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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 mit einer Stromerzeugungseinheit, um
einen ersten elektrischen Strom aus einer Energie eines Windes zu
erzeugen, einem Brennstoffzellensystem, um einen zweiten elektrischen
Strom aus einer elektrochemischen Umsetzung eines ersten Reaktanden
und eines zweiten Reaktanden zu erzeugen, wobei in einer Speichersituation
ein Elektrolyseelement wenigstens ein Teil des ersten elektrischen Stromes
verbraucht, um mittels Elektrolyse wenigstens den ersten Reaktanden
zu erzeugen, in einer Wind-freien-Situation das Brennstoffzellensystem wenigstens
einen Teil des vom Elektrolyseelement erzeugten ersten Reaktanden
umsetzt.
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Stand der Technik
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In
dem amerikanischen Patent
US
7,233,079 wird eine Windenergieanlage beschrieben, die
die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umwandelt.
Dieses geschieht, indem die Bewegungsenergie der Windströmung
auf Rotorblätter wirkt und diese in eine Drehbewegung versetzt.
Diese Rotationsenergie der Rotorblätter wird an einen Generator
weitergegeben, welche dort in elektrischen Strom umgewandelt wird.
Die in dem amerikanischen Patent gezeigte Windenergieanlage weist darüber
hinaus eine Brennstoffzelle auf. Die Brennstoffzelle kann ebenfalls
als Quelle für einen elektrischen Strom genutzt werden.
Dabei ist vorgesehen, dass so lange die Bewegungsenergie der Windströmung
ausreicht, der elektrische Strom vorrangig aus der Energie des Windes
gewonnen wird. Zusätzlich sorgt ein Elektrolysesystem dafür,
dass ein Recktand, wie z. B. Wasserstoff, durch Elektrolyse gewonnen
wird. Dieser Recktand kann dann in der Brennstoffzelle elektrochemisch
in den elektrischen Strom umgewandelt werden, sobald eine Flaute
auftritt und kein Wind mehr für eine Bewegung der Rotorblätter
sorgt. Somit ermöglicht die beschriebene Windenergieanlage
unabhängig von äußeren Umweltbedingungen
eine durchgehende Generierung von elektrischem Strom. Als nachteilig
hat sich dabei herausgestellt, dass in der beschriebenen Windenergieanlage
der für die elektrochemische Umsetzung genutzte Recktand
in Druckbehältern gelagert wird. Solcher Art Druckbehälter
haben sich als konstruktiv kompliziert und schwierig in die Windenergieanlage zu
integrieren herausgestellt.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Windenergieanlage bereitzustellen,
welche die oben genannten Nachteile überwindet, insbesondere konstruktiv
einfacher ausgestaltet ist. Diese Aufgabe wird durch eine Windenergieanlage
mit den Merkmalen des Anspruches 1 in vorteilhafter Weise gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich
aus den jeweiligen Unteransprüchen. Dabei können
die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein.
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Die
erfindungsgemäße Windenergieanlage gemäß dem
unabhängigen Patentanspruch 1 zeichnet sich dadurch aus,
dass die Windenergieanlage einen Mast aufweist, wobei wenigstens
eine Teil eines Innenraumes des Mastes als ein Speicher für den
ersten Reaktanden ausgebildet ist.
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Der
Hauptgedanke der erfindungsgemäßen Windenergieanlage
besteht darin, dass der Mast zur Speicherung des ersten Reaktanden
genutzt wird. Im Allgemeinen weisen Windenergieanlagen einen hohen
Mast auf, an dessen Spitze der Generator angeordnet ist, um von
den Rotorblättern angetrieben zu werden. Der häufig
rohrförmig ausgestaltete Mast beinhaltet im Allgemeinen
keine weiteren Elemente. Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass dieser Innenraum des Mastes genutzt wird. Zumindest
ein Teil davon soll mit dem, im Allgemeinen gasförmigen, ersten
Reaktanden gefüllt werden. Eine solche Anordnung des Speichers
hat sich als sehr preiswert herausgestellt und ermöglicht
zudem ein leichtes Befüllen und eine leichte Entnahme des
ersten Reaktanden. Zusätzlich ergibt sich durch diese Konstellation
eine erhöhte Sicherheit für die erfindungsgemäße
Windenergieanlage. Bei einem Leck in dem Speicher wird der erste
Recktand in die Umgebung abgelassen. Dort findet eine Verdünnung
mit der Umgebungsluft statt, so dass die Gefahr eines Brandes deutlich
reduziert wird.
