DE102012015178A1

DE102012015178A1 - Windkraftanlage an einem Turm, Mast oder Schornstein

Info

Publication number: DE102012015178A1
Application number: DE102012015178.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-02-06
Also published as: WO2014019920A1

Abstract

Die Windkraftanlage mit mindestens einer Windturbine (1) mit einer vertikalen oder horizontalen Rotationsachse, wobei die Windturbine (1) an einem Turm (2), Mast oder Schornstein angebracht ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (1) entlang des Turms (2) höhenverstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit mindestens einer Windturbine (1) mit einer vertikalen oder horizontalen Rotationsachse, wobei die Windturbine (1) an einem Turm (2), Mast oder Industrie-Schornstein angebracht ist.
Stand der Technik
Derartige Windkraftanlagen sind bekannt. Hier ist eine Windturbine permanent an der Spitze zum Beispiel eines Industriekamins angebracht. Da die Windgeschwindigkeit in der Regel mit der Höhe zunimmt, ist die Windturbine damit einem stärkeren Wind ausgesetzt und erzeugt mehr Energie als bei einer Anordnung in Bodennähe.
Nachteilig ist jedoch die Notwendigkeit, die Windturbine so stark und robust auszulegen, dass auch die stärksten Windgeschwindigkeiten und Stürme die Windturbine nicht beschädigen oder gar zerstören. Bei starkem Wind oder Sturm könnte die Windturbine zwar stillgelegt werden, aber dennoch müsste die Bauart ausreichend robust sein, um dem Sturm ohne Beschädigung standhalten zu können.
Diese Notwendigkeit führt zu einer Verschlechterung der Gesamt-Wirtschaftlichkeit.
Aufgabe und Lösung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung: Die Vorteile einer Anordnung der Windturbine in sehr großer Höhe sollen beibehalten werden, ohne dass die Windturbine so robust gebaut sein muss, um bei Sturm den in großer Höhe auftretenden hohen Windgeschwindigkeiten standhalten zu können.
Diese Aufgabe wird bei einer Windkraftanlage an einem Turm, Mast oder Schornstein der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Windturbine (1) entlang des Turms (2) höhenverstellbar ist. Unter „Turm” sind hier alle turmartigen Gebilde wie zum Beispiel Masten, Industrie-Kamine, Gittermasten wie Radiosende-Masten, Baukräne, Offshore-Bohrinseln, hohe Tanks, Silos, Hochbau-Türme, Wolkenkratzer (dort auch seitlich anzubringen), Lampenmasten und -Säulen und andere tragende Konstruktionen wie Brücken zu verstehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Die erfindungsgemäße Windkraftanlage erntet auch dann noch viel Windenergie, wenn der Wind in Bodennähe schon recht schwach ist, da der Wind in großen Höhen, zum Beispiel an Türmen oder Industriekaminen mit einer Höhe von 100 Metern in solchen Fällen immer noch stark ist. Allein die Menge des CO₂, welches aufgrund der Tatsache gespart werden kann, dass der Wind bei nur doppelter Windgeschwindigkeit, z. B. 50 m/s, bereits eine achtfache Energie wie bei einfacher Windgeschwindigkeit, z. B. 25 m/s, hat, ist ein bedeutender Vorteil gegenüber anderen Windkraftanlagen, die diese Flexibilität nicht haben.
Typischerweise ist die Statik eines Turmes von etwa 100 Metern auf Windgeschwindigkeiten bis zu etwa 50 m/s ausgelegt. Dennoch braucht die Windturbine nur für Windgeschwindigkeiten bis zu einer moderaten Grenze, zum Beispiel bis zu 25 m/s ausgelegt sein. Wird der Wind zu stark an der Turmspitze, so fährt die Windkraftanlage den Turm hinunter in Bereiche, wo die Windgeschwindigkeit unter den vorgegebenen Grenzwert, zum Beispiel auf 25 m/s abgesunken ist und kann dort weiter betrieben werden und Energie ernten.
