DE102013200313A1

DE102013200313A1 - Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102013200313A1
Application number: DE201310200313
Authority: DE
Inventors: Julius Pretterebner
Original assignee: KPinvest
Current assignee: KPinvest
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-07-17

Abstract

Windkraftanlage mit einem Turm und einer auf dem Turm drehbar angeordneten Gondel, mit einem ersten und einem zweiten an der Gondel angeordneten Rotor zum Antreiben eines Verbrauchers, wobei der erste und der zweite Rotor derart ausgebildet sind, dass der vom ersten Rotor in den Wind eingebrachte Drall vom zweiten Rotor zumindest teilweise kompensiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Turm und einer auf dem Turm drehbar angeordneten Gondel, mit einem ersten und einem zweiten an der Gondel angeordneten Rotor zum Antreiben eines Verbrauchers.
Derartige Windkraftanlagen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt beispielsweise die DE 535 626 eine solche Windkraftanlage. Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Windkraftanlagen ist der geringe Wirkungsgrad.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage bereitzustellen, die einfach und sicher herstellbar ist und mit der gleichzeitig ein höherer Wirkungsgrad gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demgemäß ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Rotor derart ausgebildet sind, dass der vom ersten Rotor in den Wind eingebrachte Drall vom zweiten Rotor zumindest teilweise kompensiert wird. Unter Drall wird dabei der vom ersten Rotor in den Wind eingebrachte Drehimpuls verstanden. Der zweite Rotor kann dabei eine andere Rotorblattgeometrie als der erste Rotor aufweisen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Rotor schneller oder langsamer als der erste Rotor dreht. Dadurch, dass der vom ersten Rotor in den Wind eingebrachte Drall vom zweiten Rotor zumindest teilweise kompensiert wird, kann der Wirkungsgradverlust vom ersten Rotor am zweiten Rotor kompensiert werden. Folglich kann mit der erfindungsgemäßen Windkraftanlage eine Windkraftanlage mit erhöhtem Wirkungsgrad bereitgestellt werden.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der zweite Rotor im Betrieb die gleiche Leistung wie der erste Rotor aufweist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste Rotor im Betrieb eine erste Welle antreibt und wenn der zweite Rotor im Betrieb eine zweite Welle antreibt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der erste Rotor und der zweite Rotor auf einer Welle angeordnet sind.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der erste und der zweite Rotor im Betrieb gegenläufige Drehrichtungen aufweisen.
Vorteilhafterweise treibt die erste Welle im Betrieb einen Stator eines elektrischen Generators an, wobei die zweite Welle im Betrieb zwei Rotoren des elektrischen Generators antreiben. Auf ein Getriebe zwischen einer Ausgangswelle und dem Generator kann somit verzichtet werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erste Welle und die zweite Welle durch eine insbesondere hydraulische Kupplung mit einer Ausgangswelle verbindbar sind.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Windkraftanlage sieht vor, dass zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor ein Differenzial vorgesehen ist. Wenn der erste und der zweite Rotor vorzugsweise gegenläufig drehen, kann durch das Differenzial ein Kraftausgleich bereitgestellt werden, da die Kräfte der beiden Rotoren, welche auf die Welle wirken, gegenseitig aufgehoben werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Windkraftanlage sieht vor, dass der erste Rotor auf der dem Wind zugewandten Seite der Gondel angeordnet ist. Der erste Rotor ist folglich auf der sogenannten Luv-Seite angeordnet.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der zweite Rotor auf der dem Wind abgewandten Seite der Gondel angeordnet ist. Dabei ist der zweite Rotor auf der sogenannten Lee-Seite der Gondel angeordnet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Windkraftanlage sieht vor, dass der zweite Rotor auf der dem Wind zugewandten Seite der Gondel zwischen dem ersten Rotor und der Gondel angeordnet ist. Dabei ist der zweite Rotor, wie der erste Rotor, ebenfalls auf der dem Wind zugewandten Luv-Seite angeordnet.
