DE102016210446B4 - Energy storage for a wind turbine - Google Patents

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Abstract

Energiespeicher für eine Windkraftanlage zur Speicherung von Windenergie als potentielle Energie umfassend mindestens einen höhenbeweglichen Massekörper (1), eine arretierbare Hebevorrichtung (2), ein Getriebe (3), eine Antriebskupplung (5) und eine Abtriebskupplung (6), wobei das Getriebe (3) mit der Hebevorrichtung (2) so zusammenwirkt, dass eine über die Antriebskupplung (5) auf das Getriebe (3) übertragene Drehbewegung eines Rotors der Windkraftanlage in eine Aufwärtsbewegung des mindestens einen Massekörpers (1) übertragen wird und eine Abwärtsbewegung des mindestens einen Massekörpers (1) über die Abtriebskupplung (6) in eine Drehbewegung einer Generatorwelle (8) eines Generators (9) der Windkraftanlage übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die arretierbare Hebevorrichtung (2) eine mit dem Getriebe (3) koppelbare Seilspindel (2.2) zur Aufwicklung und Abwicklung eines mit dem mindestens einen Massekörper (1) verbundenen Zugseils (2.1) umfasst, wobei die Seilspindel (2.2) mittels eines lösbaren Gesperrs so arretierbar ist, dass entweder nur die Drehung in Abwickel-Drehrichtung oder die Drehung in beide Drehrichtungen gesperrt ist.Energy storage for a wind turbine for storing wind energy as potential energy comprising at least one vertically movable mass body (1), a lockable lifting device (2), a transmission (3), a drive clutch (5) and an output clutch (6), wherein the transmission (3 ) cooperates with the lifting device (2) such that a rotational movement of a rotor of the wind turbine transmitted via the drive coupling (5) to the transmission (3) is transmitted in an upward movement of the at least one mass body (1) and a downward movement of the at least one mass body ( 1) via the output coupling (6) in a rotary motion of a generator shaft (8) of a generator (9) of the wind turbine is transmitted, characterized in that the lockable lifting device (2) with the transmission (3) coupled cable spindle (2.2) for winding and processing a connected to the at least one mass body (1) pull rope (2.1), wherein the Seilsp indel (2.2) can be locked by means of a releasable lock so that either only the rotation in the unwinding direction of rotation or the rotation in both directions of rotation is locked.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher zur Speicherung von Windenergie als potentielle Energie.The invention relates to an energy storage device for storing wind energy as potential energy.

Aus dem Stand der Technik sind Energiespeicher bekannt, mit denen zeitveränderliche Unterschiede zwischen dem Angebot erzeugter Energie einerseits und einem momentanen Energiebedarf andererseits auszugleichen sind. Beispielsweise sind Verfahren bekannt, mit denen aus überschüssiger elektrischer Energie Wasserstoff gewonnen und gespeichert werden kann, der im Bedarfsfall mittels herkömmlicher Brennstoffzellen in elektrische Energie überführt werden kann.Energy stores are known from the prior art, with which time-varying differences between the supply of generated energy on the one hand and a current energy demand on the other hand are compensated. For example, methods are known with which excess energy can be recovered and stored from hydrogen, which can be converted into electrical energy by means of conventional fuel cells if necessary.

