DE102016015607A1

DE102016015607A1 - Windkraftanlage mit Anwendung von linearen Turbinen

Info

Publication number: DE102016015607A1
Application number: DE102016015607.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: MILOSIU JOHANN MARIUS
Current assignee: MILOSIU JOHANN MARIUS
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2018-06-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine hocheffiziente Erzeugung von elektrischer Energie mittels Windkraft und benutzt dabei eine turmartige Konstruktion, die mehrere drehbar angebrachte Zeilen von linearen Turbinen befindlich in rechteckigen Gehäusen in übereinander plazierten Ebenen aufweist, wobei die Elektrogeneratoren nach einem speziellen Schema zusammengeschaltet werden, dergestalt, dass für die Netzeinspeisung drei vollwertige Phasen für ein Drehstromsystem gebildet werden. Es gibt, voneinander isolierte elektronische Wandler für jede Phase einer jeweiligen Turbinenzeile welche auf die Frequenz des nationalen Netzes getaktet werden.Eine Sensorüberwachung für Wind und gelieferte Leistung gekoppelt mit einer elektronischen Steuerung ermöglicht die Steuerung von Öffnungs- und Schließumlenkern, die den Windzugang zu den Turbinen nach Bedarf regeln und auch im Sturmfalle den Windzugang stark drosseln, um die Turbinen von Überbelastung zu schützen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage, die eine größere Anzahl von linearen Turbinen zur Umwandlung der Windenergie in elektrischer Energie enthält.
Geräte mit denen man die Windenergie in elektrische Energie umwandelt sind bekannt. Dabei spielen die großen Windgeneratoren mit axialen Windrädern und mit großer Spannbreite eine herausragende Rolle. Diese haben alle einen großen Nachteil: die Energieausbeute reduziert sich auf die Übernahme einer geringfügigen Menge der Energie, die der Wind auf der Kreisfläche der Spannbreite zur Verfügung stellt. Daraus resultieren weitere Nachteile: um große Energiemengen zu produzieren, müssen die Spannbreiten dieser Windräder enorme Ausmaße annehmen, was diese Art von Geräten unnötig verteuert und außerdem ist der Betrieb solcher Räder mit starken Betriebsgeräuschen verbunden, was sie für die Ansiedlung im bewohntem Gebiet fraglich macht.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, einen Verbund von relativ kleinen Windgeneratoren für die Energieumwandlung Wind / Elektrizität zu bilden, so dass beliebig große Energiemengen produziert werden können.
Viele, wie im Patent DE 10 2016 003 249 und im Patent DE 10 2016 010 416 beschriebene lineare Turbinen werden für die erfindungsgemäße Großwindkraftanlage eingesetzt.
Gelöst wird die Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung indem eine turmartige Konstruktion mehrere drehbar angebrachte Zeilen von Turbinen in übereinander plazierten Ebenen aufweist, wobei die Elektrogeneratoren nach einem speziellen Schema zusammengeschaltet werden, dergestalt, dass für die Netzeinspeisung drei vollwertige Phasen für ein Drehstromsystem gebildet werden. Eine Sensorüberwachung für Wind und gelieferten Leistung gekoppelt mit einer elektronischen Steuerung ermöglicht die Steuerung von Öffnungs- und Schließumlenker, die den Windzugang zu den Turbinen nach Bedarf regeln.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Windkraftanlage ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
Es zeigt:

1 Schnitt B-B (Querschnitt) durch die Windkraftanlage
2 Schnitt A-A (Längsschnitt) durch die Windkraftanlage
3 Elektrisches Schaltbild der Phasen

