DE102008047261A1 - Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen - Google Patents

Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen Download PDF

Info

Publication number
DE102008047261A1
DE102008047261A1 DE102008047261A DE102008047261A DE102008047261A1 DE 102008047261 A1 DE102008047261 A1 DE 102008047261A1 DE 102008047261 A DE102008047261 A DE 102008047261A DE 102008047261 A DE102008047261 A DE 102008047261A DE 102008047261 A1 DE102008047261 A1 DE 102008047261A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
towing
kite
wind turbine
traction
wind
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102008047261A
Other languages
English (en)
Inventor
Bernhard Miller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102008047261A priority Critical patent/DE102008047261A1/de
Publication of DE102008047261A1 publication Critical patent/DE102008047261A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D5/00Other wind motors
    • F03D5/06Other wind motors the wind-engaging parts swinging to-and-fro and not rotating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/90Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/917Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure attached to cables
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/90Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/92Mounting on supporting structures or systems on an airbourne structure
    • F05B2240/921Mounting on supporting structures or systems on an airbourne structure kept aloft due to aerodynamic effects
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/728Onshore wind turbines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

In der anbei beschriebenen Vorrichtung wird mit Hilfe des Fierens von Zugdrachen aus Windkraft Strom erzeugt. Die Zugseile eines Zugdrachens sind mit einer im Erdreich fest verankerten horizontal drehbaren Seilwinde verbunden, welche wiederum drehfest mit einem Generator verbunden ist. Um den Generator mit einer permanenten Antriebskraft zu versorgen, sind vorzugsweise zwei Zugdrachen an einer gemeinsamen Seilwinde befestigt, so dass eine gegenläufige Fier- und Einziehbewegung entsteht. Zum Minimieren der Zugkraft nach Erreichen der maximalen Steighöhe, besitzt jeder Drachen zwei vorzugsweise gleichermaßen belastete Zugseile, mit dessen Hilfe durch relative Längenänderung der beiden Seile die wirksame Zugkraft ddurch Schirmgrößenänderung oder mittels Steuerklappen einstellbar ist. Damit kann die Zugkraft beider Zugdrachen windgeschwindigkeitsabhängig auf eine konstante Zugkraft eingestellt sowie während des Einziehens minimiert werden. Mehrere übereinander angeordnete und gleichermaßen steuerbare Drachenschirme ermöglichen eine Zugkrafterhöhung unter Beibehaltung gleicher Schirmgröße. Zum Schutz vor Überlast bei plötzlichen Windböen etc. ist jeder Schirm mit einem eigenständigen Überlastschutz ausgestattet, der bei schneller Windzunahme die wirksame Schirmgröße automatisch reduziert. Mit dieser Anlage kann an beliebigen Standorten (selbst aus Tälern heraus) Strom erzeugt werden, da im Vergleich zu Windrädern eine große Arbeitshöhe erreicht wird. Weitere ...

