DE102011100039A1

DE102011100039A1 - Windenergieanlage und Verfahren zur Nutzung von Windenergie

Info

Publication number: DE102011100039A1
Application number: DE102011100039A
Authority: DE
Inventors: Dr. Gründel Hans; Bernd Lau; Maiko Pärschke; Olga Stoller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit wenigstens einem schwebenden Windrad, wenigstens einer Flügelprofilstruktur zur Erzeugung von Auftrieb, an der das wenigstens eine Windrad drehbar gelagert ist, einer Halteverbindung zur Verbindung mit dem Boden, einer am Boden befindlichen Energieaufnahmestation, vorzugsweise einer Generatorstation, und einer Energieübertragungseinrichtung zur Übertragung von mechanischer Energie von dem wenigstens einen Windrad zu der Energieaufnahmestation. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Nutzung von Windenergie, das mit der erfindungsgemäßen Windenergieanlage durchgeführt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit wenigstens einem schwebenden Windrad und ein Verfahren zur Nutzung von Windenergie unter Einsatz eines schwebenden Windrades.
Bekannte Windkraftwerke umfassen am Boden fest installierte Windräder zur Umwandlung von Windenergie in elektrische Energie. Um auf diese Weise kostengünstig Strom aus Windenergie zu erzeugen, sind immer größere Windraddurchmesser und größere Bauhöhen notwendig. Größere Bauhöhen führen jedoch zu drastisch steigenden Baukosten, so dass das Kasten-Nutzen-Verhältnis bei konventionellen Windrädern bei ca. 150 m Höhe erreicht ist.
Um dennoch kostengünstig Strom erzeugen zu können, müssen Windräder in größeren Höhen betrieben werden, ohne dass die Baukosten zu sehr steigen. Zu diesem Zweck sind Vorschläge für schwebende Windenergieanlagen gemacht worden.
So beschreibt US 7,188,808 B1 eine Windenergieanlage mit einem Tragsegel und einem durch Windenergie angetriebenen Element. Dessen durch die Windenergie erzeugte Zugkraft wird auf eine Station zur Erzeugung elektrischer Energie geleitet.
US 2006/0251505 A1 beschreibt ein System, bei dem eine Windenergieturbine an einem Halteseil befestigt ist und die durch den Wind erzeugte Rotationsenergie in elektrische Energie umgesetzt wird. Die elektrische Energie wird durch elektrische Leiter in bzw. an den Halteseilen zum Boden geleitet.
Andere schwebende Windkraftanlagen umfassen Windräder, die mit Hilfe von gasgefüllten Auftriebsgaskörpern in der Luft gehalten werden. Insbesondere bei stürmischen Wetterlagen müssen solche Anlagen zur Vermeidung von Beschädigungen zu Boden geführt werden, da die Auftriebsgaskörper einen hohen Luftwiderstand haben.
Bisher bekannte Konzepte für schwebende Windräder ermöglichen konstruktionsbedingt nur einen relativ kleinen Windraddurchrnesser und liefern daher nur verhältnismäßig geringe Strommengen. Außerdem sind diese Systeme bei stürmischem Wetter oder zu geringem Wind nicht flugfähig und müssen bei diesen Wetterlagen auf den Erdboden zurückgeholt werden. Dies führt zu erhöhten Betriebskosten und damit höheren Kosten für die Stromerzeugung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Windenergieanlage zu schaffen, die eine kostengünstige Nutzung von Windenergie und einen sicheren Betrieb ermöglicht. Weiterhin soll ein Verfahren zur Nutzung von Windenergie angegeben werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit einem Verfahren zur Nutzung von Windenergie mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausgestaltungen gerichtet.
Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage weist wenigstens ein schwebendes Windrad auf, das zumindest während der Erzeugung mechanischer Rotationsenergie schwebt beziehungsweise dazu vorgesehen und ausgestaltet ist. Dazu ist es an einer Flügelprofilstruktur drehbar gelagert, die bei Windeinwirkung für den nötigen Auftrieb sorgt. Die Fügelprofilstruktur hat z. B. den Querschnitt einer Auftrieb erzeugenden Tragfläche. Vorzugsweise sind wenigstens zwei solche Flügelprofilstrukturen vorgesehen.
