DE102007015301A1 - Windenergieanlage mit einer Wärmepumpe - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage (30) mit einem Windrad (1), dessen Antriebsleistung mittels eines Winkelgetriebes (5) auf eine vertikale Welle (10) und mittels einer Getriebestufe (21) sowie eines Antriebsriemens (26) auf einen Verdichter (11) einer Wärmepumpe übertragen wird. Der Verdichter (11) ist Bestandteil eines Wärmekreislaufs, welcher weiterhin außer mehreren, ein Wärme-/Kältemittel aufnehmenden Leitungen einen Kondensator (12), ein Expansionselement (14) sowie einen Verdampfer (13) umfasst, dem zur Nutzung der Erd- und/oder Grundwasserwärme ein Erdkollektor (22) zugeordnet ist. Hierzu ist die Wärmepumpe in einem bodennahen Bereich des Mastes (6) angeordnet. Dem Kondensator (12) und dem Verdampfer (13) ist jeweils eine Umwälzpumpe (29, 25) zugeordnet. Der Kondensator (12) ist mit einem in einem Gebäude (27) untergebrachten Wärmespeicher (15) mit einem zusätzlichen elektrischen Heizsatz (17) verbunden. Der Verdichter (11) der Wärmepumpe ist zusätzlich mit einem elektrischen Antrieb (19) verbunden, welcher einen motorischen Betrieb des Verdichters (11) ermöglicht, und der mittels einer einen mechanischen Freilauf aufweisenden Kupplung (20) bedarfsweise zuschaltbar ist, um zusätzlich zu der Funktion einer Notversorgung bei kompletter Windstille die Windenergieanlage (30) auch bei schwachem Wind nutzen zu können. Insbesondere wird dadurch also ein paralleler Betrieb des Windrades (1) und des Antriebs (19) mit variabler Verteilung der Antriebsleistung ...

Description

  • Die Erfindung betrifft eine mit einem Turm oder Mast ausgestattete Windenergieanlage mit einem Windrad, welches mittels einer Welle oder eines Getriebes mit einer Wärmepumpe verbunden ist, welche Teil eines Wärmekreislaufs ist und zumindest einen Kondensator, ein Expansionselement, einen Verdampfer, einen Verdichter, Leitungen sowie ein Wärme-/Kältemittel umfasst, wobei die Wärmepumpe in einem insbesondere bodennahen Bereich des Turms oder des Mast angeordnet ist.
  • Eine solche auch als windgetriebene Wärmepumpe (WWP) bezeichnete Windenergieanlage zur Erzeugung von Heizwärme ist bereits grundsätzlich bekannt. Die direkte mechanische Kopplung eines Windrades mit dem Verdichter einer Wärmepumpe ergibt ein System, das ganz ohne den Einsatz von Fremdenergie, fossiler oder regenerativer Herkunft auskommen kann.
  • Neben dem Aspekt des Umweltschutzes, wie der Reduzierung der CO2-Emission, sind Windkraftanlagen in manchen Teilen der Erde oft die einzige Möglichkeit, unabhängig vom öffentlichen Versorgungsnetz Energie wirtschaftlich zu erzeugen.
  • Nicht immer wird aber elektrischer Strom benötigt, oft wird über den Umweg einer verlustreichen Stromerzeugung Wärme oder Kälte zur Temperierung von Gebäuden oder Kühlhäusern erzeugt.
  • Insgesamt bietet die Kombination aus Windkraft und Wärmepumpe durch den thermischen Energiegewinn aus der Umgebung vor allem den vorteilhaften Effekt, dass sich die Dimensi an des Windrades in akzeptablen Grenzen halten kann. Je nach Qualität der Wärmedämmung und Größe eines Einfamilienhauses ergeben sich Rotordurchmesser zwischen etwa 2,5 und 7 Metern. Somit ist eine dezentrale Nutzung, zum Beispiel für allein stehende Häuser, Höfe oder auch Gebäudegruppen, unabhängig vom zentralen Stromnetz möglich und sinnvoll.