Description

  • Stand der Technik
  • Eine Windkraftanlage wandelt die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie, um sie in üblicher Weise in das Stromnetz einzuspeisen. Häufig geschieht dies, indem die Bewegungsenergie der Windströmung auf Rotorblätter wirkt und diese den Rotor in eine Drehbewegung versetzen. Der Rotor gibt diese Rotationsenergie an einen Generator weiter, welche dort in elektrischen Strom gewandelt wird.
  • Um eine gute Windausnutzung zu erreichen werden diese Windkraftanlagen auf hohen Türmen installiert. Diese Türme und deren Windräder sind teils hohen Windbelastungen ausgesetzt was wiederum zu einer teuren und in seiner Erstellung herausfordernden Lösung führt. Um eine möglichst gute Windausnützung zu erreichen, werden daher zunehmend höhere Türme errichtet. Außerdem eignen sich diese Windkraftanlagen für eine effiziente Windeenergieausnutzung vorzugsweise nur auf exponierten Bergzügen, Hochebenen oder in Meeresnähe.
  • Eine weitere Möglichkeit der Nutzung von Windenergie stellt ein durch Windkraft angetriebenes System auf Basis großer Zugdrachen dar. Frachtschiffe werden mit einem zusätzlichen Zugdrachen-Antrieb umwelt-. und Ressourcen schonend über die Meere bewegt. Diese Zugdrachen werden zum Antrieb von Schiffen eingesetzt.
  • Des Weiteren ist bekannt, dass eine von Drachen auf Höhe gebrachte Rotorenkette zur Generation von elektrischer Energie am Boden eingesetzt wird. Dabei wird der Rotor eines am Boden stationierten Generators von einer langen Kette sehr kleiner und leichter Rotoren, die hoch zum Drachen führen, in Rotation versetzt. Bislang lassen sich damit jedoch nur Anlagen mit einer maximalen Leistung von 500 W herstellen.
  • Schließlich ist aus einer Gebrauchsmusterschrift DE 20 2006 005 389 U1 bekannt, eine Windenergieanlage mit Hilfe eines steuerbaren Drachens zu betreiben.
  • Problemstellung
  • Aufgrund der fehlenden Reibung mit der Erd- bzw. Wasseroberfläche herrschen in Höhen zwischen 100 und 300 m deutlich stärkere und stetigere Winde. Erst ab einer Höhe von etwa 1000 m über Grund stellt sich eine geostrophische Strömung ein. Damit sind in freiem Gelände mit niedriger Bodenrauhigkeit deutliche Windzunahmen bis in eine Höhe von ca. 300 bis 500 m vorhanden.
  • Die Windleistung variiert noch viel stärker als die Windgeschwindigkeit: sie nimmt mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit zu. So hat der Wind an einem Windrad mit einer installierten Gondelhöhe von 105 m und einer Blattlänge von 60 m ca. 70% mehr Leistung an der höchsten Position des Rotorblatts als an der niedrigsten.
  • Durch das Erreichen größerer Höhen bei Verwendung von Zugdrachen kann somit eine erhebliche Steigerung des Energieertrags erreicht werden. Daneben ist auch eine freie Wahl des Standortes möglich, da selbst in Tallagen mit Hilfe der Zugseile die optimale Arbeitshöhe erreicht werden kann. Dies wiederum ist bedeutend für eine freie Standortwahl und damit intensivere Nutzung der Windenergie.
  • Auch eröffnet sich eine weitaus breitere Möglichkeit zur Nutzung dieser Art von Windkrafterzeugung in Offshore-Windparks. Da hierbei keine Notwendigkeit der Errichtung eines sturmfesten Turmes besteht, was lediglich in flachen Gewässern bis ca. 30 m Wassertiefe möglich ist, können mit Drachen betriebene Windkraftanlagen auch in tiefen Gewässern eingesetzt werden, was auch hier ein entscheidender Vorteil ist hinsichtlich einer angestrebten großflächigen Energienutzung auf dem Meer.
  • Lösung
  • Die hier beschriebene Windkraftanlage benutzt das von Windkraft verursachte Steigen eines an einem Zugseil befestigten Zugdrachens. Das Zugseil ist an einer mit dem Erdreich fest verankerten, jedoch horizontal frei drehbaren Seilwinde befestigt. Die Seilwinde ist drehfest mit einem Generator verbunden, wodurch mit Fieren des Zugseils elektrische Energie erzeugt wird.
  • Zur Steuerung der Zugkraft besitzt jeder Drachen vorzugsweise zwei gleichermaßen belastete Zugseile (1 und 2), mit dessen Hilfe durch relative Längenänderung die wirksame Zugkraft einstellbar ist. Damit kann während des Fierens die Zugkraft des Drachens unabhängig von der Windgeschwindigkeit auf einen konstanten Sollwert eingestellt bzw. nach Erreichen der maximalen Steighöhe zum Einziehen minimiert werden.