Im vorliegenden Text wird der Begriff ”schwebend” für Objekte verwendet, die sich – ohne starre Fixierung am Boden – in der Luft befinden, unabhängig davon, ob sie fliegen oder zum Beispiel durch gasgefüllte Auftriebsgaskörper, durch angetriebene Rotoren oder durch Einwirkung von Wind zum Beispiel auf entsprechende Tragflügelprofile in der Luft gehalten werden. Als ”schwebende Windenergieanlage” wird eine Anlage bezeichnet, bei der sich zumindest ein Teil während der Windenergienutzung – ohne starre Fixierung am Boden – in der Luft befindet. Der Begriff ”schwebendes Windrad” beziehungsweise ”schwebender Teil der Anlage” wird für Windräder beziehungsweise denjenigen Teil der Anlage verwendet, die zumindest bei der Umwandlung der Windenergie in Rotationsenergie – ohne starre Fixierung am Boden – in der Luft sind.
Eine Halteverbindung ist vorgesehen, um die wenigstens eine Flügelprofilstruktur mit dem Boden zu verbinden. Am Boden befindet sich eine Energieaufnahmestation zur Aufnahme mechanischer Energie. Vorzugsweise umfasst diese Energieaufnahmestation eine Generatorstation zur Aufnahme der mechanischen Energie und Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie. Eine Energieübertragungseinrichtung ist bei der erfindungsgemäßen Windenergieanlage vorgesehen, um mechanische Energie von dem wenigstens einen Windrad zu der Energieaufnahmestation zu übertragen.
Vorzugsweise ist die Energieaufnahmestation als Generatorstation ausgestaltet, die von dem Windrad übertragene mechanische Energie in elektrische Energie umsetzt. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die von dem Windrad übertragene mechanische Energie in der Energieaufnahmestation nur weitergeleitet wird, um andere mechanische Komponenten direkt mechanisch anzutreiben, z. B. Pumpen oder Maschinen.
Die Energieaufnahmestation kann z. B. auch auf einer drehbaren Plattform angeordnet sein, so dass eine optimale Ausrichtung der Windenergieanlage in Abhängigkeit der Windrichtung möglich ist.
Im Gegensatz zu bekannten Anlagen mit schwebenden Windrädern ist bei der erfindungsgemäßen Windenergieanlage die Übertragung der mechanischen Energie des Windrades zum Boden vorgesehen. Eine Anlage zur Umwandlung der mechanischen Energie, also z. B. ein Generator, befindet sich also am Boden und muss nicht mit dem Windrad in der Luft gehalten werden. Die wenigstens eine Fügelprofilstruktur sichert auch ohne Auftriebsgaskörper, dass das wenigstens eine Windrad bei Wind in der Luft gehalten wird.
Grundsätzlich ist eine beliebige Anzahl von Windrädern möglich. Vorzugsweise befinden sich aber wenigstens zwei gegenläufig drehende Windräder an der Flügelprofilstruktur, so dass sich die mechanischen Belastungen durch die Drehung ausgleichen.
Die Energieübertragungseinrichtung ist bevorzugterweise so ausgestaltet, dass die mechanische Energie von dem wenigstens einen Windrad direkt in Form der Rotationsenergie an die Energieaufnahmestation übertragen wird. Dazu kann z. B. ein Seiltrieb vorgesehen sein, mit dem die Drehbewegung des wenigstens einen Windrades auf eine am Boden befindliche, drehbare Seilscheibe übertragen wird.
Vorzugsweise weist dazu das wenigstens eine Windrad eine Seilführung an seinem Außendurchmesser auf, in der das Seil laufen kann.