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Im
Rahmen der Erfindung wird unter der Stromerzeugungseinheit ein System
verstanden, mit dem die Bewegungsenergie der Windströmung
in einen elektrischen Strom umgewandelt werden kann. Dieser von
der Stromerzeugungseinheit generierte – erste – elektrische
Strom wird häufig mittels eines Generators erzeugt. Dieses
soll allerdings nicht als Einschränkung verstanden werden.
Auch andere Systeme, die eine Umwandlung der Windenergie in elektrischen
Strom ermöglichen, sollen unter den Begriff Stromerzeugungseinheit
fallen. Das Brennstoffzellensystem dient dazu, aus zwei Reaktanden
einen elektrischen Strom zu generieren. Häufig weist ein solches
Brennstoffzellensystem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen auf. Jede
der Brennstoffzellen weist eine erste Elektrode und eine zweite
Elektrode sowie ein Elektrolyt auf. Durch eine Beaufschlagung der Elektroden
mit zwei unterschiedlichen Reaktanden wird durch eine elektrochemische
Reaktion ein – zweiter – elektrischer Strom erzeugt.
Die beiden Reaktanden werden häufig in Form verschiedener
Fluide bereitgestellt. Ein Beispiel für die zwei korrespondierenden
Elektrodenreaktionen sind die folgenden: H2 ⇒ 2H+ + 2e– (Anodenreaktion) 2H++ 2e– + ½O2 ⇒ H2O
(Kathodenreaktion).
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Der
gewonnene elektrische Strom kann in einer Last verbraucht werden.
Im Rahmen der Erfindung wird jener elektrische Strom, der von der
Stromerzeugungseinheit generiert wird als „erster” elektrischer
Strom bezeichnet werden. Der „zweite” elektrische
Strom von dem Brennstoffzellensystem generiert. Die Unterscheidung
in einen „ersten” und einen „zweiten” elektrischen
Strom dient nur der sprachlichen Präzisierung der Erfindung
und weist keinen physikalischen Hintergrund auf. Sowohl bei dem
ersten als auch bei dem zweiten elektrischen Strom handelt es sich
um einen Fluss von Elektronen.
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Das
Elektrolyseelement dient zur Aufspaltung einer chemischen Verbindung
unter Einwirkung eines elektrischen Stromes. So kann z. B. durch
das Elektrolyseelement Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten
werden, zwei Reaktanden, die in Brennstoffzellensystemen umgesetzt
werden können. Um die Elektrolyse auszuführen
benötigt das Elektrolyseelement einen elektrischen Strom.
Im Rahmen der beschriebenen Erfindung nutzt das Elektrolyseelement
dazu wenigstens einen Teil des ersten elektrischen Stromes, welcher
von der Stromerzeugungseinheit aus der Bewegungsenergie des Windes
gewonnen wird.
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Der
Mast der Windenergieanlage muss zwei Aufgaben erfüllen.
Zum einen dient er als Lager für die Stromerzeugungseinheit,
welche den ersten elektrischen Strom aus der Energie des Windes
erzeugt. Darüber hinaus dient der Mast als Speicher für
den ersten Reaktanden. Um diese beiden Aufgaben zu erfüllen,
hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Mast als Ganzes
oder zumindest im Bereich des Speichers aus einem Metall aufgebaut
ist. Dabei sollte das Metall insbesondere beständig gegenüber
dem Reaktanden sein, der innerhalb des als Speichers ausgebildeten
Innenraums gespeichert wird. Da häufig Brennstoffzellensysteme
verwendet werden, bei denen der eine Recktand Wasserstoff ist, hat
es sich als besonders bevorzugt herausgestellt, wenn das Metall
ein wasserstoffbeständiger Stahl ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Windenergieanlage zeichnet sich dadurch aus, dass der Speicher und/oder
die Windenergieanlage eine Überwachungseinheit aufweist,
um einen Füllstand des Speichers zu überwachen.