  • Durch die auf beide Zugseile gleichmäßig verteilte Zugkraft kann auch über eine große Seillänge die Übertragung der Schirmgrößenverstellung von der Bodenstation aus erfolgen, da beide Zugseile eine Längendehnung gleichen Umfangs erfahren. Gemeinsam mit der Möglichkeit des Einsteuerns einer bestimmten Sollzugkraft ist es möglich, die beiden Zugseile bezüglich ihrer Maximalzugkraft und damit ihres benötigten Eigengewichts zu optimieren, was zu Gewichtseinsparung und damit zum Erreichen einer höheren Position der Zugdrachen führt.
  • Gleichzeitig dient diese doppelte Seilführung der Zuverlässigkeit im Falle eines Seilbruches. Im Falle des Bruches eines dieser beiden Zugseile wird automatisch die Zugkraft des Drachens minimiert, so dass ein Reißen des zweiten Zugseils verhindert wird und ein kontrolliertes Einholen des Zugdrachens erfolgen kann.
  • Ein zweiter Drachen baugleicher Art ist ebenfalls an zwei Zugseilen vorzugsweise an derselben Seilwinde befestigt, wobei die jeweiligen Seile dieser beiden Zugdrachen jeweils gegenläufig aufgewickelt sind (Siehe 1). Damit führen die beiden Drachen eine ständig gegenläufige Auf- und Abwärtsbewegung aus, so dass immer einer der beiden Zugdrachen die Seilwinde aktiv betätigt und der Generator somit ständig angetrieben werden kann. Der jeweils unter Last steigende Zugdrachen liefert neben der Erzeugung elektrischer Energie auch die Kraft zum Einziehen des einzuholenden Drachens.
  • Schließlich besteht die Möglichkeit zur Erhöhung der Zugkraft unter Beibehaltung gleicher Schirmgröße, indem mehrere Drachenschirme übereinander angeordnet werden. Dabei können die einzelnen Drachenschirme bezüglich ihrer jeweiligen momentanen Zugkraft gleichermaßen angesteuert werden. Gegenüber einem einzelnen ungleich größer zu dimensionierenden Zugdrachen entsteht hierdurch ein besseres dynamisches Ansprechverhalten bezüglich eventuell nötiger Zugkraftanpassung. Damit lassen sich leistungsfähige Anlagen erstellen trotz überschaubarer Schirmgröße.
  • Sicherung des Abstands zwischen einzelnen Schirmen
  • Werden zwei Zugdrachen an einem gemeinsamen Generator betrieben, so wird der horizontale Abstand zwischen den beiden Zugdrachen sichergestellt, indem die Zugseile beider Seiten eines jeden Zugdrachens unterschiedliche Längen aufweisen. So sind die Zugseile des rechten Drachens auf der rechten Seite etwas länger, während die Zugseile des linken Drachens auf der linken Seite etwas länger ausgeführt sind. Somit ist es möglich, beide Zugdrachen nach dem Wirkprinzip des Lenkdrachens räumlich horizontal zu trennen, so dass eine ungewollte Berührung beider Drachen vermieden wird.
  • Bei Betrieb mehrerer Zugdrachen z. B. in größeren Windparks Siehe 2 ist es möglich, jeweils einzelne Gruppen von Zugdrachenschirmen gemeinsam zu fieren bzw. einzuholen. Dadurch besteht die Möglichkeit, diese Drachen an deren jeweiligen oberen Ende mittels Seilen 18 zu verbinden um mit einem solchen Seilnetz die horizontalen Seitenabstände der einzelnen Zugdrachen 16 zu minimieren ohne Gefahr einer Berührung der jeweiligen Drachenschirme (Siehe 2).
  • Dabei sind die jeweiligen horizontalen Abstände der am Boden stationierten Seilwinden in räumlich größerem Abstand 14 platziert als die räumlichen seitlichen Abstände der Schirme am oberen Gitternetz 13. Zusätzliche kleinere Zugdrachen 17, oberhalb des Gitternetzes angebracht, sorgen für eine senkrechte Zugkraft und damit für ein straffes Ausspannen des Seilgitternetzes für einen konstanten Schirmabstand. Diese zusätzlichen Zugdrachen 17 können in ihrer wirksamen Schirmgröße ebenfalls in anbei beschriebener Weise auf eine annähernd konstante Zugkraft eingeregelt werden.
  • Windstillstand
  • Bei Windstillstand können die Drachen eingeholt werden, indem die Zugseile auf der seilwinde komplett aufwickelt werden. Alternativ hierzu können die Drachenschirme mittels eines darüber angeordneten Seilnetzes an einen bestimmten Ort heruntergezogen werden, so dass die Zugseile horizontal ausgestreckt abgelegt werden. Bei neuem Windaufkommen können die Schirme wieder gefiert werden.
  • Alternativ zu diesen Haltedrachen 17 ist auch möglich, mit Gas befüllte Ballons oberhalb der Drachenschirme bzw. oberhalb des Seilabstandnetzes 18 zu platzieren, welche bei Windstillstand mittels ihrer Auftriebskraft die Drachenschirme in Ihrer Position halten bis erneuter Wind aufkommt.