Der Begriff Seil wird hier allgemein für ein umlaufendes Element zur Übertragung der mechanischen Rotationsenergie verwendet. Bei dem Seil kann es sich auch um einen Gurt, einen Zahnriemen oder eine Gliederkette handeln. Alternativ kann auch eine Kette vorgesehen sein, die die mechanische Energie nach Art eines Kettentriebes überträgt.
Das schwebende Windrad kann durch eine zusätzliche flexible Halteeinrichtung, z. B. durch ein Halteseil, am Boden festgehalten sein. Besonders vorteilhaft und kostengünstig ist es jedoch, wenn die Energieübertragungseinrichtung gleichzeitig die Halteverbindung zur Verfügung stellt. Die Energieübertragungseinrichtung, also z. B. das Seil eines Seiltriebes, dient dann also nicht nur zur Übertragung der mechanischen Energie, sondern auch zum Festhalten des schwebenden Teils der erfindungsgemäßen Windenergieanlage.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Windenergieanlage weist eine Flügelprofilstruktur auf, die Teil eines Rahmens ist, an dem das wenigstens eine Windrad drehbar gelagert ist. Ein solcher Rahmen bietet eine ausreichende Stabilität, um die mechanischen Belastungen bei der Drehung des Windrades gut aufnehmen zu können und stellt gleichzeitig die für den Auftrieb notwendige Stabilität der Flügelprofilstruktur zur Verfügung. Als Material für einen solchen Rahmen eignet sich glasfaserverstärkter oder kohlefaserverstärkter Kunststoff, insbesondere aufgrund seines geringen Gewichtes bei gleichzeitig hoher Stabilität.
Bevorzugt ist der Rahmen in sich geschlossen, um zusätzliche Stabilität zu bieten. Der Rahmen umgibt dabei günstigerweise das wenigstens eine Windrad. Eine bevorzugte Form für einen solchen Rahmen ist oval oder elliptisch.
Vorzugsweise ist der Rahmen bei einer solchen Ausgestaltung dergestalt, dass die wenigstens eine Flügelprofilstruktur einen während des Betriebes der Windenergieanlage im Wesentlichen parallel zur Erdoberfläche verlaufenden Teil des Rahmens bildet. Bei einem ovalen oder elliptischen Rahmen ist die wenigstens eine Flügelprofilstruktur also parallel zur langen Halbachse. Vorzugsweise sind alle parallel zur Erdoberfläche verlaufenden Teile des Rahmens als Flügelprofilstruktur ausgebildet.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Windenergieanlage zeichnet sich durch wenigstens einen mit der Flügelprofilstruktur verbundenen Rotationsflügelkörper aus, der als Auftrieb erzeugender Rotor ausgestaltet ist und/oder als Antriebspropeller ausgestaltet ist und/oder als Steuerpropeller ausgestaltet ist und/oder als Turbine wirkt. In seiner Funktion als Auftrieb erzeugender Rotor kann ein solcher Rotationsflügelkörper z. B. bei geringem oder gar keinem Wind angetrieben werden, um den schwebenden Teil der erfindungsgemäßen Windenergieanlage in der Luft zu halten. Dazu kann er bei entsprechender Ausrichtung grundsätzlich wie ein Hubschrauberrotor zum Einsatz kommen. Andererseits kann der wenigstens eine Rotationsflügelkörper in vorteilhafter Weise auch derart als Antriebspropeller ausgestaltet sein, dass er den schwebenden Teil der Windenergieanlage derart in Bewegung hält, dass dieser zum Beispiel Kreisbahnen oder Bahnen in Form einer Acht fliegt.
Dann wirkt die wenigstens eine Flügelprofilstruktur wie eine Tragfläche, so dass der schwebende Teil der Windenergieanlage fliegt. Bei einer anderen Ausgestaltung ist der wenigstens eine Rotationsflügelkörper als Steuerpropeller ausgebildet, mit dem der schwebende Teil der Windenergieanlage optimal zum Wind ausgerichtet werden kann.
