DE102007061517A1

DE102007061517A1 - System zum Bereitstellen von Energie von hydraulisch betriebenen Windkraftanlagen

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Publication number: DE102007061517A1
Application number: DE102007061517A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Bei einem System zum Bereitstellen von Energie von hydraulisch betriebenen Windkraftanlagen (WKA), bei welchen über einen Rotor (4) und zumindest eine Hydraulikpumpe (7) antreibbar hydraulischer Druck außerhalb der Windkraftanlage (WKA) in Antriebsleistung umsetzbar ist, soll eine oder eine Mehrzahl von Windkraftanlagen (WKA) wahlweise und ansteuerbar einzelne oder eine Mehrzahl von Hydraulikmotoren (H1 bis Hn) antreiben, um wählbar unterschiedliche Lasten wie Generatoren (G1 bis G3) und/oder Wasserpumpen (P1 bis P4) und/oder Kompressoren (K1 bis K4) und/oder Vakuumpumpen (V1 bis Vn) in Betrieb zu setzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Bereitstellen von Energie von hydraulisch betriebenen Windkraftanlagen, bei welchen über einen Rotor und zumindest eine Hydraulikpumpe antreibbar und hydraulischer Druck ausserhalb der Windkraftanlage (WKA) in Antriebsleistung umsetzbar ist.
Bei herkömmlichen Systemen zum Bereitstellen von Energie von hydraulisch betriebenen Windkraftanlagen wird rotative Energie eines Rotors einer Windkraftanlage über ein Getriebe übersetzt und auf eine oder eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen in Druckenergie übertragen. Diese Technologie hat den Vorteil, dass die Windkraftmaschine im Bereich der Gondel sehr leicht ausgebildet werden kann, was erhebliche Montage, Demontage, Wartungsarbeiten erleichtert.
Über zumindest eine Vorlauf- und Rücklaufleitung wird dann die hydraulische Druckenergie durch den Turm zum Boden bzw. insbesondere zum Untergrund geleitet und ausserhalb einer Windkraftanlage kann dann an diese Vorlauf- und Rücklaufleitung an einen Hydraulikmotor zum Betrieb eines Generators angeschlossen werden.
Nachteilig hieran ist, dass insbesondere für autarke Lösungen die herkömmlichen Systeme nicht geeignet sind, um unterschiedlichen Anforderungen von Energie gerecht zu werden. Insbesondere in nicht erschlossenen Gebieten ist es erforderlich, dass autarke Systeme geschaffen werden, die Energieformen unterschiedlichster Art bereitstellen können und dennoch eine gewisse Grundversorgung, mit Strom gewährleistet.
Nachteilig an den bisher bekannten Systemen zum Bereitstellen von Energie von Hydraulisch betriebenen Windkraftanlagen ist, dass diese keine autarke Systeme schaffen, um beispielsweise Insellösungen, abgelegene, unerschlossene Regionen mit unterschiedlichsten Energieformen ausreichend zu versorgen.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, dass eine oder eine Mehrzahl von Windkraftanlagen wahlweise und ansteuerbar einzelne oder eine Mehrzahl von Hydraulikmotoren antreibt, um wählbar unterschiedliche Lasten wie Generatoren und/oder Wasserpumpen und/oder Kompressoren und/oder Vakuumpumpen in Betrieb zu setzen.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, zumindest eine Mehrzahl von Windkraftanlagen an eine gemeinsame Vorlauf- und Rücklaufleitung anzuschliessen, von welcher aus eine Mehrzahl von Hydraulikmotoren anschliessbar ist, an welche wiederum unterschiedlich dimensionierte Generatoren angeschlossen werden, um diese einzeln, je nach Leistungsstufe oder auch kombiniert je nach Bedarf an Strom oder zur Verfügung gestellter Leistung in Betrieb zu setzen.
Dabei können entsprechende zwischen der Hydraulikleitung und den Hydraulikmotoren eingesetzten Regelventile über eine Regeleinheit gemeinsam gesteuert und einzelne Hydraulikmotoren und somit einzelne Generatoren wahlweise im Betrieb zuschalten oder abschalten.
Dabei erfolgt das Zuschalten bzw. Abschalten leistungsorientiert und prioritätsorientiert, je nach Strombedarf und zu garantierender Grundauslastung sowie je nach zur Verfügung stehender Leistung aus den Windkraftanlagen.
Zusätzlich werden bei der vorliegenden Erfindung weitere Hydraulikmotoren an die Vorlauf- und Rücklaufleitung angeschlossen, um beispielsweise eine oder eine Mehrzahl von Pumpen, insbesondere Wasserpumpen zu betreiben, die beispielsweise Wasser aus Tiefbrunnen schöpfen oder Felder über Bewässerungssysteme mit Wasser versorgen.
Dabei kann je nach Leistung der Windkraftmaschinen eigenständig über die Regeleinheit ein entsprechendes Zuschalten, zeitweise Zuschalten von Hydraulikmotoren zur Versorgung der Pumpen erfolgen, wenn beispielsweise mehr Leistung zur Verfügung steht, ohne die Grundversorgung, ohne den Betrieb der Generatoren zu gefährden. Dies wird in der Regeleinheit vorgenommen.