Vorteilhafterweise ist der Verbraucher ein elektrischer Generator zum Erzeugen von elektrischem Strom. Somit kann im Betrieb der Windkraftanlage direkt Strom erzeugt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Verbraucher einen Kompressor zum Erzeugen von Druckluft ist. Zum Speichern der Energie in Druckluftspeichern muss dann nicht erst elektrischer Strom erzeugt werden, der dann im Betrieb wiederum einen Kompressor antreibt, um die elektrische Energie in Druckluft umzuwandeln. Vielmehr kann durch das Vorsehen eines Kompressors Druckluft direkt erzeugt werden und gegebenenfalls in einem Druckluftspeicher gespeichert werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad erhöht werden, da Wirkungsgradverluste, wie sie bei der Umwandlung in elektrischen Strom und der Erzeugung von Druckluft mittels einer elektrischen Druckluftpumpe, beispielsweise mittels eines Kompressors, auftreten können, vermieden werden können.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Windkraftanlage sieht vor, dass in der Windkraftanlage ein Druckluftspeicher zum Speichern von Druckluft vorgesehen ist. Somit können auch kleinere Bauformen ermöglicht werden, bei denen Energie in Form eines Druckluftspeichers gespeichert werden kann. Das Speichern der Druckluft in großen unterirdischen Kavernen kann somit vermieden werden. Bei Bedarf von elektrischer Energie kann die im Druckluftspeicher gespeicherte Energie beispielsweise durch eine Turbine expandiert werden, die einen Generator antreibt, welcher elektrischen Strom erzeugt. Vorteilhafterweise kommen dabei Komponenten der LKW-Produktion, wie zum Beispiel der Kompressor oder weitere Komponenten der Druckluftanlage zum Einsatz. Dies ermöglicht die Speicherung von Energie auch bei verhältnismäßig kleinen Windkraftanlagen. Es ist auch denkbar, die im Druckluftspeicher gespeicherte Druckluft direkt als gefilterte Druckluft in Industriebetrieben einzusetzen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Windkraftanlage sieht vor, dass eine Turbine derart vorgesehen ist, dass die Turbine von aus dem Druckspeicher austretender Druckluft angetrieben wird, wobei die Turbine den Generator antreibt. Somit kann die im Druckspeicher gespeicherte Druckluft zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden.
Vorteilhafterweise ist ein Wärmespeicher zum Speichern der beim Verdichten der Luft erzeugten Wärme vorgesehen. Die bei der Kompression entstehende Wärme kann dabei direkt lokal genutzt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Wärme im Rahmen einer Gebäudeheizung oder zur Erzeugung von Warmwasser einzusetzen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Kältespeicher zum Speichern der beim Entspannen der im Druckluftspeicher gespeicherten Druckluft erzeugten Kälte vorgesehen ist. Die beim Entspannen des Druckluftspeichers entstandene Kälte kann ebenfalls lokal genutzt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, diese Kaltluft zur Gebäudekühlung beispielsweise eines Kühlhauses einzusetzen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
Es zeigen:
1 eine Schrägansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage;
2 einen vergrößerten Ausschnitt der Windkraftanlage gemäß 1; und
3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Windkraftanlage 10. Die Windkraftanlage 10 umfasst einen vertikal nach oben verlaufenden Turm 12 und eine auf dem Turm 12 drehbar angeordnete Gondel 14. Die Gondel 14 dient dabei als Maschinengehäuse der Windkraftanlage 10. In der Gondel können dabei insbesondere für die Funktion der Windkraftanlage 10 wichtige Bauteile, wie beispielsweise Generatoren, Kompressoren, Steuerungseinrichtungen oder Turbinen angeordnet sein.
Auf der Außenseite der Gondel 14 ist auf der dem Wind zugewandten sogenannten Luv-Seite ein erster Rotor 16 angeordnet. Auf der dem Wind abgewandten Seite der Gondel 14, der sogenannten Lee-Seite, ist ein zweiter Rotor 18 angeordnet. Der erste Rotor 16 und der zweite Rotor 18 sind dabei derart ausgebildet, dass der vom ersten Rotor 16 in den Wind eingebrachte Drall vom zweiten Rotor 18 zumindest teilweise kompensiert wird.
2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Windkraftanlage 10 gemäß 1. Dort ist deutlich zu erkennen, dass der erste Rotor 16 auf der Luv-Seite der Gondel 14 und der zweite Rotor 18 auf der Lee-Seite der Gondel 14 angeordnet sind.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Windkraftanlage 10. Die sich entsprechenden Bauteile sind dabei mit den entsprechenden Bezugszeichen der 1 und 2 bezeichnet. Im Gegensatz zur Windkraftanlage gemäß 1 und 2 ist in
3 der zweite Rotor 18 nicht auf der Lee-Seite der Gondel 14 angeordnet. Vielmehr ist der zweite Rotor 18 ebenfalls auf der dem Wind zugewandten Luv-Seite der Gondel 14 angeordnet, nämlich zwischen dem ersten Rotor 16 und der Gondel 14. Die Rotorblattgeometrie des ersten Rotors 16 und des zweiten Rotors 18 ist dabei ebenfalls derart ausgebildet, dass der vom ersten Rotor 16 in den Wind eingebrachte Drall vom zweiten Rotor 18 zumindest teilweise kompensiert wird.
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 535626 [0002]