Die Überwachungseinheit fungiert dazu, zu überprüfen
welche Menge des ersten Reaktanden sich innerhalb des Speichers
befindet. Dazu kann die Überwachungseinheit dezentrale
Elemente aufweisen, die an Ab- und Zuflusselementen des Speichers angeordnet
sind. So kann die Überwachungseinheit die Menge des dem
Speicher zugeführten ersten Reaktanden bestimmen. Durch
Messung der entnommenen Menge des ersten Reaktanden kann das Überwachungselement
berechnen, welche Menge des ersten Reaktanden noch innerhalb des
Speichers vorhanden ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Überwachungseinheit über
einen Sensor verfügen, welche die Menge des im Speicher
gelagerten ersten Reaktanden direkt bestimmt. Mittels der Überwachungseinheit
kann sichergestellt werden, dass bei ausreichendem Wind das Elektrolyseelement eine
genügende Menge des ersten Reaktanden erzeugt und in dem
Speicher speichert, damit in einer Wind-freien-Situation dieser
erste Recktand in dem Brennstoffzellensystem verbraucht werden kann. Folglich
dient die Überwachungseinheit dazu, einen reversiblen und
störungsfreien Übergang zwischen den beiden Situationen
der erfindungsgemäßen Windenergieanlage sicherzustellen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen
Windenergieanlage zeichnet sich dadurch aus, dass der Speicher und/oder
die Windenergieanlage ein Belüftungselement aufweist, um
den ersten Reaktanden aus dem Speicher in eine Umgebung der Windenergieanlage abzulassen.
In der Speichersituation verbraucht das Elektrolyseelement wenigstens
einen Teil des ersten Stromes um wenigstens einen der zwei Reaktanden, vorzugsweise
den ersten Reaktanden zu erzeugen. Dieser erste Recktand wird dann
im Innenraum des Mastes gespeichert. Aus Sicherheitsgründen
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn über das Belüftungselement
dieser ersten Recktand in die Umgebung der Windenergieanlage abgelassen
werden kann. Durch einen direkten Austritt des ersten Reaktanden
in die Umgebung der Windenergieanlage wird eine schnelle und sehr
starke Verdünnung des ersten Reaktanden erreicht. Dadurch
wird eine mögliche Brandgefahr in der Umgebung und/oder
innerhalb der Windenergieanlage stark reduziert. Darüber
hinaus kann diese Gefahr weiter herabgesetzt werden, wenn das Belüftungselement
ein Katalysemittel für den ersten Reaktanden aufweist.
Bei dem Katalysemittel kann es sich vorteilhafterweise um einen
Platinkatalysator handeln, an dem der erste Recktand, wie z. B.
Wasserstoff, abreagiert. An dem Katalysemittel wird der erste Recktand
oxidiert, so dass ein inertes Gas und/oder eine inerte Flüssigkeit
entsteht, welche keine Gefahr für die Umgebung mehr bedeutet.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsvariante zeichnet sich
dadurch aus, dass der Speicher ein Adsorptionselement aufweist und
der erste Recktand in dem Adsorptionselement reversibel adsorbierbar ist.
Als Adsorption bezeichnet man die Anlagerung der Atome oder Moleküle
von Flüssigkeiten oder Gasen an eine feste Oberfläche.
Das Gegenteil der Adsorption, die Abgabe eines adsorbierten Stoffs,
wird Desorption genannt. Bei der Anlagerung des Brennstoffes im
Rahmen der Adsorption wird Bindungsenergie freigesetzt. Im Rahmen
der Desorption muss diese Bindungsenergie wieder zum Freisetzen
des Adsorbats aufgebracht werden.