  • Eine Wärmepumpe wird dabei direkt oder über ein Getriebe vom Windrad angetrieben. Von Vorteil ist dabei, dass die aus der Energieumsetzung resultierenden Verluste deutlich reduziert und der Nutzungsgrad der eingesetzten Windenergie gesteigert werden. Während sich beispielsweise bei der Stromerzeugung nur etwa 30% der Primärenergie in Strom umwandeln lassen, werden bei Windenergieanlagen mit windgetriebener Wärmepumpe über 70% des Umweltpotentials zur Leistungsgewinnung herangezogen.
  • Als nachteilig erweist sich dabei der Anschluss der Wärmepumpe an einen Heizkreislauf eines zu beheizenden Gebäudes oder einer zu beheizenden Anlage. Einerseits erfordert die Überwindung der Höhendifferenz zwischen der in dem Turm angeordneten Wärmepumpe und dem Heizkreislauf einen oftmals erheblichen Aufwand, andererseits ist auch die Schwenkbeweglichkeit des Turms um die Turmachse zur Nachführung des Windrades entsprechend der Windrichtung nur mit aufwendigen Leitungselementen realisierbar, sodass in der Praxis oftmals eine Drehwinkelerfassung erforderlich ist, die bei Überschreiten des maximalen Drehwinkels eine entgegengesetzte Schwenkbewegung des Turms mittels eines Antriebs auslöst. Weiterhin erweist sich auch der Aufwand für den Service und die Wartung der in dem Turm untergebrachten Wärmepumpe als vergleichsweise aufwendig.
  • Weiterhin sind auch bereits Windenergienalgen bekannt, bei denen die Windenergie auf eine vertikale Antriebswelle übertragen wird, um so dem Antrieb von Wasserpumpen zu dienen. Windräder mit etwa 10–20 Flügeln aus einfachen Blech- oder Kunststoffplatten werden im Mittelmeerraum noch heute zum Betreiben von Bewässerungsanlagen eingesetzt. Um den Rotor in Windrichtung zu bringen, ist axial hinter der Rotorwelle eine Windfahne angebracht. Sie hält den Rotorkopf, der drehbar auf der Turmkonstruktion lagert, ständig linear zur Anströmrichtung des Windes und bewirkt damit, dass das Windrad mit seiner größten Angriffsfläche im Wind bleibt. Durch eine zweite Seitenfahne ist es bei manchen Anlagen möglich, das Windrad ab einer bestimmten Windstärke aus dem Wind zu drehen. Die Rotationsenergie der Windradwelle kann durch ein Kegelradgetriebe umgesetzt und nach unten auf eine mechanisch arbeitende Wasserpumpe übertragen werden. Diese Pumpe fördert Grundwasser in einen Speicherbehälter, aus dem nach Bedarf die Bewässerungskanäle landwirtschaftlicher Anbauflächen gespeist werden können.
  • Aus der US 43 04 103 ist weiterhin auch eine Wärme- und/oder Kälteanlage bekannt, bei der ein erster Verdichter von einem Windrad antreibbar ist, welcher parallel zu einem zweiten Verdichter geschaltet ist, welcher von einem elektrischen Antrieb antreibbar ist, wenn die Windstärke gering ist.
  • Die DE 10 2004 046 286 A1 bezieht sich auf eine windgetriebene Wärmepumpenanlage oder Kühlanlage für die Erzeugung von Wärme oder Kälte ohne Fremdenergie. Der Verdichter wird dabei direkt oder über ein Getriebe von einem Windrad angetrieben und ist über einen Kältekreislauf direkt mit einem Verdampfer, einem Expansionsventil und einem Kondensator verbunden. Die Wärmepumpenanlage ist auf einer Drehplatte montiert, sodass bei Heizbetrieb der Verdampfer und bei Kühlbetrieb der Kondensator als Windturbine dient.
  • Bei im Übrigen nahezu unverändertem Aufbau dient gemäß der DE 198 39 647 C1 der Kondensator im Heizbetrieb als Verdampfer und im Kühlbetrieb als Windfahne.