Daher muss nur die Statik des Turmes auf höhere Windgeschwindigkeiten ausgelegt sein, die Windkraftanlage selber aber nur auf erheblich niedrigere Windgeschwindigkeiten. Eine ansonsten erforderliche massive Bauweise, z. B. aus Beton mit starker Stahl-Armierung oder ein Stahlmast mit hohem Stahlverbrauch ist erfindungsgemäß nicht notwendig. Ein wichtiger Vorteil ist daher die Einsparung von Ressourcen wie Stahl und Beton.
Die genannten Zahlenwerte sind nur ein Beispiel. Je nach dem geographischen Ort und den dort herrschenden Windverhältnissen kann die dort optimale Wirtschaftlichkeitsgrenze errechnet werden. Gerade in Küstennähe wird es sich lohnen.
Ein weiterer Vorteil wird erreicht, wenn entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Turm, Mast oder Schornstein hydraulisch aus der vertikalen Lage in eine horizontale oder schräge Lage umlegbar ist, insbesondere wenn ein Sturm aufzieht. So kann die Windkraftanlage auch in sturmgefährdeten Regionen eingesetzt werden.
Außerdem braucht das Fundament nicht so stark ausgelegt sein wie bei einer Windkraftanlage ohne Umlegbarkeit. Wenn der Turm, Mast oder Schornstein bei Sturm in eine horizontale Lage umgelegt und damit in Sicherheit gebracht wird, verteilen sich die auf das Fundament wirkenden Kräfte nicht mehr quasi punktuell, sondern auf eine relativ große Fläche.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Turm transportabel ist, bei Gefahr an eine sichere Position und bei Windstille an eine Stelle mit stärkerem Wind gebracht werden kann.
Insgesamt wird erfindungsgemäß eine höhere Energieausbeute durch eine bessere Windenergieausnutzung trotz der Begrenzung der Turbinenstatik auf eine relativ moderate Windgeschwindigkeit erreicht.
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.
Es zeigen
1 eine Vorderansicht eines Teleskopturms 2 im ausgefahrenen Zustand mit einer Gitterkonstruktion 3 und zwei Konsolen 4 für zwei nicht dargestellte Windturbinen,
2 eine Seitenansicht der Gitterkonstruktion 3 mit Konsolen 4,
3 eine Draufsicht von oben auf die Konsole 4 mit zwei Windturbinen 1,
4 eine entsprechende Ansicht wie 3 mit weiteren Einzelheiten,
5 Details der am Mast 2 angebrachten zwei Konsolen 4,
6 den Teleskopturm 2 in aufrechter Stellung und
7 den Teleskopturm 2 in umgelegter Stellung.
Die Gitterkonstruktion 3 in 1 kann mithilfe von zwei vertikal verfahrbaren Konsolen 4 an einem Turm 2 hinauf und hinunter gefahren werden. Die beiden Konsolen 4 haben einen vertikalen Abstand von etwa 2 m. Die Gitterkonstruktion mit Konsolen ist in einer Seitenansicht in 2 noch einmal dargestellt. Das obere Ende 2a des Mastes ist ebenfalls eingezeichnet.
Die Gitterkonstruktion mit Konsolen ist im ausgefahrenen Zustand des Teleskopturms 2 auf eine maximale Windgeschwindigkeit von 25 m/s ausgelegt. Die Nennleistung ist bei Windgeschwindigkeiten von 17 bis 18 m/s so groß wie die von Windturbinen mit horizontaler Drehachse (HAWT).
In einem Ausführungsbeispiel kann der Turm 2 als Teleskopturm mit 10 m langen Rohren konstruiert sein, wobei der Turm und sein Fundament ebenfalls auf eine maximale Windgeschwindigkeit von 25 m/s ausgelegt sind. Bei Sturm fährt der gesamte Turm teleskopartig hinunter und widersteht dann selbst „Jahrhundertstürmen” (2). Vier Anschläge 11 oben an der Gitterkonstruktion (Gittermast) 3 sind zur Sicherung gegen Stürme im zusammengefahrenen Zustand vorgesehen. Zwei Anschläge 11 sind im Einzelnen in 5 dargestellt. Die Gitterkonstruktion selber hat in diesem Beispiel eine Höhe von 12 m.