Ferner können auch eine oder mehrere Kompressoren über zusätzliches Einschalten von weiteren Hydraulikmotoren in Betrieb genommen oder abgeschaltet werden oder auch Vakuumpumpen über weitere Hydraulikmotoren zu- oder abgeschaltet werden. Diese Regelungen erfolgen im Bedarfsfall dann, wenn die Leistung dort gefordert ist und wenn es die Gesamtleistung ohne die Grundversorgung zu gefährden, zulässt.
Auf diese Weise ist ein autarkes System geschaffen, welches eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten bietet, um unterschiedliche Energieformen im Betrieb von Windkraftanlagen bereitzustellen. Zudem werden Windkraftanlagen kostengünstig hergestellt, da wesentliche Bauteile, wie Generatoren, Hydraulikmotoren, nicht nur zur Wartung, sondern auch zu Anschlusszwecken ausserhalb der Windkraftanlagen im Bodenbereich aufgestellt werden können.
Ferner soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, dass eine Hydraulikpumpe direkt mit dem Rotor verbunden werden kann oder aber auch eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen mit einem zwischen Rotor und Hydraulikpumpen dazwischen eingesetzten Getriebe betrieben werden können. Dabei können die einzelnen Hydraulikpumpen wahlweise einzeln und ansteuerbar, leistungsoptimiert und leistungspezifisch, beispielsweise durch Öffnen oder Schliessen von Ventilen in den Hydraulikkreislauf zugeschaltet werden. Zudem soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, dass auch die beliebigen Lasten stufenlos über die Hydraulikmotoren bedarfsorientiert und bedarfsabhängig zuschaltbar sind. Dies kann beispielsweise mittels Drosseln od. dgl. Ventile geschehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
1 eine schematisch dargestellte Seitenansicht auf ein herkömmliches System zum Bereitstellen von Energie von hydraulisch betriebenen Windkraftanlagen an einen Generator;
2 eine schematisch dargestellte Ansicht auf das erfindungsgemässe System zum Bereitstellen von Energie mit hydraulisch betriebenen Windkraftanlagen als mögliches Ausführungsbeispiel.
Gemäss 1 weist eine Windkraftanlage (WKA₁) einen Turm 1 auf, der senkrecht auf einen beliebigen Untergrund 2 aufgestellt wird.
Zu einer um den Azimut verdrehbaren Gondel 3 ist ein Rotor 4 als Luvläufer auf einer etwa waagrecht angeordneten Rotorwelle 5 gelagert, an welche ein Getriebe 6 anschliesst. Das Getriebe 6 treibt eine oder eine Mehrzahl von Hydraulikpumpen 7 an.
Die Hydraulikpumpen 7 können leistungsabhängig und wahlweise durch hier nicht näher dargestellte Kupplungen, Schaltelemente od. dgl. mit dem Getriebe 6 verbunden werden, um hydraulischen Druck zu erzeugen, welcher über eine gemeinsame Vorlauf- und eine Rücklaufleitung 8, 9 aus dem Turm 1 geführt wird und unten im Turm 1 oder nahe im Bereich des Turmes 1 einen Hydraulikmotor H₁ antreibt, um einen daran anschliessenden Generator G₁ zur Erzeugung einer netzeinspeisfähigen Spannung anzutreiben.
Zur Weiterentwicklung der hier beschriebenen Windkraftanlage WKA₁ hat es sich bei der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft erwiesen, ein System R zu schaffen, wie es insbesondere in 2 dargestellt ist, bei welchem zumindest eine Windkraftanlage WKA₁, insbesondere eine Mehrzahl von Windkraftanlagen WKA_n an zumindest eine Vorlaufleitung 8 bzw. Rücklaufleitung 9 anschliessen, um gemeinsam die hydraulisch erzeugte Druckenergie für eine Vielzahl von anschliessbaren Verbrauchern bereitzustellen.
Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass als Vorlaufleitung 8 und Rücklaufleitung 9 mehrere ggf. unterschiedlich stark dimensionierte Hydraulikmotoren H₁ bis H_n und entsprechend ausgelegt hierzu entsprechend passend unterschiedlich stark ausgebildete Generatoren G₁ bis G₃ anschliessen.
Zudem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, an die gemeinsame Vorlaufleitung 8 und Rücklaufleitung 9 über entsprechende Hydraulikmotoren H₄, H₅ entsprechende Pumpen P₁ bis P_n anzuschliessen, um beispielsweise Wasser für Bewässerungssysteme, Tiefbrunnensysteme, Fischzuchtbetriebe od. dgl. umzupumpen, abzupumpen oder bereitzustellen.
Ferner schliessen an Vorlaufleitung 8 und Rücklaufleitung 9 Kompressoren K₁ bis K_n über die Hydraulikmotoren H₆, H₇ an, um Luftdruck in einem Reservoir zu speichern oder permanent zur Verfügung zu stellen.
Zudem können über die Hydraulikmotoren H₈ und H₉ Vakuumpumpen V₁ bis V_n anschliessen, um ein Vakuum in einem Reservoir zu bevorraten oder permanent beispielsweise für die Herstellung von Wasser in Meerwasserentsalzungsanlagen bereitzustellen.
Dabei sind die einzelnen Hydraulikmotoren H₁ bis H_n über jeweils vorgeschaltete Regelventile 10 abschaltbar oder zuschaltbar.
Die Regelventile 10 sind bevorzugt über einen gemeinsamen Bus 11 mit einer Regeleinheit 12 verbunden.