Claims

Windkraftanlage (10) mit einem Turm (12) und einer auf dem Turm (12) drehbar angeordneten Gondel (14), mit einem ersten (16) und einem zweiten (18) an der Gondel (14) angeordneten Rotor zum Antreiben eines Verbrauchers, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (16) und der zweite (18) Rotor derart ausgebildet sind, dass der vom ersten Rotor (16) in den Wind eingebrachte Drall vom zweiten Rotor (18) zumindest teilweise kompensiert wird.
Windkraftanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotor (18) im Betrieb die gleiche Leistung wie der erste Rotor (16) aufweist.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotor (16) im Betrieb eine erste Welle antreibt und der zweite Rotor (18) im Betrieb eine zweite Welle antreibt.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (16) und der zweite (18) Rotor im Betrieb gegenläufige Drehrichtungen aufweisen.
Windkraftanlage (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle im Betrieb einen Stator eines elektrischen Generators antreibt, wobei die zweite Welle im Betrieb zwei Rotoren des elektrischen Generators antreibt.
Windkraftanlage (10), nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle und die zweite Welle durch eine Kupplung mit einer Ausgangswelle verbindbar sind.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Rotor (16) und dem zweiten Rotor (18) ein Differenzial vorgesehen ist.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Rotor (16) auf der dem Wind zugewandten Seite der Gondel (14) angeordnet ist.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotor (18) auf der dem Wind abgewandten Seite der Gondel (14) angeordnet ist.
Windkraftanlage (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Rotor (18) auf der dem Wind zugewandten Seite der Gondel (14) zwischen dem ersten Rotor (16) und der Gondel (14) angeordnet ist.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher ein elektrischer Generator zum Erzeugen von elektrischem Strom ist.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher ein Kompressor zum Erzeugen von Druckluft ist.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Windkraftanlage (10) ein Druckluftspeicher zum Speichern von Druckluft vorgesehen ist.
Windkraftanlage (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbine derart vorgesehen ist, dass die Turbine von aus dem Druckspeicher austretender Druckluft angetrieben wird, wobei die Turbine den Generator antreibt.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmespeicher zum Speichern der beim Verdichten der Luft erzeugten Wärme vorgesehen ist.
Windkraftanlage (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältespeicher zum Speichern der beim Entspannen der im Druckluftspeicher gespeicherten Druckluft erzeugten Kälte vorgesehen ist.