  • Die DE 100 24 044 A1 betrifft ebenfalls bereits eine Wärmepumpen- oder Kälteanlage mit mechanischem Windenergieantrieb ohne Fremdenergie. Der Verdichter der Wärmepumpenanlage wird mit dem vom Wind angetriebenen Rotor als Horizontalrotor über ein Winkelgetriebe oder bei Vertikalrotor direkt über eine Kurbelwelle und einem Getriebe angetrieben. Dabei ist der Rotormast außenseitig als Verdampfer mit großen Wärmetauscherlamellen für die Umgebungsluftwärme ausgeführt. Der untere Mastbereich dient als Pufferspeicher mit einem innenliegenden Kondensatorwärmetauscher. Unterhalb des Pufferspeichers befindet sich das Getriebe, das die Drehzahl des Rotors an die Kompressordrehzahl anpasst. Der Kompressor ist für besseren Zugang für Wartung und Service im unteren Bereich des Turmes angebracht. Im Inneren des Rohrmasts befindet sich eine Kurbelwellenführung, in welcher die Kurbelwelle geführt wird. Zur Abführung der gewonnen Wärme wird der Pufferspeicher im Inneren mit Kondensatwärmetauschern versehen. Die Abführung der Heizungswärme erfolgt über Heizungsvorlauf und Heizungsrücklauf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zur Nutzung der Windenergie durch eine Windenergieanlage mit einem mit einer Wärmepumpe verbundenen Windrad zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Windenergieanlage gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß ist also eine Windenergieanlage vorgesehen, bei welcher die Welle als eine im Wesentlichen vertikal angeordnete Antriebswelle ausgeführt und bei der dem Verdampfer als Wärmequelle eine Erd-, Fluss-, Gewässer- und/oder Grundwasserwärme zugeordnet ist. Hierdurch wird durch die Nutzung der Erdwärme in einfacher Weise eine wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades und der Zuverlässigkeit im Betrieb erreicht. Insbesondere wird dadurch auch eine effektive Nutzung bei Umgebungslufttemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes ermöglicht. Durch die vertikale Antriebswelle wird in einfacher Weise die Antriebsleistung des Windrades auf den bodenseitig angeordneten Verdichter übertragen, wobei zugleich die uneingeschränkte Schwenkbeweglichkeit des Windrades um den Turm oder Mast erhalten bleibt. Zugleich ist eine Anpassung der erforderlichen Antriebsdrehzahl an die Erfordernisse des Verdichters mittels eines Getriebes, insbesondere auch eines Reduzier- oder Wechselgetriebes, in einfacher Weise möglich. Die Anordnung der Wärmepumpe, insbesondere des Verdichters, kann ebenso in einem bodennahen Bereich der Windenergieanlage wie auch in dem Turm oder an dem Mast in einer beliebigen Höhe angeordnet sein. Denkbar ist auch eine Variante ohne eine vertikale Antriebswelle oder nur mit einer kurzen vertikalen Antriebswelle. Weiterhin kann gemäß einer weiteren Variante lediglich der Verdichter in einem oberen Turm- oder Mastbereich angeordnet sein, während die übrigen Elemente der Wärmepumpe in dem bodennahen Bereich angeordnet sind.
  • Der Verdampfer könnte als Wärmequelle die Umgebungsluft nutzen. Besonders zweckmäßig ist es hingegen, wenn dem Verdampfer zumindest ein Kollektor und/oder eine Sonde zur Nutzung der Erdwärme- und/oder Grundwasserwärme zugeordnet ist, um so mit geringem Aufwand den gewünschten hohen Wirkungsgrad durch ein im Verlauf der Jahreszeiten vergleichsweise gleichförmiges Temperaturniveau der Primärenergie als Wärmequelle für den Verdampfer sicherzustellen.
  • Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Wärmepumpe mit einem zusätzlichen, elektrischen Antrieb verbunden ist, welcher einen motorischen Betrieb des Verdichters der Wärmepumpe ermöglicht, um die Wärmepumpe auch bei Windstille unter Nutzung externer elektrischer Energie betreiben zu können. Die Wärmepumpe der Windenergieanlage kann somit auch dann betrieben und zur effizienten Nutzung der Erdwärme genutzt werden, wenn die Windstärke zum direkten Antrieb der Wärmepumpe nicht ausreicht. Die Wirtschaftlichkeit und die Verfügbarkeit der Windenergieanlage kann dadurch weiter verbessert werden.