  • Anstelle gasbefüllter Ballons 17 können auch Zugdrachen über geschlossene gasdichte Holräume verfügen wobei diese Hohlräume ebenfalls mit einem Gas geringer spezifischer Dichte gefüllt sind. Als Gas kann Helium oder auch Wasserstoff dienen, wobei im Falle des Wasserstoffes ein kleines Nachfüllmodul aus gesammeltem Regenwasser und einem Fotovoltaikmodul ständig kleine Mengen an Wasserstoff produziert um Gasverluste aufgrund kleiner Leckagen auszugleichen.
  • Ergänzend können entlang der Zugseile in regelmäßigen höhenbezogenen Abständen ebenfalls zylindrisch geformte und sich an den Enden zuspitzende oder anderweitig aerodynamisch geformte gasgefüllte Ballons angebracht werden, welche in der Lage sind, bei Windstillstand das Eigengewicht der Zugseile zu tragen.
  • Überlastschutz
  • Zum Schutz vor Überlast (plötzliche Windböen etc.) kann jeder Schirm 15 (bzw. jede Schirmgruppe 16) mit einem eigenständigen Überlastschutz ausgestattet werden, der bei plötzlicher Windzunahme die wirksame Schirmgröße und damit die Zugkraft automatisch reduziert (Siehe 4). Dabei verlängert sich die Zugfeder 3 bei plötzlicher Windzunahme, wodurch die Seilrolle 4 sich nach oben bewegt. Dies kommt einem Zug am Steuerseil 6 gleich, wodurch eine Zugkraftreduzierung ausgelöst wird.
  • Im Falle eines Seilbruchs von Zugseil 1 oder 2 kann erreicht werden, dass die Zugkraft des Drachens automatisch reduziert wird. In 5 ist dargestellt, wie im Falle des Bruches von Zugseil 1 das Steuerseil 6 nach unten bewegt wird, um die Zugkraft zu reduzieren. Dabei übernimmt ein Verbindungsseil 10 die Zugkraft von Zugseil 1 hinsichtlich der Seilrolle 4. Die Seilrolle 4 wird dadurch nach oben verschoben, was einem nach unten Ziehen des Steuerseiles 6 und damit einer Zugkraftreduzierung entspricht.
  • Bei einem Seilbruchs von Zugseil 2 übernimmt dasselbe Verbindungsseil 10 die Zugkraft des verbleibenden Zugseiles 1, wobei der Anschlag der unteren Seilklemme 9 hierbei ebenfalls die Seilrolle 4 nach oben verschiebt. Dieses entspricht einem nach unten Ziehen des Steuerseils 6 und damit einer Zugkraftreduzierung.
  • Mittels Verwendung mehrerer Verbindungsseile 37 in bestimmten höhenbezogenen Abständen zwischen beiden Zugseilen kann im Falle eines Seilbruchs das unkontrollierte Abstürzen eines gerissenen Seils verhindert werden.
  • Ausführung und Eigenschaften der Bodenstation
  • Die Seilwinde der Bodenstation besteht im Wesentlichen aus zwei Seilrollenpaaren (21, 22) und (23, 24) (Siehe 1), welche über eine gemeinsame Antriebswelle drehfest miteinander verbunden sind. Durch eine gegenläufige Wickelrichtung kann erreicht werden, dass die Schirme gegenläufig gefiert bzw. eingeholt werden. Jede dieser beiden Seilrollenpaare ist wiederum in zwei einzelne Seiltrommeln 21 und 22 geteilt, welche vorzugsweise nebeneinander angeordnet sind, und jede dieser beiden Seiltrommeln eines der beiden Zugseile aufnimmt.
  • Zwischen den beiden Seiltrommeln 21 und 22 ist ein Differentialantrieb geschaltet, so dass die beiden Trommeln 21 und 22 (bzw. 23 und 24) während des laufenden Fierens bzw. Einholens in ihrer Drehzahl relativ zueinander veränderbar sind, was einem Verändern der Zugkraft des aktuell zu fierenden Zugdrachens entspricht. Somit kann durch Messen der Zugkraft des jeweils fierenden Zugdrachens ständig auf die gewünschte Sollzugkraft geregelt werden.
  • Anstelle eines mit der Seilwinde verbundenen elektrischen Generators 25 kann in größeren Windparks (s. 2) auch eine auf hydraulischer Basis arbeitende Kraftumwandlung und Weiterleitung erfolgen. Mittels preisgünstiger Hydraulikantriebe (z. B. Zahnradpumpen) kann die Zugkraft während des Fierens in einem hydraulischen System mittels eines zirkulierenden Rohrleitungssystems 39 zu einer zentralen Generatorstation 38 übertragen werden, in welcher mittels eines Motors der hydraulische Systemfluss in elektrische Energie gewandelt wird. Die gesamte Steuerung der einzelnen Zugdrachen über die jeweils beiden Zugseile kann mittels hydraulischer Steuer- und Antriebselemente preisgünstig realisiert werden.
  • Auch lässt sich durch funktionelles Umwandeln der Hydraulikpumpe in einen Hydraulikmotor das Einholen der Zugdrachen auf einfache und preisgünstige Art realisieren.
