DE102015013073A1

DE102015013073A1 - Air pressure opposites wind turbine

Info

Publication number: DE102015013073A1
Application number: DE102015013073.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-10-08
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Bei herkömmlichen Windkraftanlagen erfolgt die Erzeugung von Elektroenergie durch außen an einem Mast angebrachte Rotoren in Abhängigkeit von der Windstärke und mit deutlich hörbarem Luftgeräusch. Auf dem Prinzip der Thermik basierende Aufwindkraftwerke nutzen das Prinzip der Thermik aus, wobei die Luft von der Sonne erwärmt und in natürlicher Konvektion in einem Kamin aufsteigt. Hierzu wird eine große Umgebungsfläche benötigt. Die Erfindung soll für eine gleichmäßige Luftzufuhr zu den Rotoren unabhängig von der Windstärke und unabhängig von nachteiligen Umwelteinwirkungen ermöglichen und das Prinzip der Thermik ohne Umgebungsfläche ausnutzen. Dies wird dadurch erreicht, dass in einem konisch geformten sich nach oben verjüngenden Mast (5) ein oder mehrere Rotoren (3) nebst den dazu gehörigen Generatoren (4) horizontal aufgehängt sind. Die Luftzufuhr erfolgt in der Weise, dass der Mast auf Stützpfeilern (1) steht, zwischen denen elektronisch regelbare Lamellen mit Öffnungsfunktion (2) angebracht sind und mit denen die Luftzufuhr geregelt wird. Durch die konische Form des Mastes wird ein Luftdruckgegensatz erzeugt, so dass im unteren Teil des Mastes ein höherer Luftdruck herrscht als im oberen Teil. Hierdurch entsteht ein Luftstrom nach oben, der die Rotoren und Generatoren antreibt. Anwendungsgebiet ist die Erzeugung von elektrischer Energie durch Nutzung erneuerbarer Energien, die in natürliche Form zur Verfügung stehen. Der Weg der Ausführung wird durch die beigefügte Zeichnung verdeutlicht.In conventional wind turbines, the generation of electrical energy takes place by externally mounted on a mast rotors depending on the wind strength and with a clearly audible air noise. On the principle of thermally-based updraft power plants exploit the principle of thermals, the air is heated by the sun and rises in natural convection in a fireplace. This requires a large surrounding area. The invention should allow for a uniform air supply to the rotors regardless of the wind force and independent of adverse environmental effects and exploit the principle of thermal without surrounding area. This is achieved by one or more rotors (3) together with the associated generators (4) are suspended horizontally in a conically shaped upwardly tapering mast (5). The air supply takes place in such a way that the mast stands on buttresses (1), between which electronically adjustable slats with opening function (2) are mounted and with which the air supply is regulated. Due to the conical shape of the mast, an air pressure contrast is generated, so that in the lower part of the mast, a higher air pressure prevails than in the upper part. This creates an upward flow of air that drives the rotors and generators. The field of application is the generation of electrical energy through the use of renewable energies, which are available in natural form. The way of execution is illustrated by the attached drawing.

Description

Die Erfindung gehört in das Gebiet der Gewinnung von Elektroenergie durch natürliche vorhandene Energiequellen (Windenergie und Thermik).The invention belongs to the field of production of electric energy by natural existing energy sources (wind energy and thermals).

Stand der Technik:State of the art:

Dem Anmelder ist der Stand der Technik bekannt, dass mittels Rotoren durch den Zustrom von Luft mittels eines an den Rotor angeschlossenen Generator elektrische Energie erzeugt werden kann. Es ist weiter bekannt, dass das Prinzip der Thermik (Aufsteigen von Warmluft) ebenfalls genutzt werden kann, um hiermit Rotoren anzutreiben.The applicant is aware of the prior art that by means of rotors by the influx of air by means of a generator connected to the rotor electrical energy can be generated. It is also known that the principle of thermal (rising hot air) can also be used to drive rotors hereby.

Problem:Problem:

Mit der im Patentanspruch angegebenen Erfindung soll das Problem herkömmlicher mit einem außen an einem Mast angebrachten rotorbetriebenen Windkraftanlage einerseits und das Problem des großen Flächenbedarfs von Aufwind-Kraftwerken, die auf dem thermischen Prinzip beruhen, gelöst werden.With the invention specified in the claim, the problem of conventional with an externally mounted on a mast rotor-powered wind turbine on the one hand and the problem of large area requirements of updraft power plants, which are based on the thermal principle to be solved.