Über die Regeleinheit 12 lässt sich regeln, wie viel Strom beispielsweise über den zumindest einen Generator G₁ bis G₃ durch entsprechendes Zuschalten dem Netz zur Verfügung gestellt werden muss und ohne die Grundversorgung zu gefährden. Die dann überschüssige Leistung wird dann durch beispielsweise wahlweises Zuschalten der Pumpen P₁ bis P_n und/oder Kompressorn K1 bis K_n und/oder Vakuumpumpen V₁ bis V_n vrewendet, um den Energiebedarf optimal auszuschöpfen. Auf diese Weise wird ein autarges System R geschaffen, welches sich nicht nur für Inselnetzsysteme, sondern auch für nicht erschlossene Regionen, Bergregionen etc. eignet, um die erzeugte Energie für vielfältige Zwecke optimiert zu nutzen. Bezugszeichenliste

1	Turm
2	Untergrund
3	Gondel
4	Rotor
5	Rotorwelle
6	Getriebe
7	Hydraulikpumpe
8	Vorlaufleitung
9	Rücklaufleitung
10	Regelventil
11	Bus
12	Regeleinheit

H₁ bis H_n	Hydraulikmotor
V₁ bis V_n	Vakuumpumpe
G₁ bis G₃	Generator
K₁ bis K_n	Kompressor