  • Besonders zweckmäßig ist es auch, wenn dabei der zusätzliche Antrieb mittels einer Kupplung bedarfsweise zuschaltbar ist. Der Antriebsstrang zwischen dem Windrad und dem Verdichter lässt sich so für den elektromotorischen Betrieb des Verdichters mittels des zusätzlichen, elektrischen Antriebs mittels der Kupplung oder eines leicht entfernbaren oder trennbaren Antriebselementes unterbrechen, um eine Übertragung der Antriebsleistung auf das Windrad zu vermeiden. Denkbar ist es dabei auch, das Windrad mittels des Antriebs um seine vertikale Achse zu schwenken, um eine Windanströmung der Rotorblätter zu vermeiden.
  • Eine weitere besonders praxisnahe Abwandlung wird dadurch erreicht, dass die Kupplung eine elektrisch schaltbare Kupplung mit einer elektronischen Steuerung hat, um so die Kraftübertragung gegebenenfalls auch in sehr kurzer Zeit unterbrechen zu können, sodass beispielsweise eine Windböe nicht zu einer unerwünschten hohen Drehzahl des Verdichters führt.
  • Bei geringer Windstärke könnte das Windrad mittels einer Bremsfunktion gestoppt werden, um unnötigen Verschleiß zu vermeiden. Besonders sinnvoll ist es hingegen, wenn die Kupplung einen insbesondere mechanischen Freilauf hat, um zusätzlich zu der Funktion einer Notversorgung bei kompletter Windstille die Windenergieanlage auch bei schwachem Wind nutzen zu können. Insbesondere wird dadurch also ein paralleler Betrieb des Windrades und des zusätzlichen Antriebs mit variabler Verteilung der Antriebsleistung ermöglicht. Der Bereich der nutzbaren Windgeschwindigkeiten wird dadurch in dem Bereich der niedrigen Windgeschwindigkeiten erweitert und der zusätzliche Antrieb und dessen Stromaufnahme durch eine teilweise Nutzung der Windenergie entlastet. Die kombinierte Betriebsweise beider Antriebe ist besonders deswegen interessant, weil das Drehmoment einer Windkraftanlage mit dem Quadrat und die Drehzahl linear mit der Windgeschwindigkeit steigen. Dementsprechend steigt die Leistung mit der 3. Potenz der Windgeschwindigkeit. Wenn der elektromotorische Antrieb auf eine relativ geringe Drehzahl und Leistung ausgelegt ist, kann das Windrad jedoch über den Freilauf unterstützend wirken, wenn bei geringem Wind nicht genügend Drehmoment zum Anfahren der Wärmepumpe vorhanden ist.
  • Das Windrad könnte um eine vertikale, insbesondere mit der Mittelachse des Turms oder des Masts übereinstimmenden Achse rotationsbeweglich angeordnet sein. Besonders einfach ist hingegen eine Ausführungsform, bei welcher das Windrad mittels eines Winkelgetriebes, insbesondere Kegelradgetriebes, mit der Welle verbunden ist. Hierbei kann auf eine an sich bekannte Bauform des Windrades mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad zurückgegriffen werden, sodass sich eine besonders wirtschaftliche Auslegung der Windenergieanlage realisieren lässt. Mittels des beispielsweise als Kegelradgetriebe ausgeführten Winkelgetriebes wird so eine einfache Kraftübertragung der horizontalen oder gegenüber der Horizontalen geringfügig geneigten Windradwelle auf die vertikale Welle erreicht.
  • Dabei hat sich eine Ausgestaltung als besonders sinnvoll erwiesen, bei welcher das Windrad an dem Turm oder Mast um eine vertikale Achse, insbesondere um die vertikale Antriebswelle, schwenkbeweglich angeordnet ist, deren Drehachse dabei im Wesentlichen identisch ist mit der Drehachse der Schwenkbewegung. Die Schwenkbewegung des Windrades ist dadurch stufenlos einstellbar, wobei eine selbsttätige Anpassung an die jeweilige Windrichtung in einfacher Weise mittels eines Windrichtungsflügels erfolgen kann. Selbstverständlich kann die eingestellte Winkelstellung mittels einer Brems- oder Feststelleinrichtung festlegbar sein.
  • Eine weitere besonders praxisrelevante Weiterbildung der Erfindung wird dadurch geschaffen, dass der Turm oder Mast die Antriebswelle zumindest abschnittweise einschließt, sodass diese gegenüber Umwelteinflüssen in optimaler Weise geschützt ist.