Das Dokument DE 10 2006 003 897 A1 beschreibt ein Speicherwindrad, bestehend aus einem Windrad, das über ein Hauptgetriebe und eine Kupplungswelle mit einem elektrischen Generator und mehreren, mechanischen Energiespeichern verbunden ist, und einem vorzugsweise elektronischen Lastregler zur Messung der Generatorbelastung, der Windstärke und der Windrichtung sowie einer Recheneinheit, wobei jeder Energiespeicher eine andere Größe aufweist.The document DE 10 2006 003 897 A1 describes a Speicherwindrad, consisting of a wind turbine, which is connected via a main gear and a clutch shaft with an electric generator and a plurality of mechanical energy storage, and a preferably electronic load controller for measuring the generator load, the wind force and the wind direction and a computing unit, each energy storage has a different size.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Energiespeicher zur Speicherung von Windenergie anzugeben, der baulich gut in eine Windkraftanlage integrierbar, wartungsarm sowie einfach, mit vergleichsweise geringen Sicherheitsvorkehrungen und statischen Anforderungen und kostengünstig herstellbar ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem überschüssige Windenergie in einem solchen Energiespeicher gespeichert und als elektrische Energie zurückgewonnen werden kann.The invention is based on the object to provide an energy storage device for storing wind energy, which can be integrated structurally well into a wind turbine, low maintenance and easy, with comparatively low safety precautions and static requirements and inexpensive to produce. The invention is further based on the object to provide a method with which excess wind energy can be stored in such an energy storage and recovered as electrical energy.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Energiespeichers erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved in terms of the energy storage according to the invention by the features specified in claim 1. The object is achieved with respect to the method according to the invention by the features specified in claim 5.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein Energiespeicher für eine Windkraftanlage zur Speicherung von Windenergie als potentielle Energie umfasst mindestens einen höhenbeweglichen Massekörper, eine arretierbare Hebevorrichtung, ein Getriebe, eine Antriebskupplung und eine Abtriebskupplung. Die Antriebskupplung überträgt schaltbar eine Drehbewegung eines Rotors einer Windkraftanlage auf das Getriebe. Das Getriebe wirkt mit der Hebevorrichtung so zusammen, dass die von der Antriebskupplung übertragene Drehbewegung des Rotors in eine Aufwärtsbewegung des mindestens einen höhenbeweglichen Massekörpers übersetzt wird.An energy storage device for a wind turbine for storing wind energy as potential energy comprises at least one height-adjustable mass body, a lockable lifting device, a transmission, a drive clutch and an output clutch. The drive clutch switchably transmits a rotary motion of a rotor of a wind turbine to the transmission. The transmission cooperates with the lifting device such that the rotational movement of the rotor transmitted by the drive coupling is translated into an upward movement of the at least one height-adjustable mass body.

Die Abtriebskupplung überträgt schaltbar eine Drehbewegung des Getriebes auf eine Generatorwelle, die einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. Das Getriebe wirkt mit der Hebevorrichtung so zusammen, dass eine Abwärtsbewegung des mindestens einen Massekörpers über die Abtriebskupplung in eine Drehbewegung der Generatorwelle übersetzt wird.The output clutch switchably transmits a rotational movement of the transmission to a generator shaft which drives a generator for generating electrical energy. The transmission cooperates with the lifting device such that a downward movement of the at least one mass body is translated via the output coupling into a rotational movement of the generator shaft.