Zu seinem Antrieb kann der wenigstens eine Rotationsflügelkörper zum Beispiel aus einem Energiespeicher gespeist werden, in dem elektrische Energie oder andere Energie gespeichert ist und der sich im schwebenden Teil der Anlage befindet. Alternativ kann dazu zum Beispiel elektrische Energie auch vom Boden zu dem schwebenden Teil der Windenergieanlage geleitet werden.
Besonders bevorzugt ist der Rotationsflügelkörper jedoch derart angeordnet und ausgestaltet, dass er wie eine Turbine wirken kann. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht insbesondere, dass der schwebende Teil der Windenergieanlage auch bei zu geringem oder gar keinem Wind nicht zu Boden geht, wenn der durch die wenigstens eine Flügelprofilstruktur erzeugte Auftrieb nicht ausreicht um den schwebenden Teil in der Luft zu halten. So können z. B. in dem die wenigstens eine Flügelprofilstruktur umfassenden Rahmen Auftriebsgaskörper, z. B. Auftriebsballons, vorgesehen sein, die bei zu geringem Wind aufgeblasen werden und für den notwendigen Auftrieb sorgen. Das Aufblasen kann z. B. mit Gas erfolgen, das in Druckgasbehältern in dem schwebenden Teil der Windenergieanlage gespeichert ist. Dieses Gas kann z. B. bei ausreichendem Wind von einem Gasverdichter in solche Druckgasspeicher gepumpt und dort komprimiert werden, der von wenigstens einem Rotationsflügelkörper angetrieben wird. Eine solche Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Auftriebsballons nicht immer aufgeblasen vorhanden sein müssen. Zum Beispiel bei stürmischem Wetter kann das Gas aus den Auftriebsballons in den Druckgasspeicher gepumpt werden, so dass der Luftwiderstand sich verringert und die Gefahr von Beschädigungen der Windenergieanlage verringert wird. Während dieser ”Hochwindphase” oder während eine Normalwindphase kann aber gleichzeitig mit Hilfe des wenigstens einen als Turbine wirkenden Rotationsflügelkörpers Gas in den Druckgasspeicher komprimiert werden, um für spätere windarme Zeiten zum Aufblasen der Auftriebsballons dienen zu können. Als Auftriebsgas kann z. B. Helium verwendet werden. Die beschriebene Funktion der Kombination der Elemente des Gasverdichters, der Auftriebsgaskörper und der Druckgasspeicher kann auch ohne als Turbine wirkende Rotationsflügelkörper verwirklicht werden, wenn der Gasverdichter z. B. aus einem entsprechend vorgesehenen Energiespeicher mit Antriebsenergie versorgt wird.
Bevorzugt ist es dabei vorgesehen, dass der wenigstens eine Auftriebsballon in einer Kammer innerhalb des die wenigstens eine Flügelprofilstruktur umfassenden Rahmens gelagert wird.
Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage ist also sehr wetterunempfindlich und kann sich auf die tatsächlichen Gegebenheiten optimal einstellen. Entsprechende Sensoren und Steuerungsprozessoren können vorgesehen sein, um die aktuelle Windlage zu erfassen und entsprechende Signale an die einzelnen Komponenten, wie die Rotationsflügelkörper, zu geben. Ebenso kann aber eine Fernsteuerung vorgesehen sein, wobei die entsprechenden Signale von einer Bodenstation gegeben werden.
Der schwebende Teil der erfindungsgemäßen Windenergieanlage muss nur zu Wartungsarbeiten zum Boden geführt werden. Auch ein Betrieb als offshore-Variante ist möglich.