Das Problem herkömmlicher Windkraftanlagen besteht in der Verwendung großdimensionierter außen am Mast angebrachter Rotoren, die bei Windstille nicht bewegt werden, bei zu starkem Wind jedoch abgeschaltet werden müssen, um eine Überhitzung des dahinter befindlichen Generators zu verhindern. Zudem wird an solchen Anlagen bemängelt, dass durch den Betrieb des Rotors ein deutlich hörbares Luftgeräusch erzeugt wird und durch die Bewegung der großflächigen Rotorblätter Vögel, die in deren Bereich gelangen, verletzt und getötet werden können.The problem of conventional wind turbines is the use of large-sized externally mounted on the mast rotors that are not moved in calm, but have to be turned off in too strong a wind to prevent overheating of the generator located behind it. In addition, it is criticized in such systems that the operation of the rotor produces a clearly audible air noise and can be injured and killed by the movement of the large-area rotor blades birds that reach into their area.

Das Problem herkömmlicher und in einigen experimentell in südeuropäischen Ländern aufgebauten Thermikanlagen besteht darin, dass diese eine große Fläche benötigen, die rund um den Mast dazu verwendet werden muss, um über Folien und andere Vorrichtungen für eine künstliche Erwärmung der am Boden befindlichen Luft zu sorgen, um diese durch den Mast nach oben abzuleiten.The problem with conventional thermal systems, and some that have been set up experimentally in Southern European countries, is that they require a large area that must be used around the mast to provide artificial heating of the ground air through foils and other devices. to derive them through the mast upwards.

Lösung:Solution:

Durch die Erfindung wird das Problem der herkömmlichen Windkraftanlagen gelöst und der bei herkömmlichen Thermikanlagen entstehende Platzbedarf vermieden, indem durch die konische Form des Mastes der sich bildende Luftdruckgegensatz unter gleichzeitiger Wirkung der Thermik zu einem Aufsteigen der im Mast befindlichen Luft führt.The invention solves the problem of conventional wind turbines and avoids the space required in conventional thermal systems by the conical shape of the mast of the forming air pressure contrast leads with simultaneous effect of the thermal to an ascension of the air in the mast.

Die Luftdruckgegensatz-Windkraftanlage besteht aus einem konisch geformten Mast, der auf einem Sockel aufgestellt ist, der aus in regelmäßigen Abständen angebrachten Stützpfeilern (1) besteht. Zwischen diesen Stützpfeilern sind lamellenartige Lufteinlasse (2) vorgesehen, die den Zustrom der über dem Erdboden befindlichen Luft ermöglichen. Der Öffnungsgrad der Lufteinlasse kann elektronisch geregelt werden, um der jeweiligen Windstärke Rechnung zu tragen. Im Inneren des Mastes befinden sich eine oder mehrere Ebenen, an denen jeweils horizontal ein Windrad (4) (Rotor) mit Generator (3), vertikal, angebracht ist. Durch die von unten nach oben aufsteigende Luft werden die Rotoren mit ihren Generatoren angetrieben. Der Auftrieb der Luft entsteht durch den Luftdruckgegensatz, der durch die konische Form des Mastes verursacht wird. Die konische Form des Mastes führt zu höherem Luftdruck im unteren Bereich sowie durch Unterdruck im oberen Teil, was zu einem Aufstieg der Luftmassen führt. Oben ist der Mast geöffnet, um dort das Wiederausströmen der Luft zu ermöglichen. Ebenfalls wird hierbei das an sich bekannte Prinzip der Thermik ausgenutzt.The air-pressure opposed wind turbine consists of a conically shaped mast mounted on a pedestal made up of periodically mounted buttresses ( 1 ) consists. Between these pillars are lamellar air inlets ( 2 ) are provided, which allow the influx of air above the ground. The degree of opening of the air inlet can be controlled electronically to take account of the respective wind force. Inside the mast are one or more levels, on each of which horizontally a wind turbine ( 4 ) (Rotor) with generator ( 3 ), vertical. By rising from bottom to top air, the rotors are driven by their generators. The buoyancy of the air is caused by the air pressure contrast, which is caused by the conical shape of the mast. The conical shape of the mast leads to higher air pressure in the lower area and by negative pressure in the upper part, which leads to a rise of the air masses. The mast is open at the top to allow the air to re-flow there. Also in this case the principle known per se of the thermals is utilized.