R	System

WKA₁	Windkraftanlage
WKA₂	Windkraftanlage

P₁ bis P_n	Wasserpumpe

Claims

System zum Bereitstellen von Energie von hydraulisch betriebenen Windkraftanlagen (WKA), bei welchen über einen Rotor (4) und zumindest eine Hydraulikpumpe (7) antreibbar und hydraulischer Druck ausserhalb der Windkraftanlage (WKA) in Antriebsleistung umsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder eine Mehrzahl von Windkraftanlagen (WKA) wahlweise und ansteuerbar einzelne oder eine Mehrzahl von Hydraulikmotoren (H₁ bis H_n) antreibt, um wählbar unterschiedliche Lasten wie Generatoren (G₁ bis G₃) und/oder Wasserpumpen (P₁ bis P₄) und/oder Kompressoren (K₁ bis K₄) und/oder Vakuumpumpen (V₁ bis V_n) in Betrieb zu setzen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass druck- und leistungsabhängig einzelne Hydraulikmotoren (H₁ bis H₄) zur Bereitstellung von elektrischer Energie unterschiedliche Generatoren (G₁ und/oder G₂ und/oder G₃) in unterschiedlich wählbaren Leistungsstufen zuschalten oder abschalten und weitere Leistungsstufen, wie Wasserpumpen (P₁ bis P_n) und/oder Kompressoren (K₁ bis K_n) und/oder Vakuumpumpen (V₁ bis V_n) in Abhängigkeit der geforderten Einsätze wahlweise automatisiert zuschalten.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder eine Mehrzahl von Windkraftanlagen (WKA) an einer gemeinsamen Druckleitung (8, 9) angeschlossen sind.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder eine Mehrzahl von leistungsspezifisch unterschiedlich dimensionierte Generatoren (G₁ bis G₃) über einzelne Regelventile (10) über die Regeleinheit (12) zugeschaltet werden und bei entsprechendem Überschuss erzeugter Leistung durch die Windkraftanlage (WKA₁ bis WKA_n) zusätzliche Energie durch Zuschalten von weiteren Hydraulikmotoren zum Betrieb von Wasserpumpen (P₁ bis P_n), Kompressoren (K₁ bis K_n) und/oder Vakuumpumpen (V₁ bis V_n) und/oder insbesondere für den Betrieb für den Tiefbrunnen und Bewässungssystemen zugeschaltet werden.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Regeleinheit (12) eine priorisierende Leistungsverteilung auf ein oder mehrere unterschiedliche dimensionierte Generatoren (G₁ bis G₃) durch priorisierendes Zuschalten lastabhängig erfolgt, und bei Vorliegen von Überkapazitäten weitere Hydraulikmotoren (H₁ bis H_n) zum Betrieb von Pumpen (P₁ bis P₄) und/oder Kompressoren (K₁ bis K_n) und/oder Vakuumpumpen (V₁ bis V_n) od. dgl. zusätzlich angetrieben werden.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von unterschiedlich dimensionierten Generatoren (G₁ bis G₃) über Hydraulikmotoren (H₁ bis H_n) zugeschaltet werden und parallel weitere Hydraulikmotoren (H₁ bis H₄) wahlweise angetrieben werden, um eine oder mehrere Pumpen (P₁ bis P_n) und/oder ein oder mehrere Kompressoren (K₁ bis K_n) und/oder eine oder mehrere Vakuumpumpen (V₁ bis V_n) priorisierend über einzelne Regelventile (10) zuzuschalten oder bei abnehmender Leistung dann entsprechend prioritätsabhängig abzuschalten sodass eine Grundauslastung an Energie, insbesondere an Strom gewährleistet bleibt.