überlastschutz) oder von der geforderten Leistung so verstellt werden, daß der Lufiwiderstand der Rotorblätter in ihrer jeweiligen Position sich den gewünschten Bedingungen anpaßt.The stops ( 5 , 6 ) can be made movable in a further preferred embodiment and z. B. in dependence on the wind speed (for overload protection) or on the required power so that the air resistance of the rotor blades in their respective position adapts to the desired conditions.

Eine Kombination von Kinematik und Windkraftverstellung ist ebenfalls denkbar. Die erfindungsgemäße Ausführung der Rotorblattverstellung kann sowohl bei einer mehrfach genutzten Aufstellungsvorrichtung als auch auf einer nur für den Rotor genutzten Aufstellungsvorrichtung eingesetzt werden.A combination of kinematics and wind power adjustment is also conceivable. The embodiment of the rotor blade adjustment according to the invention can be used for both multi-use set-up device as well as one only for the rotor used installation device can be used.

Claims (11)

1. Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor der Windkraftanlage auf einem Mast, Turm oder sonstigem Gebäude, im folgenden "Aufstellungsvorrichtung" genannt, montiert wird, der neben der Nutzungsmöglichkeit als Installationsplattform für den Windkraftrotor mindestens einen weiteren Zweck erfüllt.1. Wind power plant, characterized in that the rotor of the wind power plant is mounted on a mast, tower or other building, hereinafter referred to as "installation device", which, in addition to being able to be used as an installation platform for the wind power rotor, fulfills at least one other purpose. 2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, bei welcher als Aufstellungsvorrichtung ein Lichtmast verwendet wird.2. Wind turbine according to claim 1, in which as a positioning device Light pole is used. 3. Windkraftanlage nach Anspruch 1, bei welcher als Aufstellungsvorrichtung ein Antennenmast verwendet wird.3. Wind turbine according to claim 1, in which as a positioning device Antenna mast is used. 4. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher eine Vertikalwellenanlage verwendet wird.4. Wind turbine according to one of claims 1 to 3, in which a Vertical shaft system is used. 5. Windkraftanlage insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher eine Verstellung der Rotorblätter vorgesehen ist, wobei die Verstellung der Rotorblätter so gesteuert wird, daß das Rotorblatt oder die Rotorblätter, die eine Bewegungskomponente in Windrichtung aufweisen, einen möglichst hohen Luftwiderstand haben, während das Rotorblatt oder die Rotorblätter, die eine Bewegungskomponente gegen die Windrichtung aufweisen, einen möglichst geringen Luftwiderstand haben.5. Wind turbine in particular according to one of claims 1 to 4, in which a Adjustment of the rotor blades is provided, the adjustment of the rotor blades so is controlled that the rotor blade or the rotor blades, the one Have components of movement in the wind direction, the highest possible Have drag while the rotor blade or blades, the one Have movement components against the wind direction, the smallest possible Have air resistance. 6. Rotorblattverstellung für Windkraftanlage nach Anspruch 5, bei der die Rotorblattverstellung in Abhängigkeit von einer Windrichtungserfassungseinrichtung, beispielsweise einer Windfahne, welche über eine Kinematik (Getriebe, Kulissenscheibensystem, mechanische Verstelleinrichtung, . . .) mechanisch mit den Rotorblättern in Verbindung steht, gesteuert wird.6. rotor blade adjustment for wind turbine according to claim 5, wherein the  Rotor blade adjustment depending on a wind direction detection device, for example a wind vane, which uses kinematics (gearbox, Setting disc system, mechanical adjustment device,. , .) mechanically with the Rotor blades is connected, is controlled. 7. Rotorblattverstellung für Windkraftanlage nach Anspruch 5, bei der die Rotorblattverstellung durch ein elektrisches, hydraulisches oder pneumatisches System gesteuert wird, welche sein Steuersignal von einer Windrichtungserfassungseinrichtung erhält.7. rotor blade adjustment for wind turbine according to claim 5, wherein the Rotor blade adjustment through an electrical, hydraulic or pneumatic system is controlled, which its control signal from a wind direction detection device receives. 8. Rotorblattverstellung für Windkraftanlage nach Anspruch 5, bei der die Rotorblattverstellung so konstruiert ist, daß der Wind bei einer Bewegungskomponente des Rotors in Windrichtung eine Kraftkomponente zum Aufstellen des Rotors (hoher Luftwiderstand) aufweist, während der Wind bei einer Bewegungskomponente des Rotors gegen die Windrichtung eine Kraftkomponente zum Rückstellenstellen bzw. Weiterstellen des Rotors in die Position mit niedrigem Lufiwiderstand hat (Windkraftverstellung der Rotoren).8. rotor blade adjustment for wind turbine according to claim 5, wherein the Rotor blade adjustment is designed so that the wind with a movement component of the rotor in the wind direction a force component for erecting the rotor (higher Air resistance) while the wind is at a component of the movement Rotor against the wind direction a force component for resetting or Moving the rotor to the position with low air resistance (Wind power adjustment of the rotors). 9. Rotorblattverstellung für Windkraftanlage nach Anspruch 5, bei der die Rotorblattverstellung zusätzlich in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit durchgeführt wird.9. rotor blade adjustment for wind turbine according to claim 5, wherein the Rotor blade adjustment additionally depending on the wind speed is carried out. 10. Rotorblattverstellung für Windkraftanlage nach Anspruch 5, bei der die Rotorblattverstellung zusätzlich in Abhängigkeit von der gewünschten Leistung durchgeführt wird. 10. rotor blade adjustment for wind turbine according to claim 5, wherein the Rotor blade adjustment additionally depending on the desired performance is carried out.   11. Rotorblattverstellung für Windkraftanlage nach Anspruch 5, bei der die Rotorblattverstellung durch eine Kombination der Merkmale der Ansprüche 6 bis 11 durchgeführt wird.11. rotor blade adjustment for wind turbine according to claim 5, wherein the Rotor blade adjustment by a combination of the features of claims 6 to 11 is carried out.
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