Mit geringen Baukosten ist es mit einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage möglich, Arbeitshöhen z. B. zwischen 300 und 1000 m zu realisieren. Das System kann bei allen Wetterlagen in dieser Arbeitshöhe verbleiben, so dass die Betriebskosten gering bleiben. Die Windräder einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage können mehrere Meter, z. B. 10 bis 30 m groß oder noch größer sein.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Nutzung von Windenergie, das mit einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage durchgeführt werden kann. Bei ausreichendem Wind wird wenigstens ein Windrad von einer Auftrieb erzeugenden Flügelprofilstruktur schwebend getragen. Die Windenergie wird von dem wenigstens einen Windrad in mechanische Energie umgewandelt, die direkt an eine am Boden befindliche Energieaufnahmestation übermittelt wird. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Energieaufnahmestation, wo die mechanische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Ein erfindungsgemäßes Verfahren nutzt also eine Auftrieb erzeugende Flügelprofilstruktur dazu, ein Windrad in der Luft zu halten, wobei die von dem Windrad erzeugte mechanische Energie zu einer Bodenstation übertragen wird.
Bei einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere bei nicht ausreichendem Wind mit Hilfe wenigstens eines Auftrieb erzeugenden Rotationsflügelkörpers dafür gesorgt, dass die Flügelprofilstruktur fliegt.
Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei nicht ausreichendem Wind die Flügelprofilstruktur mit Hilfe wenigstens eines Auftriebsgaskörpers, z. B. eines Auftriebsballons, in der Luft gehalten.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der letztgenannten Verfahrensvariation wird das für den Auftriebsgaskörper notwendige Auftriebsgas (z. B. Helium) in einem Gasspeicher gelagert, der mit Hilfe eines Gasverdichters gefüllt werden kann, der von einem als Turbine wirkenden Rotationsflügelkörper angetrieben wird. Ein solches Verfahren ermöglicht einen sicheren Betrieb einer Windenergieanlage, die weniger vom Wetter abhängig ist. Bei starkern Wind oder stürmischem Wetter können die Auftriebsgaskörper z. B. durch Abpumpen des Gases in einen Druckgasspeicher geleert werden, um den Luftwiderstand zu verringern. Während einer solchen Hochwindphase oder einer Normalwindphase kann der Gasspeicher mit einem Gasverdichter also gefüllt werden, der von dem als Turbine wirkenden Rotationsflügelkörper angetrieben wird. Während einer Phase mit stärkerem Wind sind Auftriebsgaskörper nicht notwendig, weil das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Windrad mit Hilfe einer Auftrieb erzeugenden Flügelprofilstruktur in der Luft gehalten wird.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren erläutert, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage darstellen.
Dabei zeigen:
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage während des Betriebes bei ausreichendem Wind,
2 dieselbe Ausführungsform der Windenergieanlage während des Betriebes bei geringem Wind,
3 ein Detail dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Windenergieanlage,
4 das Detail der 3 in teilweise aufgerissener Darstellung und
5 ein Beispiel einer Generatorstation in schematischer Darstellung.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage. Sie umfasst einen schwebenden Teil 10 und eine Generatorstation 20. Der schwebende Teil 10 weist einen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehenden Rahmen 12 in ovaler Ausgestaltung auf. Diejenigen Teile des Rahmens 12, die im Betrieb parallel zur Erdoberfläche sind, sind als Flügelprofilstrukturen 14 ausgestaltet. In dem Rahmen 12 sind Windräder 16 drehbar gelagert. Sie übertragen ihre Rotationsenergie in noch zu erläuternder Weise auf Seile 18, die sich in Pfeilrichtung S bewegen und die Rotationsenergie der Windräder 16 auf Seilscheiben 22 der Generatorstation 20 übermitteln. Die Generatorstation 20 ist auf einer Grundplatte 24 montiert, die über ein Lager 26 drehbar gelagert ist. Hier nur schematisch dargestellt ist der Boden 28.
An dem Rahmen 12 sind hier als Turbine ausgestaltete Rotationsflügelkörper 30 vorgesehen. 32 bezeichnet eine durch eine Klappe abgeschlossene Kammer für noch zu beschreibende Auftriebsballons.