Vorgesehen sind auch eine nicht dargestellte Schutzeinrichtung für die Generatoren sowie Anschläge zum Einrasten in den Sicherungs-Mechanismus der unteren Gitter-Konstruktion. Diese können unterschiedlich ausgeführt sein.
3 zeigt eine Aufsicht auf eine vertikal verfahrbare Konsole 4 zusammen mit zwei Windturbinen 1 und einer Leitfläche (Leitblech) 12.
In einer weiteren entsprechenden Darstellung (4) ist die Konsole ohne die Windturbinen 1, aber mit den zugehörigen Stromgeneratoren 5 dargestellt. Zu erkennen sind weiterhin die vier Laufrollen 6 für den vertikalen Lauf der Konsole 4 sowie die Rollen 8, mit denen ein mit der Konsole 4 verbundener Drehbock 7 um die vertikale Achse des Turms 2 gedreht/verschwenkt werden kann, damit die auf dem Drehbock 7 angebrachten Turbinen 1 immer in optimaler Stellung zum Wind stehen.
Einzelheiten sind 5 zu entnehmen. Die Konsolen 4 mit ihren Laufrollen 6 (mit Kugellagern) tragen jeweils einen Drehbock 7, welcher mit seinen Laufrollen 8, ebenfalls kugelgelagert, um die vertikale Achse 9 des Turms 2 gedreht werden kann. Auf den Drehböcken 7 ist die Gitterkonstruktion 3 entsprechend den 1 und 2 befestigt.
Die gesamte Konstruktion mit den Konsolen 3, den Drehböcken 7, der Gitterkonstruktion 3 (in 5 nicht dargestellt) und den Windturbinen 1 (ebenfalls in 5 nicht dargestellt) kann mithilfe einer Hebevorrichtung mit Ketten 10 entlang des Turms 2 herauf und herunter gefahren werden.
Die Gitterkonstruktion 3 dient unter anderem zur Halterung der Turbinen und Generatoren.
Die 6 und 7 zeigen den Teleskopturm 2 in aufrechter (6) und in umgelegter liegender Position (7). Der Turm 2 kann um das Scharnier 15 mit Hilfe eines Hydraulikzylinders 14, welcher im Fundament 13 gelagert ist, aus der vertikalen in die horizontale Position und wieder zurück in die vertikale Position bewegt werden. Die aufrechte Position entsprechend 6 wird mittels einer Fixierungsklinke oder Fixierungsraste 16 gesichert. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Windkraftanlage sogar in extrem sturmgefährdeten Gebieten wie Hurricane Valley oder Tornado Alley, USA eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Windturbine
2: Turm, Mast oder Industrie-Schornstein
3: Gitterkonstruktion
4: Konsole
5: Generatoren
6: Laufrolle für vertikalen Lauf der Konsole 4
7: Drehbock
8: Laufrolle für Drehbock 7
9: Achse
10: Hebevorrichtung mit Ketten
11: Anschlag
12: Leitfläche, Leitblech
13: Fundament
14: Hydraulik-Zylinder
15: Scharnier
16: Fixierungsklinke/raste

Claims

Windkraftanlage mit mindestens einer Windturbine (1) mit einer vertikalen oder horizontalen Rotationsachse, wobei die Windturbine (1) an einem Turm (2), Mast oder Schornstein angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (1) entlang des Turms (2) höhenverstellbar ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine an oder auf einer Konsole (4) angebracht ist, die entlang des Turms (2) höhenverstellbar ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (2), Mast oder Schornstein hydraulisch aus der vertikalen Lage in eine horizontale oder schräge Lage umlegbar ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (2) teleskopierbar ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (2) transportabel ist.