In vorteilhafter Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher Windenergie in potentielle Energie umgewandelt und gespeichert werden, wenn das tatsächliche Angebot an Windenergie die Nachfrage an elektrischer Energie übersteigt, beispielsweise bei einem für einen Volllastbetrieb ausreichenden Windangebot während der Nachtstunden. Die gespeicherte potentielle Energie kann dann abgegeben werden, wenn elektrische Energie nachgefragt ist, ein Betrieb der Windkraftanlage mangels ausreichender Windgeschwindigkeit jedoch nicht oder nicht wirtschaftlich möglich ist. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher der Auslastungsgrad einer Windkraftanlage erhöht werden. Zudem können Lastspitzen im elektrischen Leitungsnetz sowohl bei der Einspeisung als auch bei der Entnahme von elektrischer Energie besser ausgeglichen werden. Gegenüber Energiespeichern aus dem Stand der Technik weist der erfindungsgemäße Energiespeicher den Vorteil auf, dass er Energie im Prinzip über beliebig lange Zeitspannen und verlustfrei speichern kann und einfach herstellbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass im Vergleich zu elektrochemischen Speicherverfahren wie beispielsweise der Wasserstofferzeugung keine oder nur vergleichsweise einfache Sicherheitsvorkehrungen erforderlich sind.Advantageously, with the energy store according to the invention, wind energy can be converted into potential energy and stored when the actual supply of wind energy exceeds the demand for electrical energy, for example during a nighttime wind supply sufficient for full-load operation. The stored potential energy can then be released when electrical energy is in demand, but an operation of the wind turbine is not or not economically possible for lack of sufficient wind speed. Thus, the utilization rate of a wind turbine can be increased with the energy storage device according to the invention. In addition, load peaks in the electrical supply network can be better compensated for both in the feed and in the removal of electrical energy. Compared with energy stores from the prior art, the energy storage device according to the invention has the advantage that it can store energy in principle over any length of time and without loss and is easy to produce. Another advantage is that compared to electrochemical storage methods such as hydrogen production no or only relatively simple safety precautions are required.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Massekörper aus Beton und/oder Gesteinsmaterial gefertigt. Die mittels eines Massekörpers speicherbare potentielle Energie ist proportional zum Gewicht des Massekörpers. Durch eine Ausführung in Beton und/oder eine Einlagerung von Gesteinsmaterial ist daher eine hohe Speicherkapazität des Energiespeichers bei zugleich kostengünstiger Herstellung erzielbar.In one embodiment of the invention, at least one mass body is made of concrete and / or rock material. The potential energy storable by means of a mass body is proportional to the weight of the mass body. By a design in concrete and / or storage of rock material, therefore, a high storage capacity of the energy storage at the same time cost-effective production can be achieved.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Gesamtmasse des mindestens einen Massekörpers über 100 Tonnen. Mit dieser Ausführungsform ist eine besonders hohe Speicherkapazität des Energiespeichers erzielbar.In one embodiment of the invention, the total mass of the at least one mass body is over 100 tons. With this embodiment, a particularly high storage capacity of the energy store can be achieved.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die arretierbare Hebevorrichtung eine Seilspindel, an der ein erstes Ende eines Zugseils befestigt ist. Am gegenüberliegenden zweiten Ende des Zugseils ist der Massekörper befestigt. Das Zugseil überträgt die Gewichtskraft des Massekörpers mindestens teilweise auf die Seilspindel. Durch Drehung der Seilspindel in eine Aufwickel-Drehrichtung wird das Zugseil auf die Seilspindel aufgewickelt und der Massekörper vom tragenden Untergrund, beispielsweise dem Erdboden, weg in die Höhe gehoben. Durch Drehung der Seilspindel in eine entgegengesetzte Abwickel-Drehrichtung wird das aufgewickelte Zugseil abgewickelt und der Massekörper zum Erdboden hin abgelassen.In one embodiment of the invention, the lockable lifting device comprises a cable spindle to which a first end of a pull cable is attached. At the opposite second end of the Pulling rope is attached to the mass body. The traction cable transmits the weight of the mass body at least partially on the cable spindle. By rotation of the cable spindle in a winding direction of rotation, the pull rope is wound onto the cable spindle and the mass body from the supporting ground, such as the ground, lifted away in the air. By rotation of the cable spindle in an opposite unwinding direction of rotation, the wound-up traction cable is unwound and the mass body discharged to the ground.