  • Gegebenen falls kann während des Wechselns vom fierenden in den einholenden Zustand und dem damit verbundenen Drehrichtungswechsel die Drehzahl am Generator aufrecht erhalten werden indem zwischen Seilwinde und Generator ein Umschaltgetriebe sowie eine Schwungmasse zwischengeschaltet wird.
  • Eigenschaften und Ausführung der Schirme
  • Die Verstellung der Zugkraft des Drachenschirms kann durch Verkleinern bzw. Vergrößern der aktiven Schirmfläche erfolgen, wobei die verbleibende aktive Schirmfläche bei minimaler Größe aus besonders reißfestem Material besteht, so dass der Schirm hierbei auch starken Stürmen standhalten kann.
  • Alternativ zur Veränderung der Schirmgröße kann die Einstellung der Zugkraft auch mittels am Drachen angebrachter Steuerklappen erfolgen.
  • Vorteile
  • Gegenüber bisher üblicher Windkraftanlagen, welche mittels Rotorblättern auf einem hohen Mast aus der Rotationsenergie Strom erzeugen, besitzt die anbei beschriebene Windkraftanlage folgende Eigenschaften und Vorteile:
    • • Keine Notwendigkeit zur Erstellung eines hohen und teuren Mastes
    • • Geringe standortbezogene Einschränkungen – Freiheit bei der Standortwahl, da mittels langer Zugseile eine große Arbeitshöhe im Vergleich zu Windrädern auch aus Tälern heraus erreicht wird (höhere und konstantere Windgeschwindigkeit). – Möglichkeit mobiler z. B. auf LKW-Auflieger montierter Seilwinde mit Generator und mit automatisch auszubringenden Zugdrachen sowie ggf. automatischer Erdverankerung mittels hydraulisch getriebener Erdanker. – Mobiler Einsatz z. B. in Dritte-Welt-Ländern da geringer Aufwand bei Installation sowie einfache Technik – Mobile preisgünstige Kleingeräte-Notstromaggregate z. B. Wochenendhäuser – Offshore-Windparks auch in tiefen Gewässern durch einfache Seilverankerung am Meeresboden und schwimmende bzw. wenige Meter unter der Wasseroberfläche befindliche Bodenstation, welche die jeweilige Seilwinde mit Generator beherbergen. Dadurch Möglichkeit zur Stromgewinnung in weit größerem Umfang als bisherige Windkraftanlagen.
    • • Jeder Drachen besitzt zwei gleichermaßen belastete Zugseile, welche mittels Längenänderung gleichzeitig zur Einstellung der Zugkraft verwendet werden – Beide Zugseile übertragen die Zugkraft zu annährend gleichen Teilen – Erhöhte Sicherheit durch doppelte Seilführung – Automatische Zugkraftminimierung bei einem Reißen eines der beiden Seile – Konstante Zugkraft trotz unterschiedlicher Windstärken ermöglicht maximale Abgabeleistung und damit optimierte Windausnutzung. – Optimierung der Seilstärke und damit Kosten- und Gewichtsoptimierung durch Überlastschutz und doppelte Seilführung – Minimale Zugkraft während dem Einholen des Drachens
    • • Weitgehend konstante Antriebskraft für Generatorantrieb, da alternierend immer einer der beiden Schirme mit seiner auf Sollzugkraft angepassten Größe aktiv ist
    • • Jedes der beiden Zugseile besteht aus einem elektrisch leitenden Material zum Betrieb von Leuchtfeuern während des Nachtbetriebs
    • • Leitfähige Zugseile dienen auch als Blitzschutz (Ableiten von Blitzeinschlägen)
    • • Gemeinsame Seilwinde zum einholen und fieren beider Drachen
    • • Zur Erhöhung der Zugkraft leistungsstarker Anlagen können an einem gemeinsamen Seil auch mehrere übereinander angeordnete und in ihrer Steuerung gleichgeschaltete Schirme betrieben werden. – Vorteil: schnellere Verstellung der Schirmgröße und damit Veränderung der Zuglast durch kleinere Einzelschirme
    • • Geringe Herstellkosten bezogen auf den Stromertrag
    • • Betrieb großer Anlagen – Windpark mit einer Vielzahl parallel betriebener Zugdrachen – Jeweils ganze Gruppen von Schirmen werden synchron eingeholt bzw. gefiert – Alle synchron steigenden Drachen können ebenfalls über Querseile netzartig verbunden werden. → Sicherung eines Mindestabstands der Drachen zueinander (z. B. mittels einer über eine drehbar am Haltenetz aufgehängten Laufrolle über welche wiederum ein Verbindungsseil zwischen den beiden Zugseilen oberhalb des obersten Drachens abrollt) – Seilwindenantrieb mittels hydraulischen Antrieben, welche miteinander hydraulisch verbunden sind und zu einem gemeinsamen zentralen hydraulisch angetriebenen Generator führen.