Erreichte Vorteile:Achieved benefits:

Die Ausnutzung des Luftdruckgegensatzes bietet gegenüber herkömmlichen Windkraftanlagen den Vorteil, dass auf diese Weise der Betrieb der Anlage auch bei Windstille oder bei Wind in Sturmstärke möglich ist, während herkömmliche Anlagen unter solchen Bedingungen nicht betrieben werden können oder abgeschaltet werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Anlage keine Windgeneratorenbremse benötigt, da durch die im Sockelbereich befindlichen lamellenartigen Lufteinlasse ähnlich einer Trafostation die Luftzufuhr durch eine Bedarfsregelung gesteuert werden kann. Somit ist eine Überwärmung der Anlage nicht gegeben, da die Rotorblätter nur den benötigten Windauftrieb erhalten und sich die Drehzahl nur geringfügig ändert. Die Anlage wird optimal konisch geformt, um eine effektive Ausnutzung des Luftstromes zu ermöglichen. Daher müssen die einzelnen Rotoren mit unterschiedlicher Flügelspannweite gefertigt werden. Der runde Mast kann je nach Bedarf in unterschiedlichen Dimensionen gefertigt werden. Er wird in einzelnen Segmenten hergestellt, um ihn transportfähig auf die Baustellen zu verbringen.The advantage of the air pressure contrast compared to conventional wind turbines has the advantage that in this way the operation of the system is possible even in calm or wind storms, while conventional systems can not be operated under such conditions or must be switched off. Another advantage is that this system does not require a wind generator brake, as the air supply can be controlled by a demand control similar to a transformer station by the lamellar air inlet located in the base area. Thus, an overheating of the system is not given, since the rotor blades receive only the required wind lift and the speed changes only slightly. The system is optimally conically shaped to allow effective use of the airflow. Therefore, the individual rotors must be manufactured with different wing span. The round mast can be made in different dimensions as needed. It is manufactured in individual segments to make it transportable on the construction sites.

Die Erfindung bietet gegenüber herkömmlichen Thermikanlagen den Vorteil eines erheblich geringeren Platzbedarfs. Herkömmliche Thermikanlagen (Aufwindkraftwerk, vereinzelt auch Thermikkraftwerk genannt) nutzen das Prinzip der Thermik aus. Hierbei wird Luft von der Sonne erwärmt und steigt wegen natürlicher Konvektion in einem Kamin auf. Eine oder mehrere Turbinen erzeugen aus dieser Luftströmung elektrischen Strom. Diese Anlagen erfordern jedoch rings um den Turm herum eine große Fläche. Über dieser befindet sich ein großes Dach aus Glas oder lichtdurchlässigem Kunststoff bzw. eine Folie, die als Kollektor wirkt und den Boden und die Luft darunter aufheizt. Diese strömt dann zum Kamin und zieht weitere im Kollektor erwärmte Luft nach sich. Die Erfindung benötigt hingegen wegen der konischen Form des Mastes eine derart große Umgebungsfläche nicht, da der Luftdruckgegensatz durch die konische Form herbeigeführt wird.The invention offers over conventional thermal systems the advantage of a significantly smaller footprint. Conventional thermal systems (up-wind power plant, sometimes called thermal power plant) use the principle of thermals. This air is heated by the sun and rises due to natural convection in a fireplace. One or more turbines generate electric current from this air flow. However, these facilities require a large area around the tower. Above it is a large roof made of glass or translucent plastic or a film that acts as a collector and heats the floor and the air underneath. This then flows to the chimney and draws further air heated in the collector. By contrast, the invention does not require such a large surrounding area because of the conical shape of the mast, since the air pressure contrast is brought about by the conical shape.

Wartungsarbeiten im Inneren der Anlage werden von einem außen angebrachten Aufzug in der jeweiligen Ebene durch einen Zugang ermöglicht. Die Ebenen befinden sich unmittelbar oberhalb der Rotoren. Jede Ebene ist begehbar, um an den Rotoren und Generatoren arbeiten zu können. Bei Wartungsarbeiten kann die Anlage unten vollständig verschlossen werden, so dass nur ein geringer Auftrieb in der Anlage vorhanden ist.Maintenance work inside the facility is made possible by an outside elevator in each level through access. The levels are just above the rotors. Each level is walkable to work on the rotors and generators. During maintenance work, the system can be completely closed at the bottom so that there is little lift in the system.