Die erfindungsgemäße Windkraftanlage mit Anwendung vieler Turbinen weist eine Anzahl von linearen Turbinen Ti1, Ti2, ... , Tin, welche je einen gleichen rechteckigen Rahmengehäuse 3 haben, gezielt gruppiert als Turbinenzeilen Z1, Z2, ..., Zj, ..., Zm zur optimalen Windausnutzung im Wind 1 sind, dergestalt dass die Turbinenzeile Zj durch entsprechende kontinuierliche Ausrichtung immer dieselbe breite Seite dem Wind 1 zeigen.
Dabei sind die Antriebswellen 4 der Turbinen Ti1, Ti2, ... ,Tin zugehörig zu einer jeweiligen Turbinenzeile Zj (wobei j = 1, 2, ... , m) mechanisch starr gekoppelt und sie sind an einem Ende dieser Zeile mittels Zahnriemenübertragung mit Zahnriemen 5, Zahnriemenrad 6, befestigt außen an dem Ende der Antriebswelle 4 und Zahnrad 7, befestigt auf der Antriebswelle eines Elektrogenerators 8, der dadurch angetrieben wird.
Dabei geht die produzierte elektrische Energie aufgeteilt in drei gleichen und voneinander isolierten Größen und umgewandelt in Drehstrom durch sechs isolierte Leiter 9 mittels Kontakt-Bürsten 10, welche starr an den Turbinenzeilen Zj mittels Verstrebungen befestigt sind, an sechs Schleifringen 11 pro Turbinenzeile, dergestalt das jeweils zwei der Schleifringe 11 einer der Phasen des Drehstromsystems zugeordnet sind. Diese sind isoliert auf dem Zentralrohr 12 angebracht und durch isolierte Leiter 13 mit den entsprechenden Schleifringen 11 der benachbarten Turbinenzeilen Zj-1, Zj+1 verbunden, dergestalt, dass die gleichen Phasen der jeweiligen Turbinenzeile Z1, Z2, ... Zj, ... , Zm in Serie geschalten sind, so dass eine Addition der Spannungen der jeweiligen synchronen Drehstromphase stattfindet, welche dann an den Enden, also zwischen Zeile Z1 und Zeile Zm durch Querverbindungen zwischen den Phasen verbunden sind und das Dreieck des Drehstromsystems dadurch entsteht, welches die drei Anwenderspannungen durch isolierte Kabel 14 für die Übertragung ins nationale Netz - Anschlüsse U, V, W für Dreieck-Schaltung der Phasen Ph1, Ph2, Ph3 - verfügbar macht, wobei alle elektronischen Wandler 15 derselben Phase befindlich in jeder der Turbinenzeilen Z1, ... , Zm bezogen auf die Frequenz des nationalen Netzes getaktet werden. Eine Anwendung der Stern-Schaltung der Phasen ist ebenfalls möglich.
Dabei sind starre Balken 16, 17 Querstreben 18, 19 für die jeweilige Befestigung der jeweiligen Turbinenzeile Zj von Turbinen Ti vorgesehen, wobei die Balken 16, 17 mit Rollen 22, 23 versehen sind, die in je einer oberen und in einer unteren kreisförmigen Führungsschiene 24 sich bewegen können und zwar so, dass die ganze jeweilige Zeile Zj von Turbinen Ti sich um das Zentralrohr 12 bewegen kann und sich so orientieren, dass der Wind 1 stets die jeweilige Zeile Zj von Turbinen Ti von vorne beaufschlagt, wobei das Zentralrohr 12 starr befestigt ist an den Plattformen 31.