    • • Bereitschaft bei Windstillstand – Um das Einholen der Schirme bei geringer Windgeschwindigkeit zu vermeiden, können mit Helium gefüllte Gasballons oberhalb der Zugdrachen sowie Ballons entlang der Zugseile die Zugdrachen in Position halten. – Alternativ dazu können Zugdrachen selbst zum Tragen ihres Eigengewichtes mit gasgefüllten Kammern ausgestattet sein. – Ergänzend können ggf. entlang der Zugseile gasgefüllte Behälter das Eigengewicht der Zugseile tragen, Die Form der gasgefüllten Behälter kann dabei eine strömungsarme Form besitzen. Dies kann z. B. ein beidseitig spitz zulaufender zylindrischer Behälter aus leichter Folie sein, welcher an einem Ende über ein Seil mit dem Zugseil verbunden ist.
  • 1
    Zugseil zwischen Drachen und Seilwinde (Drachenleine)
    2
    Zweites Zugseil zwischen Drachen und Seilwinde (Drachenleine)
    3
    Zugfeder zur automatischen Zugkraftbegrenzung bei schneller Laständerung (Windböen)
    4
    Seilrolle zur gleichmäßigen Zugkraftverteilung auf die beiden Zugseile 1 und 2
    5
    Zugseile zu Drachenschirmen
    6
    Steuerseil zur Zugkrafteinstellung der Schirme
    7
    Verschiebbarer Haltering zwischen Seilklemme 8 und 9
    8
    Seilklemme zur oberen Begrenzung des Halterings 7 entlang des Zugseils 2
    9
    Seilklemme zur unteren Begrenzung des Halterings 7 entlang des Zugseils 2
    10
    Verbindungsseil zwischen Zugseil 1 und 2 zur Zugkraftminimierung im Falle eines Seilbruchs
    14
    Horizontaler Abstand zwischen einzelnen Bodenstationen 20, (Horizontaler Abstand der Schirme 13 ist kleiner als Abstand der Bodenstationen 14)
    15
    Drachenschirm
    16
    Gruppe von übereinander angeordneten Drachenschirmen mit gemeinsamer Zugkraftverstellung
    17
    Gasgefüllter Ballon oder Zugdrachen mit Gasfüllung für Windstillstand
    18
    Gitternetz aus Seilen zur horizontalen Abstandssicherung
    19
    Wirbel zum horizontalen Verdrehen von Bodenstation/Drachen gegenüber Gitternetz bei Windrichtungswechsel
    20
    Bodenstation bestehend aus Seilwinde (2 bzw. 4 Seiltrommeln), Generator (auch als Motor zum einholen) bzw. hydraulische Pumpe/Hydraulikmotor (zum fieren/einholen)
    21
    Seilwinde für Zugseil 1 (Schirm 1)
    22
    Seilwinde für Zugseil 2 (Schirm 1) mit Differentialantrieb gegenüber Seilwinde 21
    23
    Seilwinde für Zugseil 1 (Schirm 2)
    24
    Seilwinde für Zugseil 2 (Schirm 2) mit Differentialantrieb gegenüber Seilwinde 23
    25
    Generator/Motor oder Hydraulische Pumpe/Motor, horizontal drehbar gegenüber 26
    26
    Fest stehender Unterbau mit Erdverankerung
    30
    Bodenstation Offshore-Anlage ähnlich 20 an Wasseroberfläche schwimmend oder unter Wasser (in ca. 5–15 m Wassertiefe) zum Schutz vor hohem Seegang, bestehend aus Seilwinde (je 2 oder 4 Seiltrommeln), Generator/Motor oder Hydraulische Pumpe/Motor mit Auftrieb und Möglichkeit zum Absenken bzw. Auftauchen an Wasseroberfläche zwecks Wartung.
    31
    Horizontal verdreh- und vertikal schwenkbares Verbindungsstück für Verankerung
    32
    Schnorchel, bis über Wasseroberfläche ragend zur Aufnahme der Zugseile
    33
    Ankerseile z. B. Dreipunktverankerung
    34
    Wasseroberfläche
    35
    Meeresboden mit beliebiger Wassertiefe
    36
    Verankerung (Ankersteine) am Meeresboden
    37
    Verbindungsseil zwischen den beiden Zugseilen 1, 2 in regelmäßigen höhenbezogenen Abständen als Absturzsicherung eines gerissenen Zugseils
    38
    Zentraler Hydraulikmotor, gekoppelt mit Generator
    39
    Hydraulische Verbindungsleitungen (Vor- und Rücklauf)
  • Zeichnungen
  • 1 zeigt die prinzipielle Anordnung einer Bodenstation bestehend aus Seilwinden 21 bis 24, Generator/Motor 25 (zum fieren, einholen) bzw. hydraulische Pumpe/Hydraulikmotor.
  • 2 zeigt die prinzipielle Anordnung einer Gruppe von Zugdrachenschirmen in einem Windpark mit Einrichtungen zur horizontalen Abstandssicherung und Standby-Betrieb während Windstillstand.
  • 3 und 4 zeigen die Funktionsweise zur Verstellung der Schirmgröße mittels zweier Zugseile, wobei 3 eine Anordnung für minimale Zugkraft darstellt, während 4 die Funktionsweise während maximaler Zugkraft darstellt.
  • 5 und 6 zeigen die Wirkweise der Minimierung von Zugkraft im Falle eines Seilbruchs.
  • 7 zeigt mehrere übereinander angeordnete Zugdrachen
  • 8 zeigt die prinzipielle Anordnung einer Bodenstation in einem Offshore-Windpark.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 202006005389 U1 [0005]