Schaltschränke und Leitungen können wahlweise außerhalb wie innerhalb der Anlage installiert werden.Switch cabinets and cables can optionally be installed outside as well as inside the system.

Das gesamte System ist aufgrund dieser Bauart umweltfreundlicher, da anders als bei Anlagen mit außenangebrachten Rotoren geringere Geräusche erzeugt werden. Die an herkömmlichen Windkraftanlagen beanstandete optische Beeinträchtigung wird auf diese Weise weitestgehend reduziert. Ein weiterer Vorteil ist ein Schutz der Vogelwelt, da die Gefahr nicht mehr besteht, dass fliegende Vögel in den Bereich sich drehender Rotoren gelangen können. Ein unberechtigtes Betreten der Anlage wird durch die Sockelkonstruktion verhindert. Der Luftaustritt am oberen Ende des Mastes kann durch eine Vergitterung gesichert werden.The whole system is more environmentally friendly because of this design because it produces less noise unlike systems with externally mounted rotors. The objectionable to conventional wind turbines visual impairment is largely reduced in this way. Another advantage is the protection of birdlife, as there is no longer the danger that flying birds can reach the area of rotating rotors. An unauthorized entry of the system is prevented by the base construction. The air outlet at the top of the mast can be secured by grating.

Da auf außen angebrachte Rotoren keine Rücksicht genommen werden muss, kann der Mast zudem durch kreative, künstlerische oder werbewirksame Bemalung gestaltet werden. Auch eine Gestaltung mit rankenden Pflanzen ist hier als naturnah gegeben.As there is no need to pay attention to externally mounted rotors, the mast can also be designed with creative, artistic or promotional design. Also, a design with creeping plants is given here as close to nature.

Gewerbliche Anwendbarkeit der Erfindung:Industrial Applicability of the Invention:

Die Erfindung ist durch Unternehmen der Energiewirtschaft gewerblich anwendbar.The invention is industrially applicable by companies of the energy industry.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:Description of an embodiment:

Der Weg der Ausführung wird durch die beigefügte Zeichnung verdeutlicht.The way of execution is illustrated by the attached drawing.

Es zeigen

(1) die Stützpfeiler, auf denen der konisch geformte Mast aufgestellt ist
(2) die Lamellen, durch die der Lufteinlass erfolgt und die elektronisch regelbar sind, um auf diese Weise eine gleichmäßige Luftzufuhr zu gewährleisten
(3) die horizontal aufgehängten Rotoren nebst Rotorblättern
(4) den Generator (schematisch angedeutet)
(5) den konisch geformten sich von unten nach oben verjüngenden Mast
(6) den Schaltschrank mit Trafostation und Regeleinheit zur Steuerung der Lamellen (2)
(7) den Basisaufgang nebst Aufzugsschacht, der außen am Mast angebracht ist und in dem sich ein Aufzug befindet, von dem aus die einzelnen Ebenen erreicht werden, an denen die Rotoren angebracht sind

Show it

( 1 ) the pillars on which the conically shaped mast is placed
( 2 ) the fins, through which the air inlet takes place and which are electronically adjustable, in order to ensure a uniform air supply in this way
( 3 ) the horizontally suspended rotors together with rotor blades
( 4 ) the generator (schematically indicated)
( 5 ) the conically shaped mast tapering from bottom to top
( 6 ) the control cabinet with transformer station and control unit for controlling the slats ( 2 )
( 7 ) the basement lift and the elevator shaft, which is attached to the outside of the mast and in which there is an elevator, from which the individual levels are reached, where the rotors are mounted

Claims

Wind power plant for generating electrical energy by driving one or more rotors through their rotor blades, characterized in that the rotors are suspended horizontally inside a conically shaped mast which is open at the bottom and stands on supports, wherein the flow of air through electronically adjustable fins is controlled and the conical shape of the mast is generated by the higher air pressure in the lower part and the negative pressure in the upper part of an ascent of the air masses, which drives the rotor blades.