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In
einer vorteilhaft Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Speicherbehälters hat es sich als vorteilhaft herausgestellt,
wenn das Adsorptionselement wenigstens einen der folgenden Stoffe
aufweist: einen Kohlenstoff, insbesondere einen amorphen Kohlenstoff,
ein Metal-Organic Framework (MOF) oder ein Element der Gruppe der
Zeolithe. Jeder der aufgeführten Stoffe weist eine sehr
große Oberfläche auf, die es ihm ermöglicht,
eine entsprechende Menge des ersten Reaktanden zu adsorbieren. Ebenfalls
vorteilhaft ist es, wenn das Adsorptionselement aus einer Mehrzahl
von Adsorptionsmitteln besteht, wobei jedes Adsorptionsmittel schüttgutartig
ausgeformt ist. Der Vorteil dieser Ausführungsvariante
besteht darin, dass der in den Speicher eingeführte Brennstoff
sich nicht mittels Diffusion und/oder Konvektion in dem Adsorptionselement ausbreitet
muss. Vielmehr ermöglichen Hohlräume zwischen
dem schüttgutartig ausgeführten Adsorptionsmittel
einen Fluss des Brennstoffes in dem Speicher. Dadurch das nicht
ein einzelner monolitischer Körper als Adsorptionselement
Verwendung findet sondern eine Mehrzahl von Adsorptionsmitteln wird die
Gesamtoberfläche, welche den Brennstoff adsorbiert nur
geringfügig reduziert. Da der Brennstoff ohne großen
Widerstand in das Adsorptionselement ein- und ausströmen
kann ermöglicht diese Ausführungsvariante ein
schnelles Be- und Entladen des Speichers. Als besonders vorteilhaft
hat es sich dabei herausgestellt, wenn das Adsorptionsmittel tablettenförmig
und/oder fadenförmig ausgestaltet ist. Tablettenförmig
ausgestaltete Adsorptionsmittel lassen sich besonders leicht in
das Speichergefäß hineinfüllen und resultieren
in einem guten Verhältnis von adsorbierender Oberfläche
und Strömungskanälen zwischen den Adsorptionsmitteln
für den ersten Reaktanden. Alternativ oder zusätzlich
ist es möglich, dass Adsorptionsmittel fadenförmig
auszugestalten und dieses in dem Speichergefäß mäanderartig
zu verlegen.
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Ebenfalls
hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Stromerzeugungseinheit,
das Brennstoffzellensystem und das Elektrolyseelement im Mast integriert
sind. Durch die Integration der genannten Elemente in Kombination
mit dem als Speicher ausgestalteten Innenraum des Mastes, entsteht ein
in sich abgeschlossenes Energieerzeugungssystem, welches unter jedwedigen äußeren
Bedingungen in der Lage ist einen elektrischen Strom zu erzeugen.
Durch die Integration der genannten Einheiten und Systeme entsteht
eine Windenergieanlage, die an jedem beliebigen Ort aufgestellt
werden kann und keiner vorherigen Installation von externer Infrastruktur
bedarf. Alle für die Stromerzeugung benötigten
Systeme, Einheiten und Elemente sind in dem Mast integriert. Dadurch
ist eine besonders effiziente Stromerzeugung gewährleistet.
Auch bedarf es keiner Integration von externen Systemen, wie Speicher-
oder Steuerungseinheiten, die erst noch mit der Windenergieanlage
verbunden werden müssen. Vielmehr sind alle für
den Betrieb notwendigen Systeme in dem Mast der Windenergieanlage
integriert.
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Um
den im Innenraum des Mastes gespeicherten ersten Reaktanden an die
Brennstoffzelle zu leiten hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn die Windenergieanlage ein Verteilersystem aufweist. Dieses
Verteilersystem kann vorzugsweise aus einem Rohrleitungssystem bestehen,
in welchem der erste Recktand von dem Speicher an das Brennstoffzellensystem
geleitet wird. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn das
Verteilersystem auch das Elektrolyseelement mit dem Speicher verbindet.