Claims (17)

  1. Vorrichtung für eine Windkraftanlage welche durch Fieren eines an einem Zugseil befestigten Zugdrachens zur Erzeugung von vorzugsweise elektrischer Energie dadurch gekennzeichnet, dass das Zugseil an einer mit Erdreich fest verankerten Seilwinde befestigt ist und die Seilwinde drehfest mit einem Generator verbunden ist, wodurch mit fieren des Zugdrachens eine elektrische Energie erzeugt wird.
  2. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Zugdrachen zur Verstellung der Zugkraft vorzugsweise an zwei Zugseilen betrieben wird.
  3. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass. Diese beiden Zugseile gleichermaßen belastet werden um eine unter Last gleichmäßige Längenänderung zu erreichen.
  4. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass mittels relativer Längenänderung der beiden Zugseile die wirksame Zugkraft des Zugdrachens einstellbar ist und dass diese Zugkraft während des Fierens windgeschwindigkeitsabhängig auf einen konstanten Sollwert einstellbar ist.
  5. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen der maximalen Steighöhe die Zugkraft des Drachens während des Einholens minimiert werden kann.
  6. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines Reißens einer der beiden Zugseile automatisch die Zugkraft des Zugdrachens minimiert wird, so dass ein Reißen des zweiten Zugseils verhindert wird und ein kontrolliertes Einholen des Zugdrachens ermöglicht wird.
  7. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Drachen baugleicher Art ebenfalls an zwei Seilen derselben Seilwinde angebracht ist, wobei die Seile der beiden Zugdrachen vorzugsweise jeweils gegenläufig aufgewickelt sind und die beiden Zugdrachen damit eine gegenläufige Fier- und Einholbewegung ausführen, so dass immer einer der beiden Zugdrachen unter Zuglast die Seilwinde aktiv betätigt und ein Generator somit ständig angetrieben werden kann.
  8. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils unter Last steigende Zugdrachen neben der Erzeugung elektrischer Energie auch die Kraft zum Einziehen des einzuholenden Drachens liefert.
  9. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des paarweise alternierenden Fierens und Einholens jeder Zugdrachen eine eigene Seilwinde mit Generator betreibt und dass dieser Generator während der Phase des Einholens als Elektromotor betrieben wird um den Zugdrachen einzuziehen.
  10. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere sich in räumlicher Nähe befindlichen Zugdrachen vorzugsweise innerhalb eines Windparks in zeitlich gleicher, synchroner Weise einen fierenden bzw. einholenden Bewegungsablauf haben.
  11. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 9 und 10 dadurch gekennzeichnet, dass diese sich in räumlicher Nähe befindlichen Zugdrachen mittels Seilverbindungen in horizontaler Hinsicht fest miteinander verbunden sind um einen Mindestabstand der Zugdrachen untereinander zu gewährleisten.
  12. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Zugdrachen über geschlossene gasdichte Holräume verfügen und dass diese Hohlräume mit einem Gas geringer spezifischer Dichte gefüllt sind und somit der Zugdrachen in Zeiten von Windstillstand in der Luft gehalten werden kann.
  13. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend entlang der Zugseile in gewissen höhenbezogenen Abständen ebenfalls kugelförmige, zylindrisch geformte und sich an den Enden zuspitzende oder anderweitig geformten gasgefüllte Ballons mit einem Gas geringer spezifischer Dichte ausgestattet sind, welche in der Lage sind, bei Windstillstand das Eigengewicht der Zugseile zu tragen.
  14. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines elektrischen Generators ein hydraulischer Antrieb verwendet wird, welcher wahlweise als Antrieb oder Pumpe arbeitet um das Fieren bzw. Einholen des Zugdrachens zu ermöglichen.
  15. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Anschlüsse aus mehreren oder gar einer Vielzahl von Bodenstationen von Zugdrachen zu einem zentralen gemeinsamen hydraulischen Motor führen, welcher einen Generator antreibt.
  16. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass diese Zugdrachen auch im Meer betrieben werden können und dass die durch einfache Seilverankerung fixierte Bodenstation zum Schutz vor hohem Seegang unterhalb der Wasseroberfläche platziert ist und dass diese durch Verlängerung der Ankerleine zum Zweck der Wartung auch an die Wasseroberfläche hoch geholt werden kann.
  17. Vorrichtung für eine Windkraftanlage nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines langen Schnorchels 32, welcher bis über die Wasseroberfläche reicht, die Zugseile der unter Wasser befindlichen Bodenstation herausgeführt werden und dass dadurch das Eindringen von Wasser in die Bodenstation verhindert wird.
DE102008047261A 2008-09-14 2008-09-14 Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen Ceased DE102008047261A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008047261A DE102008047261A1 (de) 2008-09-14 2008-09-14 Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008047261A DE102008047261A1 (de) 2008-09-14 2008-09-14 Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008047261A1 true DE102008047261A1 (de) 2010-04-15