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das System autark eigenständig im Betrieb eine oder mehrere Hydraulikmotoren (H₁ bis H_n) zum Betrieb von ein oder mehreren unterschiedlich stark ausgewählten Generatoren (G₁ bis G₃) wahlweise und regelbar über eine Regeleinheit (12) durch entsprechendes Zuschalten der Regelventile (10) antreibt und durch automatisches Zuschalten über die Regeleinheit (12) von weiteren Hydraulikmotoren bei Bedarf und bei Leistungsüberschuss weitere Lasten, wie Pumpen (P₁ bis P_n) und/oder Kompressoren (K₁ bis K_n) und/oder Vakuumpumpen (V₁ bis V_n) eingeschaltet werden, so dass eine Grundauslastung gewährleistet bleibt.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Windkraftanlagen (WKA) eine gemeinsame Hydraulikleitung (H₁ bis H_n), bestehend aus Vorlaufleitung (8) und Rücklaufleitung (9) speisen.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an die gemeinsamen Vorlauf- und Rücklaufleitungen (8, 9) eine Mehrzahl von Hydraulikmotoren (H₁ bis H_n) zuschaltbar über Regelventile (10) anschliessen.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von Hydraulikmotoren (H₁ bis H_n) eine Mehrzahl von unterschiedlich leistungsmässig dimensionierten Generatoren (G₁ bis G₃) zumindest einen Kompressor (K₁ bis K_n) und zumindest eine Vakuumpumpe (V₁ bis V_n) versorgt.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hydraulikmotor (H₁ bis H₄) über ein separates ansteuerbares Regelventil (10) über eine gemeinsame Regeleinheit (12) priorisierend nach geforderter Leistung den zumindest einen Generator (G₁ bis G₃) und/oder die zumindest eine Wasserpumpe (P₁, P_n) und/oder den zumindest einen Kompressor (K₁, K_n) und/oder die zumindest eine Vakuumpumpe (V₁, V_n) zuschaltet.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Regelventile (10) über einen gemeinsamen Bus (11) mit der Regeleinheit (12) verbunden und über diese leistungsabhängig und prioritätsabhängig zuschaltbar und abschaltbar sind.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Windkraftanlagen (WKA₁ bis WKA_n) an zumindest eine gemeinsame Vorlauf- und Rücklaufleitung (8, 9) angeschlossen sind und ausserhalb der Windkraftanlagen (WKA₁ bis WKA_n) im Bereich des Untergrundes (2) eine Mehrzahl von Hydraulikmotoren (H₁ bis H_n) an die Rücklaufleitung (9) und Vorlaufleitung (8) über Regelventile (10) zuschaltbar und abschaltbar angeschlossen sind, wobei an die Mehrzahl von Hydraulikmotoren (H₁ bis H_n) unterschiedlich dimensionierte Generatoren (G₁ bis G₃) und/oder Pumpen (P₁ bis P_n) und/oder Kompressoren (K₁ bis K_n) und/oder Vakuumpumpen (V₁ bis V_n) angeschlossen sind, welche wahlweise oder gemeinsam auch in Kombination, leistungsabhängig, automatisch im Betrieb zuschaltbar oder abschaltbar sind.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rotor (4) und der zumindest einen Hydraulikpumpe (7) zumindest ein Getriebe (6) angeordnet ist.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder eine Mehrzahl von Pumpen über das Getriebe (6) anschliessbar sind und leistungsspezifisch einzelne Hydraulikpumpen (7) wahlweise und ansteuerbar zuschaltbar sind.
System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Hydraulikpumpen (7) über einzelne ansteuerbare Ventile leistungsspezifisch in Abhängigkeit der Leitung des Rotors (4) zuschaltbar sind.
System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wählbare unterschiedliche Lasten über die Hydraulikmotoren (H₁ bis H_n) stufenlos wählbar über Ventile bedarfsorientiert zugeschaltet werden.