Die Seilspindel ist mit dem Getriebe koppelbar. Somit kann die Seilspindel zum Aufwickeln des Zugseils über das Getriebe bei eingekoppelter Antriebskupplung vom Rotor angetrieben werden. Beim Abwickeln des Zugseils kann die Seilspindel über das Getriebe bei eingekoppelter Abtriebskupplung den Generator antreiben. Eine Arretierung der Seilspindel kann mittels eines lösbaren Gesperrs erfolgen, das entweder nur die Drehung in Abwickel-Drehrichtung oder aber in beide Drehrichtungen sperrt. Wird die Drehung der Seilspindel in eine gewisse Drehrichtung gewünscht, beispielsweise in Abwickel-Drehrichtung zum Absenken des Massekörpers am Zugseil, so wird das Gesperr entsprechend gelöst. Ein Gesperr kann beispielsweise als Sperrrad mit asymmetrischen Zahnflanken ausgebildet sein, welches auf der Seilspindel angeordnet ist und in welches eine drehbar gelagerte Sperrklinke eingreift.The cable spindle can be coupled to the gearbox. Thus, the cable spindle for winding the traction cable can be driven via the gearbox with coupled drive coupling from the rotor. When unwinding the pull rope, the cable spindle can drive the generator via the gearbox with coupled output coupling. A locking of the cable spindle can be done by means of a releasable lock that blocks either only the rotation in the unwinding direction or in both directions of rotation. If the rotation of the cable spindle is desired in a certain direction of rotation, for example in the unwinding direction of rotation for lowering the mass body on the pull rope, the catch is released accordingly. A ratchet can for example be designed as a ratchet wheel with asymmetrical tooth flanks, which is arranged on the cable spindle and in which engages a rotatably mounted pawl.

Das Zugseil kann mit dem Massekörper direkt oder beispielsweise über ein Rollensystem in der Art eines Flaschenzugs verbunden sein.The traction cable can be connected to the mass body directly or for example via a roller system in the manner of a pulley.

Vorteile dieser Ausführungsform sind die einfache Konstruktion der Hebevorrichtung und die Möglichkeit, den Massekörper und das Getriebe nahezu unabhängig voneinander anzuordnen.Advantages of this embodiment are the simple construction of the lifting device and the ability to arrange the mass body and the transmission almost independently.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist für Windkraftanlagen vorgesehen, die auf Tragwerken angeordnet sind. Dem Fachmann sind derartige Tragwerke bekannt, insbesondere als Betontürme ausgebildete Tragwerke, die in einer Längsrichtung über einem tragfähigen Untergrund aufragend errichtet sind. Am oberen, aufragenden Ende sind der Rotor und der Generator einer solchen Windkraftanlage angeordnet.An embodiment of the invention is provided for wind turbines, which are arranged on structures. The person skilled in such structures are known, in particular designed as a concrete towers structures that are erected towering in a longitudinal direction on a stable ground. At the upper, towering end of the rotor and the generator of such a wind turbine are arranged.

Bei dieser Ausführungsform ist der Massekörper im Inneren des Tragwerks der Windkraftanlage so angeordnet, dass die über das Zugseil übertragene Gewichtskraft des Massekörpers mindestens teilweise auf das Tragwerk zur Vorspannung in dessen Längsrichtung aufgeprägt wird. In vorteilhafter Weise kann dadurch das Zugseil im Zusammenwirken mit dem schweren Massekörper die Funktion von Spannlitzen, beispielsweise zur Vorspannung eines Betonturms, mindestens teilweise übernehmen. Somit ist eine stärkere statische Auslegung eines solchen Betonturms bei dieser Ausführungsform der Erfindung unnötig. In this embodiment, the mass body is arranged in the interior of the structure of the wind turbine so that the force transmitted via the pull rope weight of the mass body is at least partially impressed on the structure for bias in the longitudinal direction. In an advantageous manner, the traction cable in cooperation with the heavy mass body, the function of tension strands, for example, for biasing a concrete tower, at least partially take over. Thus, a stronger static design of such a concrete tower in this embodiment of the invention is unnecessary.