In 1 ist die Drehbewegung der Windräder 16 mit dem Pfeil R bezeichnet. S bezeichnet die Richtung der Seilbewegung, die die Drehbewegung der Windräder 16 auf die Seilscheiben 22 der Generatorstation 20 überträgt. Die dadurch entstehende Drehung der Seilscheiben 22 der Generatorstation 20 ist mit den Pfeilen G bezeichnet. Pfeil W bezeichnet die Windrichtung.
Während 1 den Betrieb bei einer Windstärke darstellt, die ausreicht, um den schwebenden Teil 10 der Windenergieanlage mit Hilfe der Flügelprofilstrukturen 14 in der Luft zu halten, zeigt 2 einen Betriebszustand bei weniger oder gar keinem Wind. Aus den Kammern 32 sind in noch zu beschreibender Weise mit Auftriebsgas (z. B. Helium) aufgeblasene Auftriebsballons 34 ausgetreten, die den schwebenden Teil 10 in der Luft halten.
3 zeigt den schwebenden Teil 10 der Windenergieanlage in größerem Detail. Insbesondere sind hier die Flügel 42 erkennbar, die Teil der Windräder 16 sind. Die Windräder 16 laufen in Halterahmen 40, die den Umfang der Windräder jeweils umschließen und so für die drehbare Lagerung der Windräder sorgen.
4 zeigt das Detail der 3 in teilweise aufgerissener Darstellung. Hier ist insbesondere der tragflächenartige Querschnitt der Flügelprofilstruktur 14 deutlich erkennbar. Innerhalb des Rahmens 12 befindet sich ein nur schematisch dargestellter Gasverdichter 36, der von den Turbinen 30 angetrieben werden kann, um Gas in die hier vierfach vorgesehenen Druckgasspeicher 38 komprimiert zu pumpen, die sich röhrenförmig entlang der ovalen Struktur des Rahmens 12 erstrecken. Entsprechende nicht gezeigte Ventile verbinden die Gasspeicher 38 mit den Auftriebsballons 34, die im nicht verwendeten Zustand in der Kammer 32 gelagert sind.
Außerdem erkennt man in 4 die Seilführungen 44 in Form von Nuten am Außenumfang der Windräder 16, die zur Übertragung der Rotationsenergie des jeweiligen Windrades 16 auf das Seil 18 dienen.
5 zeigt in schematischer Darstellung eine Generatorstation 20. Die Seile 18 übermitteln die mechanische Energie auf die Seilscheiben 22 der Generatorstation 20, wobei die Seile 18 in 5 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Über ein Getriebe 52 wird die mechanische Rotationsenergie auf den Generator 54 geführt. In an sich bekannter Weise wird die darin erzeugte elektrische Energie an einen Umformer- und Elektroeinspeiseanschluss 56 gegeben, an dem sie zur weiteren Nutzung zur Verfügung steht. Die gesamte Generatorstation 20 ist auf einer Grundplatte 24 befestigt, die am nur schematisch dargestellten Boden 28 drehbar gelagert ist.
Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage wird wie folgt eingesetzt.
Bei ausreichendem Wind W befindet sich die Windenergieanlage im Zustand der 1. Der Wind W wirkt mit den Flügelprofilstrukturen 14 zusammen, die den schwebenden Teil 10 der Windenergieanlage aufgrund ihres tragflügelartigen Querschnitts in der Luft halten. Gleichzeitig dient der Wind W dazu, die Windräder 16 mit den Flügeln 42 in Drehbewegung R zu versetzen. Die Drehbewegung wird über die Seilführung 44 der Windräder 16 an die Seile 18 übergeben. Die Seile 18 bewegen sich in Richtung S und treiben die Seilscheiben 22 der Generatorstation 20 in Richtung G an. Über das Getriebe 52 wird die Bewegung der Seilscheiben 22 an den Generator 54 weitergegeben, der diese mechanische Energie in elektrische Energie umsetzt und an den Umformer- und Elektroeinspeiseanschluss 56 zur weiteren Nutzung weiterleitet.