  • Eine andere, ebenfalls besonders zweckmäßige Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass die Windenergieanlage mit einer dem Windrad zugeordneten, insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektrisch und/oder manuell betätigbaren Brems- oder Feststellvorrichtung ausgestattet ist, die unmittelbar auf das Windrad oder eine Windradwelle, das Getriebe oder auch auf die vertikale Welle wirken kann. Die Windenergieanlage kann dabei mit mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Kraftübertragungsmechanismen zum Betätigen oder Entriegeln der betätigbaren Brems- oder Feststellvorrichtung innerhalb der rotierenden, vertikalen Abtriebswelle ausgestattet sein.
  • Außerdem ist es besonders empfehlenswert, wenn die Windenergieanlage mehrere, getrennt zuschaltbare Verdichter oder einen Verdichter mit einem veränderlichen Volumen (cm3/Umdrehung) aufweist, um die umgesetzte Leistung an die jeweiligen Windverhältnisse anzupassen.
  • Eine andere, ebenfalls besonders praxisgerechte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Windenergieanlage wird dadurch erreicht, dass diese zusätzlich mit einem Generator zur bedarfsweisen thermischen und/oder elektrischen Energieproduktion ausgestattet ist. Hierdurch kann bedarfsweise zusätzlich oder alternativ zu der thermischen Energieproduktion auch elektrische Energie erzeugt werden, wenn diese beispielsweise bei hohen, sommerlichen Außentemperaturen mit einem erhöhten Anteil erwünscht ist.
  • Diese elektrische Energieproduktion kann darüber hinaus auch entsprechend einer weiteren besonders sinnvollen Weiterbildung der Windenergieanlage mit einem elektrischen Energiespeicher, vorzugsweise einschließlich Batteriespeicherung, insbesondere zur Versorgung einer Steuerung, ausgestattet sein, um so die Erhaltung der Funktionsfähigkeit der Windenergieanlage und damit einen vollständig netzunabhängigen Betrieb der Windenergieanlage zu erreichen. Selbstverständlich kann ein entsprechend bemessener elektrischer Energiespeicher auch zur Speicherung der Energie für mehrere von der Windenergieanlage unabhängige elektrische Verbraucher genutzt werden.
  • Eine andere, in gleicher Weise Erfolg versprechende Ausgestaltung wird dadurch geschaffen, dass die Windenergieanlage ein oder mehrere thermische Pufferspeicher zur Speicherung von Heizenergie oder für die Warmwasserbereitung aufweist, um bei geringem Wind für einen vorübergehenden Zeitraum die thermische Energieversorgung sicherzustellen. Ein solcher Pufferspeicher kann beispielsweise als ein wesentliches Bauelement einen isolierten Flüssigkeitsbehälter für Warmwasser aufweisen.
  • Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Abwandlung wird dann erreicht, wenn der Turm oder Mast zur Einstellung unterschiedlicher Höhen des Windrades zumindest abschnittsweise verstellbar oder teleskopierbar ausgeführt ist, um so den Serviceaufwand zu verringern.
  • Das Windrad könnte einer an sich bekannten Bauform folgen. Besonders vielversprechend ist es hingegen, wenn das Windrad mehrere Flügel aufweist, welche zumindest abschnittsweise elastisch oder federnd ausgeführt sind und/oder eine elastische oder federnde Lagerung aufweisen. Beispielsweise könnten die Flügelspitzen oder Teile der Flügel des Windrades derart ausgeführt sein, dass diese sich entsprechend der Anströmungsgeschwindigkeit verlagern oder verformen, um so den Wirkungsgrad zu verbessern oder aber eine Überlastung des Windrades zu verhindern. Beispielsweise kann der Anstellwinkel derart veränderbar sein, dass bei starkem Wind einer zu hohen Drehzahl des Rotors und/oder einer Beschädigung vorgebeugt wird.
  • Hierzu weist das Windrad zumindest abschnittsweise einen Leichtmetall-, Kunststoff- oder Holzwerkstoff als wesentlichen Werkstoffbestandteil auf, um so nicht nur ein geringes Eigengewicht des Windrades und damit eine geringe Massenträgheit, sondern auch die gewünschte abschnittsweise elastische Verformung mittels des hierzu geeigneten Werkstoffs zu erreichen.