Bei einem Verfahren zur Speicherung von Windenergie als potentielle Energie mit einem der vorangehend beschriebenen Energiespeicher wird der mindestens eine Massekörper bei geschlossener Antriebskupplung und gelöster Abtriebskupplung unter Zunahme potentieller Energie mittels der arretierbaren Hebevorrichtung aufwärts bewegt. Dadurch nimmt die potentielle Energie des mindestens einen Massekörpers zu, indem der arretierbaren Hebevorrichtung über die Antriebskupplung und das Getriebe die auf den Rotor der Windkraftanlage einwirkende Windkraft zugeführt und zur Aufwärtsbewegung genutzt wird.In a method for storing wind energy as potential energy with one of the above-described energy storage, the at least one mass body is moved upwards with the drive coupling and the driven clutch disconnected while increasing potential energy by means of the lockable lifting device. As a result, the potential energy of the at least one mass body increases by the lockable lifting device is supplied via the drive clutch and the gearbox acting on the rotor of the wind turbine wind energy and used for upward movement.

Bei gelöster Antriebskupplung und gelöster Abtriebskupplung wird die Hebevorrichtung arretiert. Dadurch behält der mindestens eine Massekörper seine Höhenlage und somit seine potentielle Energie bei.When the drive clutch is released and the output clutch is released, the lifting device is locked. As a result, the at least one mass body retains its altitude and thus its potential energy.

Bei gelöster Antriebskupplung und geschlossener Abtriebskupplung wird die arretierbare Hebevorrichtung entriegelt, so dass sich der mindestens eine Massekörper unter dem Einfluss der Schwerkraft abwärts bewegt. Über das Getriebe und die Abtriebskupplung wird die Abwärtsbewegung des mindestens einen Massekörpers an den Generator der Windkraftanlage übertragen und somit die gespeicherte potentielle Energie in elektrische Energie umgewandelt.When the drive clutch and the driven output clutch are released, the lockable lifting device is unlocked, so that the at least one mass body moves downward under the influence of gravity. About the transmission and the output coupling, the downward movement of the at least one mass body is transmitted to the generator of the wind turbine and thus converted the stored potential energy into electrical energy.

In vorteilhafter Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher Windenergie in potentielle Energie umgewandelt und gespeichert werden, wenn das tatsächliche Angebot an Windenergie die Nachfrage an elektrischer Energie übersteigt, beispielsweise bei einem für einen Volllastbetrieb ausreichenden Windangebot während der Nachtstunden.Advantageously, with the energy store according to the invention, wind energy can be converted into potential energy and stored when the actual supply of wind energy exceeds the demand for electrical energy, for example during a nighttime wind supply sufficient for full-load operation.

Die potentielle Energie kann dann abgegeben werden, wenn elektrische Energie nachgefragt ist, ein Betrieb der Windkraftanlage mangels ausreichender Windgeschwindigkeit jedoch nicht oder nicht wirtschaftlich möglich ist. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher der Auslastungsgrad einer Windkraftanlage erhöht werden. Zudem können Lastspitzen im elektrischen Leitungsnetz sowohl bei der Einspeisung als auch bei der Entnahme von elektrischer Energie besser ausgeglichen werden. Die Speicherung der potentiellen Energie kann beliebig lange und ohne Verluste erfolgen.The potential energy can then be released when electrical energy is in demand, but an operation of the wind turbine is not or not economically possible for lack of sufficient wind speed. Thus, the utilization rate of a wind turbine can be increased with the energy storage device according to the invention. In addition, load peaks in the electrical supply network can be better compensated for both in the feed and in the removal of electrical energy. The storage of the potential energy can take place arbitrarily long and without losses.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.

Darin zeigt:

  • 1 schematisch einen Energiespeicher für eine Windkraftanlage.
It shows:
  • 1 schematically an energy storage for a wind turbine.

1 zeigt schematisch einen Energiespeicher für eine Windkraftanlage, die auf einem tragenden Untergrund B, beispielsweise dem Erdboden oder dem Meeresboden, errichtet ist. 1 schematically shows an energy storage device for a wind turbine, which on a supporting surface B , for example, the ground or the seabed, is erected.