So ist sichergestellt, dass einerseits bei der Produktion des ersten Reaktanden
in dem Elektrolyseelement, dieser mittels des Verteilersystems verlustfrei
in den Speicher geleitet werden kann. Dazu hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn das Elektrolyseelement in einer räumlichen Nähe
zu dem Speicher angeordnet ist. Zusätzlich ermöglicht
das Verteilersystem den ersten Reaktanden an das Brennstoffzellensystem
zu leiten, damit dort eine elektrochemische Umsetzung stattfinden
kann, um den zweiten elektrischen Strom zu generieren.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist wenigstens
ein zweiter Teil des Innenraums des Mastes als ein zweiter Speicher
für den zweiten Reaktanden ausgebildet. Verwendet das Brennstoffzellensystem
als zweiten Reaktanden Sauerstoff, so kann dieser aus der Umgebungsluft der
Windenergieanlage gewonnen werden. Andere, ebenfalls sehr effiziente
Brennstoffzellensysteme benötigen allerdings einen zweiten
Reaktanden, der nicht direkt aus der Umgebung der Windenergieanlage
gewonnen werden kann. Folglich hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn ein zweiter Teil des Innenraums des Mastes zur Speicherung
dieses zweiten Reaktanden genutzt wird. Somit sind sowohl der erste
als auch der zweite Recktand in Teilen des Innenraums des Mastes
gespeichert. Vorteilhafterweise sind die beiden Speicher voneinander
räumlich getrennt.
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Weiterhin
hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Windenergieanlage
eine Leistungselektronik aufweist. Mittels der Leistungselektronik
wird der erste und/oder zweite elektrische Strom in das externe
Netz gespeist. Vorteilhafter Weise ist die Leistungselektronik mit
der Überwachungseinheit verbunden, so dass die Überwachungseinheit
Informationen über den Zustand der Leistungselektronik
erhält. Zusätzlich und/oder alternativ hat es
sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Überwachungseinheit
Informationen aus dem externen Netz beziehen kann. Dieses kann beispielweise
dadurch geschehen, dass die Überwachungseinheit ein Kommunikationselement
aufweist, das mit einer Kommunikationseinheit des externen Netzes
uni- und/oder bidirektional kommunizieren kann. So kann beispielweise
in die Windenergieanlage eine drahtlose Sende- und Empfangseinrichtung
integriert sein. Diese drahtlose Sende- und Empfangseinrichtung kann über
elektromagnetische Wellen mit einer entsprechend ausgestalteten
Steuereinheit des externen Netzes kommunizieren. Unter dem Begriff „Steuereinheit” ist
in diesem Zusammenhang eine zentrale und/oder dezentrale Einrichtung
zur Steuerung des gesamten Stromnetzes zu verstehen. Über
eine uni- und/oder bidirektionale Kommunikationsverbindung können
Informationen über den aktuellen Zustand des externen Netzes,
insbesondere über den benötigten Strom an die
Windenergieanlage übermittelt werden. Vorzugsweise wird
der Überwachungseinheit über die Kommunikationsverbindung
mitgeteilt, ob das externe Netz a) überladen oder b) mit
einem Energiebedarf versehen ist. Der erstgenannte Fall a) kann
z. B. in der Nacht auftreten, wenn mehr elektrischer Strom von anderen
Energiequellen, wie z. B. Kohlekraftwerken zur Verfügung
gestellt wird, als im externen Netz effektiv verbraucht wird. In
diesem Fall kann die Überwachungseinheit dafür
sorgen, dass das Elektrolyseelement genutzt wird, um mittels Elektrolyse
wenigstens den ersten Reaktanden zu erzeugen. Sollte allerdings
der Fall b) auftreten, so ist es möglich, dass das Brennstoffzellensysstem
wenigstens einen Teil des vom Elektrolyseelement erzeugten ersten
Reaktanden umsetzt. Durch die drahtlose uni- und/oder bidirektionale
Kommunikation zwischen der Leistungselektronik und/oder der Überwachungseinheit
der Windenergieanlage mit dem externen Netz und/oder der Steuereinheit
ist sichergestellt, dass auch weit verteilte Windenergieanlagen
zentral gesteuert werden können. So wird zu jeder Zeit
und unter nahezu jeglichen äußeren Bedingungen
ein Strom von den verschiedenen Windenergieanlagen in das externe
Netz gespeist. Zentraler Punkt um diese dezentrale und/oder zentrale
Steuerung der verschiedenen Windenergieanlagen zu ermöglichen
ist eine Kommunikationsverbindung der Überwachungseinheit
mit dem externen Netz. Dazu kann in die Überwachungseinheit
eine entsprechend ausgestaltete Sende- und Empfangseinrichtung integriert
sein, die entweder drahtgebunden oder drahtlos mit einer zentralen
und/oder dezentralen Steuereinheit des externen Netzes kommuniziert.