Je zwei seitliche Umlenker 25, 26 mit der Höhe gleich der Höhe der Turbine Ti-j sind drehbar an den äußeren vertikalen Enden der äußersten Turbinen der Zeile Zj befestigt, dergestalt, dass die ganze Fläche zwischen den äußeren Enden der Umlenker 25, 26 den Wind 1 auf die etwas kleineren Fläche zwischen den äußeren Turbinen T1, ..., Tn der jeweiligen Zeile Zj konzentrieren. Die jeweiligen-Führungsschienen 24 werden von einer geeigneten Anzahl von horizontalen Balkenverstrebungen 28 gehalten, welche zusammen mit Bodenblechen 29, 30 eine starre Plattform 31 bilden, wobei eine geeignete Anzahl von vertikalen und schrägen Balken 36, 37 die benachbarten Plattformen 31 zum Zwecke der Festigkeitserhöhung miteinander verbinden, wobei sowohl die Plattformen 31 als auch die horizontalen Balkenverstrebungen 28 mit Holmen 32, 33, 34, 35 verbunden sind und bilden eine turmartige Konstruktion.
Die Holme 32, 33, 34 35 setzen sich weiter unterhalb der untersten Plattform 31 fort, dergestalt, dass sie bis zum Boden reichen und darin festverankert sind, wobei die Höhe dieser Turbinen freie Zone davon abhängig ist, ab welcher Höhe über den Boden ausreichend gute Windverhältnisse herrschen und wobei geeignete Verstärkungsstreben 45 in einer ähnlicher Art wie bei einem Hochspannung - Strommast zwischen den Holmen 32, 33, 34 35 plaziert sind, um die notwendige Festigkeit der Konstruktion zu sichern.
Die Umlenker 25, 26 zugehörig der jeweiligen Zeile Zj auf etwa halber Höhe und in etwa in der Mitte sind drehbar mit je einem hydraulischen Kolben 36, 37 verbunden, welche einem jeweiligen hydraulischen Zylinder 38, 39 angehören, welche ebenfalls in etwa halber Höhe an die Mitte der jeweiligen Turbinenzeile Zj drehbar befestigt sind, wobei durch Füllen und Entleeren des jeweiligen hydraulischen Zylinders der Öffnungswinkel der Umlenker 25, 26 nach Bedarf eingestellt werden kann.
Eine elektronische Steuerung 40 gekoppelt mit einem Sensor zur Messung der Windgeschwindigkeit 41 bewerkstelligt eine teilweise oder komplette Schließung oder Öffnung des Windzugangs zu den Turbinen mit Hilfe von gesteuerten Flüssigkeitspumpen 42j - je eine pro Zeile Zj - und zwar davon abhängig welche Leistung ins nationale Netz eingespeist werden soll, wofür weitere Sensoren 43 zur Erfassung der gelieferten Spannung und des Stroms die Lastsituation wiedergeben.
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 102016003249 [0004]
DE 102016010416 [0004]