Ist kein ausreichender Wind vorhanden, um den schwebenden Teil 10 der Windenergieanlage in der Luft zu halten, werden die Auftriebsballons 34 aus den Kammern 32 herausgelassen und mit dem Gas aus den Druckgasspeichern 38 aufgeblasen. Diese Auftriebsgaskörper 34 halten dann den schwebenden Teil 10 der Windenergieanlage in der Luft. Auch bei zu wenig Wind, um den schwebenden Teil 10 mit Hilfe der Flügelprofilstrukturen 14 in der Luft zu halten, ist es also nicht notwendig, in aufwendiger Weise den schwebenden Teil 10 der Windenergieanlage auf den Boden zu führen.
Frischt der Wind wieder auf, wird das Gas aus den Auftriebsballons 34 in noch zu beschreibender Weise wieder in die Druckgasspeicher 38 gepumpt und die Auftriebsballons wieder in die Kammer 32 zurückgezogen. Die dazu notwendige Messung der Windstärke kann in an sich bekannter Weise mit nicht dargestellten Windsensoren erfolgen, deren Signale an entsprechend programmierte Mikroprozessoren gegeben werden, die ihrerseits entsprechende Aktoren steuern, um die Auftriebsballons 34 freizugeben, aufzublasen oder das Gas aus ihnen wieder abzupumpen.
Dadurch, dass die Auftriebsballons 34 nicht permanent vorhanden sind, ist auch bei stürmischem Wetter sichergestellt, dass der Luftwiderstand des schwebenden Teils 10 der Windenergieanlage nicht so hoch ist, dass eine Zerstörung droht.
Während des in 1 dargestellten Normalbetriebes können die als Turbinen wirkenden Rotationsflügelkörper 30 dazu dienen, Gas mit Hilfe eines Gasverdichters 36 in den Druckgasspeicher 38 komprimiert zu pumpen. Dazu kann direkt das Gas aus den Auftriebsballons 34 verwendet werden. So wird während des Normalbetriebs sichergestellt, dass die Gasspeicher 38 immer ausreichend Gas in komprimierter Form enthalten, um bei abflauendem Wind sicherzustellen, dass die Auftriebsballons 34 aufgeblasen werden können, um den schwebenden Teil 10 in der Luft zu halten.
Bei entsprechender Steuerung z. B. durch einen Mikroprozessor ist es auch möglich, dass die Rotationsflügelkörper 30 nach Art von Propeller zur Steuerung des schwebenden Teiles 10 der Windenergieanlage eingesetzt werden, um eine optimale Ausrichtung in Abhängigkeit der Windrichtung zu ermöglichen.
Die erfindungsgemäße Windenergieanlage zeichnet sich also dadurch aus, dass die mechanische Energie der Windräder direkt an den Baden übertragen wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen schwebenden Windanlagen wird also nicht die elektrische Energie übertragen. Bei der geschilderten Ausführungsform wird insbesondere die Rotationsenergie der Windräder über einen Seiltrieb direkt an einen am Boden befindlichen Generator weitergeleitet.
Gleichzeitig dienen die Seile 18 bei der geschilderten Ausführungsform zum Festhalten des schwebenden Teiles 10 der Windenergieanlage, so dass keine zusätzlichen Halteseile notwendig sind.
Bezugszeichenliste

10: schwebender Teil der Windenergieanlage
12: Rahmen
14: Flügelprofilstruktur
16: Windrad
18: umlaufendes Seil
20: Generatorstation
22: Seilscheibe
24: Grundplatte
26: Drehlagerung
28: Boden
30: Rotationsflügelkörper
32: Kammer
34: Auftriebsballon
36: Gasverdichter
38: Gasspeicher
40: Windradhalterahmen
42: Windradflügel
44: Seilführung
52: Getriebe
54: Generator
56: Umformer- und Elektroeinspeiseanschluss
W: Windrichtung
S: Seilbewegungsrichtung
G: Seilscheibenrotationsrichtung
R: Windradrotationsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7188808 B1 [0004]
US 2006/0251505 A1 [0005]

Claims

Windenenergieanlage mit – wenigstens einem Windrad (16) zur Erzeugung mechanischer Rotationsenergie, das zumindest während der Erzeugung der mechanischen Rotationsenergie schwebt, – wenigstens einer Flügelprofilstruktur (14) zur Erzeugung von Auftrieb bei Windeinwirkung, an der das wenigstens eine Windrad (16) drehbar gelagert ist, – einer Halteverbindung (18) zur Verbindung der wenigstens einen Flügelprofilstruktur (14) mit dem Boden, – einer am Boden befindlichen Energieaufnahmestation zur Übernahme von mechanischer Energie, vorzugsweise einer Generatorstation (20) zur Übernahme von mechanischer Energie und Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie, und – einer Energieübertragungseinrichtung zur Übertragung von mechanischer Energie von dem wenigstens einen Windrad (16) zu der Energieaufnahmestation (20).
Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens zwei sich gegenläufig drehende Windräder (16) umfasst.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung zur Übertragung der Rotationsenergie des wenigstens einen Windrades (16) an die Energieaufnahmestation (20) ausgestaltet ist.
Windenergieanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung wenigstens einen Seiltrieb umfasst, wozu vorzugsweise eine Seilführung (44) zur Aufnahme eines Seiles (18) des Seiltriebes am Außendurchmesser des wenigstens einen Windrades (16) vorgesehen ist.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung gleichzeitig die Halteverbindung (18) zur Verfügung stellt.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Flügelprofilstruktur (14) Teil eines Rahmens (12) ist, an dem das wenigstens eine Windrad (16) gelagert ist, vorzugsweise dergestalt, dass die Flügelprofilstruktur (14) einen während des Betriebes der Windenergieanlage im Wesentlichen parallel zur Erdoberfläche verlaufenden Teil des Rahmens (12) bildet.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch wenigstens einen mit der Flügelprofilstruktur (14) verbundenen Rotationsflügelkörper (30), der als Auftrieb erzeugender Rotor ausgestaltet ist und/oder als Antriebspropeller ausgestaltet ist und/oder als Steuerpropeller ausgestaltet ist und/oder als Turbine wirkt.
Windenergieanlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch wenigstens einen vorzugsweise als Auftriebsballon ausgebildeten Auftriebsgaskörper (34), einen vorzugsweise von dem wenigstens einen Rotationsflügelkörper (30) angetriebenen Gasverdichter (36) und wenigstens einen Druckgasspeicher (38) für verdichtetes Gas.
Windenergieanlage nach Anspruch 6 und Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine innerhalb des Rahmens (12) angeordnete Kammer (32) für den wenigstens einen Auftriebsgaskörper (34).
Verfahren zur Nutzung von Windenergie, bei dem – bei ausreichendem Wind eine auftriebserzeugende Flügelprofilstruktur (14) wenigstens ein Windrad (16) schwebend trägt, – Windenergie von dem wenigstens einen Windrad (16) in mechanische Energie umgewandelt wird, und – die mechanische Energie an eine am Boden befindliche Energieaufnahmestation übermittelt wird, vorzugsweise an eine Generatorstation (20), wo sie in elektrische Energie umgewandelt wird.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach Anspruch 10, bei dem bei nicht ausreichendem Wind die Flügelprofilstruktur (14) mit Hilfe von wenigstens einem Auftrieb erzeugenden Rotationsflügelkörper schwebt oder von wenigstens einem als Antriebspropeller ausgestalteten Rotationsflügelkörper (30) bewegt wird.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach Anspruch 10, bei dem bei nicht ausreichendem Wind die Flügelprofilstruktur (14) mit Hilfe von wenigstens einem Auftriebsgaskörper (34) schwebt.
Verfahren zur Nutzung von Windenergie nach Anspruch 12, bei dem Auftriebsgas mit Hilfe eines Gasverdichters (36) in einen Gasspeicher (38) gepumpt wird, der von einem als Turbine wirkenden Rotationsflügelkörper (30) angetrieben wird.