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Ausführungsbeispiele
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Weitere
Vorteile, Merkmale oder Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung im Einzelnen erläutert werden, beschrieben.
Dabei können die in den Ansprüchen und in der
Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
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1 ein
Brennstoffzellensystem einer erfindungsgemäßen
Windenergieanlage,
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2 eine
erfindungsgemäße Windenergieanlage in einer Speichersituation
und
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3 die
Windenergieanlage in einer Wind-freien-Situation.
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In 1 ist
ein Brennstoffzellensystem 20 dargestellt, welches hier
zwei Brennstoffzellen 21 aufweist. Diese Brennstoffzellen 21 sind
angrenzend zueinander in einem Gehäuse angeordnet sind.
Jede der Brennstoffzellen 21 weist zwei Elektroden 22, 23 auf.
Durch eine Beaufschlagung der Elektroden 22, 23 mit
zwei unterschiedlichen Reaktanden wird durch eine elektrochemische
Reaktion ein – zweiter – elektrischer Strom erzeugt.
Die Strömungsfeldplatten 25 dienen dazu, die Reaktanden über
die aktive Fläche der Elektroden 22, 23 zu
verteilen und dabei für eine mechanische Stabilität
zu sorgen. Zwischen den beiden Elektroden 22, 23 ist
ein Membranelement 24 angeordnet. Um eine gleichmäßige
Verteilung des Reaktanden zu erzielen, ist zwischen den Strömungsfeldplatten 25 und
den Elektroden 22, 23 eine Gasdiffusionsschicht 26 angeordnet.
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In 2 ist
eine erfindungsgemäße Windenergieanlage 10 in
einer Speichersituation 110 dargestellt. Diese Windenergieanlage 10 weist
einen Mast 40 auf. Auf der Spitze des Mastes 40 ist
eine drehbare Krone 42 angeordnet. Die Krone 42 dient
als Lager für einen Rotor 43, welche über
zumindest zwei Rotorblätter 44 verfügt.
Ein Wind 100, welcher auf die Rotorblätter 44 trifft, überträgt
seine Bewegungsenergie und versetzt den Rotor 43 in Drehung.