Der Energiespeicher umfasst einen Massekörper 1, der an einem Zugseil 2.1 über dem Untergrund B hängt. Das Zugseil 2.1 ist auf eine Seilspindel 2.2 aufwickelbar und bildet mit dieser eine Hebevorrichtung 2. Durch Aufwickeln des Zugseils 2.1 auf die Seilspindel 2.2 wird der Massekörper 1 entlang einer Aufwärtsrichtung L vom Untergrund B weg emporgehoben. Dabei gewinnt der Massekörper 1 potentielle Energie, der Energiespeicher wird somit geladen. Durch Abwickeln des Zugseils 2.1 von der Seilspindel 2.2 wird der Massekörper entlang einer Abwärtsrichtung E zum Untergrund B hin abgesenkt. Dabei nimmt die potentielle Energie des Massekörpers 1 ab, der Energiespeicher wird somit entladen.The energy store comprises a mass body 1 who is on a pull rope 2.1 above the ground B hangs. The rope 2.1 is on a rope spindle 2.2 windable and forms with this a lifting device 2 , By winding the pull rope 2.1 on the rope spindle 2.2 becomes the mass body 1 along an upward direction L from the underground B lifted away. The mass body wins 1 potential energy, the energy storage is thus charged. By unwinding the pull rope 2.1 from the rope spindle 2.2 becomes the mass body along a downward direction e to the underground B lowered down. At the same time, the potential energy of the mass body decreases 1 from, the energy storage is thus discharged.

Das Zugseil 2.1 wird durch Rotation der Seilspindel 2.2 aufgewickelt oder abgewickelt. Die Rotation der Seilspindel 2.2 wird über ein Getriebe 3 in eine korrespondierende Rotation einer Welle 4 übersetzt. Das Getriebe 3 ist vorliegend als Stirnradgetriebe ausgebildet, dem Fachmann sind aber auch andere Bauformen von Getrieben zur Übersetzung einer Rotation der Welle 4 in eine Rotation der Seilspindel 2.2 bekannt, etwa Kegelradgetriebe oder Kettengetriebe.The rope 2.1 is by rotation of the cable spindle 2.2 wound up or wound up. The rotation of the rope spindle 2.2 is about a gearbox 3 in a corresponding rotation of a wave 4 translated. The gear 3 is presently designed as a spur gear, but those skilled in the art are other types of transmissions to translate a rotation of the shaft 4 in a rotation of the cable spindle 2.2 known, such as bevel gear or chain transmission.

Die Seilspindel 2.2 und/oder das Getriebe 3 weisen/weist eine nicht näher dargestellte lösbare Arretiervorrichtung auf, mit der die Seilspindel 2.2 gegen ein Abwickeln gesperrt werden kann. Derartige Arretiervorrichtungen sind dem Fachmann beispielsweise als Gesperr bekannt, bei dem eine Sperrklinke in ein Sperrrad eingreift, das auf der Seilspindel 2.2 und/oder auf einer Welle des Getriebes 3 sitzt.The rope spindle 2.2 and / or the transmission 3 have / has a releasable locking device, not shown, with which the cable spindle 2.2 can be locked against unwinding. Such locking devices are known to those skilled in the art, for example, as a lock, in which a pawl engages in a ratchet wheel, which on the cable spindle 2.2 and / or on a shaft of the transmission 3 sitting.

Beidseits der Welle 4 sind Kupplungen 5, 6 angeordnet. Mittels einer Antriebskupplung 5 kann die Welle 4 mit der Rotorwelle 7 gekoppelt werden, welche die Drehbewegung des nicht näher dargestellten Rotors der Windkraftanlage überträgt. Mit der Abtriebskupplung 6 kann die Welle 4 mit der Generatorwelle 8 gekoppelt werden, die den Generator 9 der Windkraftanlage antreibt.Both sides of the wave 4 are couplings 5 . 6 arranged. By means of a drive coupling 5 can the wave 4 with the rotor shaft 7 be coupled, which transmits the rotational movement of the rotor of the wind turbine, not shown. With the output coupling 6 can the wave 4 with the generator shaft 8th be coupled to the generator 9 the wind turbine drives.