Family

ID=41820956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008047261A Ceased DE102008047261A1 (de) 2008-09-14 2008-09-14 Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102008047261A1 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100276941A1 (en) * 2009-05-04 2010-11-04 Skywind, Inc. System and method for umbrella power generation
CN102035218A (zh) * 2010-12-23 2011-04-27 东方电气集团东方汽轮机有限公司 多个间歇发电的高空风力发电机组的功率合流方法
CN102352816A (zh) * 2011-06-28 2012-02-15 青岛华创风能有限公司 一种高空发电的地面风力发电机组
CN103089546A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 戴洪平 风动机
WO2013113655A1 (de) * 2012-02-02 2013-08-08 Guenther Claas Zugdrachen
WO2015032491A1 (de) 2013-09-05 2015-03-12 Enerkite Gmbh Triebstrang und verfahren für antriebe mit weit entfernten betriebspunkten
DE102014105944A1 (de) 2014-04-28 2015-10-29 Bernhard Miller Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen mit Speicher
CN117189498A (zh) * 2023-10-12 2023-12-08 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种低空约束风力发电系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202006005389U1 (de) 2006-03-31 2007-08-02 Skysails Gmbh & Co. Kg Windenergieanlage mit steuerbarem Drachen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202006005389U1 (de) 2006-03-31 2007-08-02 Skysails Gmbh & Co. Kg Windenergieanlage mit steuerbarem Drachen

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100276941A1 (en) * 2009-05-04 2010-11-04 Skywind, Inc. System and method for umbrella power generation
US8405244B2 (en) * 2009-05-04 2013-03-26 Skywind, Inc. System and method for umbrella power generation
CN102035218A (zh) * 2010-12-23 2011-04-27 东方电气集团东方汽轮机有限公司 多个间歇发电的高空风力发电机组的功率合流方法
CN102352816A (zh) * 2011-06-28 2012-02-15 青岛华创风能有限公司 一种高空发电的地面风力发电机组
CN103089546A (zh) * 2011-11-03 2013-05-08 戴洪平 风动机
WO2013113655A1 (de) * 2012-02-02 2013-08-08 Guenther Claas Zugdrachen
WO2015032491A1 (de) 2013-09-05 2015-03-12 Enerkite Gmbh Triebstrang und verfahren für antriebe mit weit entfernten betriebspunkten
US10145359B2 (en) 2013-09-05 2018-12-04 Enerkite Gmbh Drivetrain and method for drives having widely spaced oeprating points
DE102014105944A1 (de) 2014-04-28 2015-10-29 Bernhard Miller Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen mit Speicher
WO2015165913A2 (de) 2014-04-28 2015-11-05 Bernhard Miller Vorrichtung zur steuerung und lenkung von zugdrachen oder rotierenden flügelrädern zur stromerzeugung
US10696393B2 (en) 2014-04-28 2020-06-30 Bernhard Miller Device for controlling and steering traction kites or rotating flyer wheels for electricity generation
CN117189498A (zh) * 2023-10-12 2023-12-08 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种低空约束风力发电系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3137763B1 (de) Vorrichtung zur steuerung und lenkung von zugdrachen oder rotierenden flügelrädern zur stromerzeugung
EP2004991B2 (de) Windenergieanlage mit steuerbarem drachen
DE102008047261A1 (de) Vorrichtung zur Stromerzeugung mittels Zugdrachen
WO2008034421A2 (de) Drachen-kraftwerk
US20120086210A1 (en) Device for Extracting Energy from Moving Air or Moving Water
DE10205988A1 (de) Windenergieanlage
DE212013000196U1 (de) Angebundenes, schwebendes Windstrom-Generatorsystem
WO1981002612A1 (en) Wind turbine and method for power generation
EP2665923B1 (de) System und verfahren zur energieauskopplung aus meereswellen
US20160264260A1 (en) Pivoting Perch for Flying Wind Turbine Parking
DE102009028885B4 (de) Geführter Winddrachen zur Erhöhung der Leistungsabgabe von Windenergieanlagen
DE19629417C2 (de) Verfahren sowie schwebend gefesselter Energiekonverter zur Nutzung von Strömungsenergie
DE102011056980A1 (de) Windkraftanlage
WO2009115253A2 (de) Windkraftwerk mit verstellbarem an einem mast geführten flugkörper
WO2020249582A1 (de) Ballongeführter höhenwindturbinengenerator zur erzeugung elektrischer energie
DE102010013504A1 (de) Höhen-Windkraftwerk
DE3049331A1 (de) Solarkraftwerk auf der erde
DE102011102474A1 (de) Verfahren und Hebevorrichtung zur Errichtung und Wartung von Windenergieanlagen
DE102012021666B4 (de) Unterwasser-Wellenkraftwerk
DE102011100039A1 (de) Windenergieanlage und Verfahren zur Nutzung von Windenergie
CN203009161U (zh) 一种风能转换机构及高空风力发电装置
CN203067175U (zh) 一种风能转换机构及高空风力发电装置
EP3199803A1 (de) Offshore-höhenwindkraftanlage
DE202011103433U1 (de) Windkraftanlage
DE102007054660A1 (de) Vertikale Windkrafträder auf der Basis rotierender Segel

Legal Events

Date Code Title Description
8122 Nonbinding interest in granting licences declared
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F03D0009000000

Ipc: F03D0009300000

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final