Claims

Windkraftanlage mit Anwendung vieler linearenTurbinen dadurch gekennzeichnet, dass die linearen Turbinen (Ti1, Ti2, ... , Tin), welche je einen gleichen rechteckigen Rahmengehäuse (3) haben, gezielt gruppiert als Turbinenzeilen (Z1, Z2, ..., Zj, ..., Zm) zur optimalen Windausnutzung im Wind (1) sind, dergestalt dass die Turbinenzeile (Zj) durch entsprechende kontinuierliche Ausrichtung immer dieselbe breite Seite dem Wind (1) zeigen, i. wobei die Antriebswellen (4) der Turbinen (Ti1, Ti2, ... ,Tin) zugehörig zu einer jeweiligen Turbinenzeile (Zj) (wobei j = 1, 2, ... , m) mechanisch starr gekoppelt sind und an einem Ende dieser Zeile mittels Zahnriemenübertragung mit Zahnriemen (5), Zahnriemenrad (6), befestigt außen an dem Ende der Antriebswelle (4) und Zahnrad (7), befestigt auf der Antriebswelle eines Elektrogenerators (8) sind, der dadurch angetrieben wird; ii. wobei die produzierte elektrische Energie aufgeteilt in drei gleichen und voneinander isolierten Größen und umgewandelt in Drehstrom durch sechs isolierte Leiter (9) mittels Kontakt-Bürsten (10), welche starr an den Turbinenzeilen (Zj) mittels Verstrebungen (44) befestigt sind, an sechs Schleifringe (11) pro Turbinenzeile geht, dergestalt das jeweils zwei der Schleifringen (11) einer der Phasen des Drehstromsystems zugeordnet sind, wobei diese isoliert auf dem Zentralrohr (12) angebracht sind und durch isolierte Leiter (13) mit den entsprechenden Schleifringen (11) der benachbarten Turbinenzeilen (Zj-1, Zj+1) verbunden sind, dergestalt, dass die gleichen Phasen der jeweiligen Turbinenzeile (Z1, Z2, ... Zj, ... , Zm) in Serie geschalten sind, so dass eine Addition der Spannungen der jeweiligen synchronen Drehstromphase stattfindet, welche dann an den Enden, also zwischen Zeile (Z1) und Zeile (Zm) durch Querverbindungen zwischen den Phasen verbunden sind und das Dreieck des Drehstromsystems dadurch entsteht, welches die drei Anwenderspannungen durch isolierte Kabel (14) für die Übertragung ins nationale Netz- Anschlüsse (U, V, W) für Dreieck-Schaltung der Phasen (Ph1, Ph2, Ph3) - verfügbar macht, wobei alle elektronischen Wandler (15) derselben Phase befindlich in jeder der Turbinenzeilen (Z1, ... , Zm) bezogen auf die Frequenz des nationalen Netzes getaktet werden, wobei eine Stern-Schaltung der Phasen ebenfalls möglich ist; iii. wobei starre Balken (16, 17) Querstreben (18, 19) die jeweilige Turbinenzeile (Zj) von Turbinen (Ti) befestigt, wobei die Balken (16, 17) mit Rollen (22, 23) versehen sind, die in je einer oberen und in einer unteren kreisförmigen Führungsschiene (24) sich bewegen können und zwar so, dass die ganze jeweilige Zeile (Zj) von Turbinen (Ti) sich um das Zentralrohr (12) bewegen kann und sich so orientieren, dass der Wind (1) stets die jeweilige Zeile (Zj) von Turbinen (Ti) von vorne beaufschlagt, wobei zwei seitliche Umlenker (25, 26) mit der Höhe gleich der Höhe der Turbine (Ti-j) drehbar an den äußeren vertikalen Enden der äußersten Turbinen der Zeile (Zj) befestigt sind, dergestalt, dass die ganze Fläche zwischen den äußeren Enden der Umlenker (25, 26) den Wind (1) auf die etwas kleineren Fläche zwischen den äußeren Turbinen (T1, ..., Tn) der jeweiligen Zeile (Zj) konzentrieren, wobei die jeweiligen Führungsschienen (24) von einer geeigneten Anzahl von horizontalen Balkenverstrebungen (28) gehalten werden, welche zusammen mit Bodenblechen (29, 30) eine starre Plattform (31) bilden, wobei eine geeignete Anzahl von vertikalen und schrägen Balken (36, 37) die benachbarten Plattformen (31) zum Zwecke der Festigkeitserhöhung miteinander verbinden, wobei sowohl die Plattformen (31) als auch die horizontalen Balkenverstrebungen ((28) mit Holmen (32, 33, 34, 35) verbunden sind und bilden eine turmartige Konstruktion; iv. wobei die Holme (32, 33, 34 35) weiter unterhalb der untersten Plattform (31) sich fortsetzen, dergestalt, dass sie bis zum Boden reichen und darin festverankert sind, wobei die Höhe dieser Turbinen freie Zone davon abhängig ist, ab welcher Höhe über den Boden ausreichend gute Windverhältnisse herrschen und wobei geeignete Verstärkungsstreben (45) in einer ähnlicher Art wie bei einem Hochspannung - Strommast zwischen den Holmen (32, 33, 34 35) plaziert sind, um die notwendige Festigkeit der Konstruktion zu sichern.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass i. die Umlenker (25, 26) zugehörig der jeweiligen Zeile (Zj) auf etwa halber Höhe und etwa in der Mitte drehbar mit je einem hydraulischen Kolben (36, 37) verbunden sind, welche einem jeweiligen hydraulischen Zylinder (38, 39) angehören, welche ebenfalls in etwa halber Höhe an die Mitte der jeweiligen Turbinenzeile (Zj) drehbar befestigt sind, wobei durch Füllen und Entleeren des jeweiligen hydraulischen Zylinders der Öffnungswinkel der Umlenker (25, 26) nach Bedarf eingestellt werden kann; ii. wobei eine elektronische Steuerung (40) gekoppelt mit einem Sensor zur Messung der Windgeschwindigkeit (41) eine teilweise oder komplette Schließung oder Öffnung des Windzugangs mit Hilfe von gesteuerten Flüssigkeitspumpen (42j) - je eine pro Zeile (Zj) - bewerkstelligt und zwar davon abhängig welche Leistung ins nationale Netz eingespeist werden soll, wofür weitere Sensoren (43) zur Erfassung der gelieferten Spannung und des Stroms die Lastsituation wiedergeben.