Diese Drehung des Rotors 43 kann von einer Stromerzeugungseinheit 30 in
einen ersten elektrischen Strom umgewandelt werden. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Stromerzeugungseinheit
30 um einen Generator, der direkt durch die Bewegung des Rotors 43 angetrieben
wird. Im Rahmen der Erfindung soll jener elektrische Strom der von
der Stromerzeugungseinheit 30 generiert wird als erster elektrischer
Strom 31, 31' bezeichnet werden. Wie noch dargelegt
werden soll, wird der zweite elektrische Strom 29 von einem
Brennstoffzellensystem 20 generiert. Die Unterscheidung
in einen ersten 31, 31' und einen zweiten elektrischen Strom 29 dient
nur der Verdeutlichung der Erfindung und weist keinen physikalischen
Hintergrund auf. Der erste elektrische Strom 31 kann über
ein entsprechendes Leitungssystem 80 an einen externen
Anschluss 85 der Windenergieanlage 10 mit einem
Energieverteilungsnetz transportiert werden. Ein Teil dieses ersten
elektrischen Stromes 31' kann an ein Elektrolyseelement 60 geleitet
werden. Das Elektrolyseelement 60 dient zur Aufspaltung
einer chemischen Verbindung, wie etwa Wasser, unter Einwirkung des
ersten elektrischen Stromes 31'. Durch diese Aufspaltung
kann zumindest der erste Recktand generiert werden. Dieser erste
Recktand fließt durch einen ersten Abschnitt eines Verteilersystems 70' in
einen Speicher 50. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen
Windenergieanlage 10 besteht darin, dass dieser Speicher 50 aus
wenigstens einem Teil eines Innenraums 41 des Mastes 40 gebildet
wird. In 2 wird dieser Speicher 50 dadurch
gebildet, dass zwei horizontal angeordnete Böden in den
Mast 40 integriert sind und so ein Innenvolumen schaffen,
in dem der erste Recktand gespeichert werden kann. Anders als im
Stand der Technik, wird somit der Mast 40 selber zum Speicher
für den ersten Reaktanden. Es bedarf keinen extern oder
intern angeordneten Druckbehältern, in denen der erste
Recktand gelagert werden kann.
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Ein Überwachungselement 90 dient
zum einen dazu, den Zufluss des ersten Reaktanden aus dem Elektrolyseelement 60 in
den Speicher 50 zu steuern. Zusätzlich kann das Überwachungselement 90 derart
ausgestaltet sein, dass es den Zufluss des ersten elektrischen Stromes 31' zu
den Elektrolyseelement 60 steuert. Dadurch kann das Überwachungselement 90 den
Fluss des ersten Reaktanden in den Speicher 50 steuern.
Diese Steuerung kann vorzugsweise in Abhängigkeit von einem
Füllstand des Speichers 50 geregelt werden. Zusätzlich
kann das Überwachungselement 90 ein Belüftungselement 75 steuern,
mit dem der Speicher 50 belüftet werden kann.
Im Rahmen der Belüftung des Speichers 50 strömt
der erste Recktand aus dem Speicher 50 in eine Umgebung
der Windenergieanlage 10. Dieses kann geboten sein, wenn
die Menge des vom Elektrolyseelement 60 produzierten ersten
Reaktanden – vorzugsweise kurzfristig – die maximal
in dem Speicher 50 zu speichernde Menge überschreitet.
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In 3 ist
die erfindungsgemäße Windenergieanlage 10 in
einer Wind-freien-Situation 120 dargestellt. In dieser
Wind-freien-Situation 120 reicht die vom Wind 100 in
die Rotorblätter 44 eingebrachte Energie nicht
aus, um mittels der Stromerzeugungseinheit 30 einen ersten
elektrischen Strom 31, 31' zu erzeugen. Um dennoch
mit der Windenergieanlage 10 an einen externen Anschluss 85 einen
elektrischen Strom liefern zu können, weist die Windenergieanlage 10 das
Brennstoffzellensystem 20 auf. Dieses Brennstoffzellensystem 20 ist
im Fuß des Mastes 40 angeordnet. Dem Brennstoffzellensystem 20 wird über
einen zweiten Teil des Verteilersystems 70 der erste Recktand
aus dem Speicher 50 zugeführt. Somit wird nunmehr
jener erste Recktand durch das Brennstoffzellensystem 20 verbraucht,
welcher in der Speichersituation 110 von dem Elektrolyseelement 60 generiert
wurde. Durch die elektrochemische Umsetzung des ersten Reaktanden
mit einem zweiten Reaktanden, wie z. B. Sauerstoff aus der Umgebungsluft,
kann ein zweiter elektrischer Strom 29 an einen externen
Anschluss 85 geliefert werden. Somit ist die Windenergieanlage
sowohl in einer Speichersituation 110 als auch in einer
Wind-freien-Situation 120 dazu ausgelegt, elektrischen
Strom zu liefern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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