  • Dabei erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn die Windenergieanlage ein die Drehrichtung des Windrads festlegendes Element aufweist. Hierdurch wird also ein gegensinniges Drehen des Windrads verhindert, um so mögliche Schäden an der Wärmepumpe zu verhindern.
  • Demgegenüber ist es auch von Vorteil, wenn gemäß einer vielversprechenden Ausgestaltung die Windenergieanlage wahlweise zur Erzeugung von Wärme oder Kälte ausgeführt ist, um so eine effiziente wirtschaftliche Nutzung in Regionen mit jahreszeitlich stark schwankendem Klima zu verbessern, indem im Sommer eine Kühlwirkung und im Winter eine Heizwirkung realisiert wird.
  • Durch jeweils einen Windrichtungsflügel kann das Windrad bei Erreichen einer vorbestimmten Windstärke relativ zu der Anströmungsrichtung selbsttätig verschwenkt werden, sodass das Windrad der Windrichtung nachgeführt und bei zu starkem Wind aus der direkten Anströmung heraus geschwenkt werden kann.
  • Selbstverständlich können mehrere Windräder oder Verdichter zu einem gemeinsamen Wärmekreislauf verbunden werden, um so die Baugröße jedes einzelnen Windrades zu reduzieren und den Aufwand für die Errichtung und Anbringung der Windenergieanlage zu verringern.
  • Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in einer teilweise geschnittenen Prinzipdarstellung eine Windenergieanlage 30 mit einem ein Windrad 1 tragenden Mast 6. Die Antriebsleistung des Windrades 1 wird hierzu mittels eines Winkelgetriebes 5 auf eine vertikale Welle 10 übertragen, die mittels einer Getriebestufe 21 sowie eines Antriebsriemens 26 mit einem Verdichter 11 einer Wärmepumpe verbunden ist. Der Verdichter 11 ist Bestandteil eines Wärmekreislaufs, welcher weiterhin außer mehreren, ein Wärme-/Kältemittel führenden Leitungen einen Kondensator 12, ein Expansionselement 14 sowie einen Verdampfer 13 umfasst, dem zur Nutzung der Erd- und/oder Grundwasserwärme ein Erdkollektor 22 zugeordnet ist. Hierzu ist die Wärmepumpe in einem bodennahen Bereich des Mastes 6 angeordnet. Dem Kondensator 12 und dem Verdampfer 13 ist jeweils eine Umwälzpumpe 29, 25 zugeordnet. Der Kondensator 12 ist mit einem in einem Gebäude 27 untergebrachten Wärmspeicher 15 mit einem zusätzlichen elektrischen Heizsatz 17 verbunden, um das Temperaturniveau mittels der erzeugten elektrischen Energie oder Fremdenergie über das maximal von der Wärmepumpe lieferbare Niveau von etwa 60°C hinaus anheben zu können. Der Wärmspeicher 15 ist seinerseits mit einem eine Umwälzpumpe 24 aufnehmenden Heizkreis 23 des Gebäudes 27 verbunden. Der Verdichter 11 der Wärmepumpe ist zusätzlich mit einem elektrischen Antrieb 19 verbunden, welcher einen motorischen Betrieb des Verdichters 11 ermöglicht, und der mittels einer einen mechanischen Freilauf aufweisenden Kupplung 20 bedarfsweise zuschaltbar ist, um zusätzlich zu der Funktion einer Notversorgung bei kompletter Windstille die Windenergieanlage 30 auch bei schwachem Wind nutzen zu können. Insbesondere wird dadurch also ein paralleler Betrieb des Windrades 1 und des Antriebs 19 mit variabler Verteilung der Antriebsleistung ermöglicht. Weiterhin ist die Windenergieanlage 30 mit einem Generator 18 zur bedarfsweisen thermischen und/oder elektrischen Energieproduktion und insbesondere zur Versorgung einer Steuerung 16 der Windenergieanlage 30 ausgestattet. Das um eine horizontale Welle, die von einer Lagerung 4 aufgenommen ist, rotationsbewegliche Windrad 1 ist an dem Mast 6 mittels einer Drehlagerung 9 um eine vertikale Achse, insbesondere der Welle 10 schwenkbeweglich angeordnet, sodass mit Hilfe eines Windrichtungsflügels 8 die optimale Winkelstellung eines das Windrad 1 tragenden Maschinenkopfs 7 selbsttätig erreicht wird, wobei das Windrad 1 mittels einer mit einem Zugstab 3 betätigbaren Feststellvorrichtung 2 festlegbar ist. Der die Welle 10 einschließende Mast 6 hat weiterhin zur Einstellung unterschiedlicher Höhen des Windrades 1 eine einstellbare Teleskopiereinrichtung 28.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (21)

  1. Eine mit einem Turm oder Mast (6) ausgestattete Windenergieanlage (30) mit einem Windrad (1), welches mittels einer Welle (10) oder eines Getriebes mit einer Wärmepumpe verbunden ist, welche Teil eines Wärmekreislaufs ist und zumindest einen Kondensator (12), ein Expansionselement (14), einen Verdampfer (13), einen Verdichter (11) sowie mehrere ein Wärme-/Kältemittel aufnehmende Leitungen umfasst, wobei die Wärmepumpe in einem insbesondere bodennahen Bereich des Turms oder des Masts (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) als eine insbesondere vertikal angeordnete Antriebswelle ausgeführt ist und dass dem Verdampfer (13) als Wärmequelle eine Erd-, Fluss-, Gewässer- und/oder Grundwasserwärme zugeordnet ist.
  2. Windenergieanlage (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdampfer (13) zumindest ein Kollektor (22) und/oder eine Sonde zur Nutzung der Erdwärme- und/oder Grundwasserwärme zugeordnet ist.
  3. Windenergieanlage (30) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (11) mit einem zusätzlichen, elektrischen Antrieb (19) verbunden ist.
  4. Windenergieanlage (30) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Antrieb (19) mittels einer Kupplung (20) bedarfsweise zuschaltbar ist.
  5. Windenergieanlage (30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (20) als eine elektrisch schaltbare Kupplung ausgeführt ist.
  6. Windenergieanlage (30) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (20) einen insbesondere mechanischen Freilauf hat.
  7. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Windrad (1) mittels eines Winkelgetriebes (5) mit der Welle (10) verbunden ist.
  8. Windenergieanlage (30) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Winkelgetriebe (5) zumindest zwei Kegelräder aufweist.
  9. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (1) an dem Turm oder Mast (6) um eine vertikale Achse, insbesondere um die vertikale Antriebswelle (10), schwenkbeweglich angeordnet ist.
  10. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm oder Mast (6) die Antriebswelle (10) zumindest abschnittweise einschließt.
  11. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (30) mit einer dem Windrad (1) zugeordneten, insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektrisch und/oder manuell betätigbaren Brems- oder Feststellvorrichtung (2) ausgestattet ist.
  12. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (30) mehrere, getrennt zuschaltbare Verdichter oder einen Verdichter (11) mit einem veränderlichen Volumen aufweist.
  13. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (30) zusätzlich mit einem Generator (18) zur bedarfsweisen thermischen und/oder elektrischen Energieproduktion ausgestattet ist.
  14. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (30) mit einem elektrischen Energiespeicher, vorzugsweise einschließlich Batteriespeicherung, insbesondere zur Versorgung einer Steuerung (16), ausgestattet ist.
  15. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (30) einen oder mehrere thermische Pufferspeicher (15) zur Speicherung von Heizenergie oder für die Warmwasserbereitung aufweist.
  16. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm oder Mast (6) zur Einstellung unterschiedlicher Höhen des Windrades (1) zumindest abschnittsweise verstellbar oder teleskopierbar ausgeführt ist.
  17. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (1) mehrere Flügel aufweist, welche zumindest abschnittsweise elastisch oder federnd ausgeführt sind und/oder eine elastische oder federnde Lagerung aufweisen.
  18. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Windrad (1) zumindest abschnittsweise einen Leichtmetall-, Kunststoff- oder Holzwerkstoff als wesentlichen Werkstoffbestandteil aufweist.
  19. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (30) ein die Drehrichtung des Windrads (1) festlegendes Element aufweist.
  20. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (30) wahlweise zur Erzeugung von Wärme oder Kälte ausgeführt ist.
  21. Windenergieanlage (30) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Windrichtungsflügel (8), durch den das Windrad (1) bei Erreichen einer vorbestimmten Windstärke relativ zu der Anströmungsrichtung schwenkbar ist.
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