Übersteigt die aus der Windkraft gewinnbare Energie den momentanen Bedarf an elektrischer Energie, wird der Energiespeicher aufgeladen. Hierzu wird die Welle 4 mittels der Antriebskupplung 5 mit der Rotorwelle 7 verbunden und von der Generatorwelle 8 mittels der Abtriebskupplung 6 gelöst. Über das Getriebe 3 wird die Drehbewegung der Rotorwelle 7 in eine Drehbewegung der Seilspindel 2.2 übertragen und somit das Zugseil 2.1 auf die Seilspindel 2.2 aufgewickelt. Dabei wird der Massekörper 1 entlang der Aufwärtsrichtung L emporgehoben und gewinnt an potentieller Energie.If the energy recoverable from the wind power exceeds the current demand for electrical energy, the energy store is charged. This is the shaft 4 by means of the drive coupling 5 with the rotor shaft 7 connected and from the generator shaft 8th by means of the output coupling 6 solved. About the transmission 3 becomes the rotary motion of the rotor shaft 7 in a rotational movement of the cable spindle 2.2 transferred and thus the pull rope 2.1 on the rope spindle 2.2 wound. This is the mass body 1 along the upward direction L uplifted and gaining potential energy.

Sobald erneut elektrische Energie benötigt wird oder eine vorbestimmte maximale Anhebung des Massekörpers 1 erreicht ist, wird die Antriebskupplung 5 gelöst und die Aufwärtsbewegung des Massekörpers 1 gestoppt. Das Gesperr an der Seilspindel 2.2 und/oder am Getriebe 3 verhindert die Abwärtsbewegung des Massekörpers 1.Once again electrical energy is needed or a predetermined maximum increase in the mass body 1 is reached, the drive clutch 5 solved and the upward movement of the mass body 1 stopped. The lock on the cable spindle 2.2 and / or on the gearbox 3 prevents the downward movement of the mass body 1 ,

Wenn elektrische Energie benötigt wird, ohne dass diese ausreichend aus momentan verfügbarer Windkraft gewinnbar ist, wird der Energiespeicher entladen. Hierzu wird die Welle 4 mittels der Abtriebskupplung 6 mit der Generatorwelle 8 verbunden und mittels der Antriebskupplung 5 von der Rotorwelle 7 gelöst. Zugleich wird das Gesperr an der Seilspindel 2.2 und/oder am Getriebe 3 gelöst. Durch Wirkung der Gewichtskraft des Massekörpers 1 wird das Zugseil 2.1 von der Seilspindel 2.2 abgewickelt. Die Drehbewegung der Seilspindel 2.2 wird über das Getriebe 3 auf die Welle 4 und von dort über die Abtriebskupplung 6 auf die Generatorwelle 8 übertragen. Dadurch wird der Generator 9 angetrieben und erzeugt elektrische Energie.If electrical energy is needed without it being sufficiently recoverable from currently available wind power, the energy storage is discharged. This is the shaft 4 by means of the output coupling 6 with the generator shaft 8th connected and by means of the drive coupling 5 from the rotor shaft 7 solved. At the same time, the lock on the cable spindle 2.2 and / or on the gearbox 3 solved. By effect of the weight of the mass body 1 becomes the pull rope 2.1 from the rope spindle 2.2 settled. The rotational movement of the cable spindle 2.2 is about the gearbox 3 on the wave 4 and from there via the output clutch 6 on the generator shaft 8th transfer. This will be the generator 9 powered and generates electrical energy.

Sobald die benötigte Energie wieder aus Windkraft gewinnbar ist oder eine vorbestimmte maximale Absenkung des Massekörpers erreicht ist, wird die Abtriebskupplung 6 gelöst und das Gesperr an der Seilspindel 2.2 und/oder am Getriebe 3 gesperrt und damit die Abwärtsbewegung des Massekörpers 1 gestoppt.Once the required energy is recoverable from wind power or a predetermined maximum lowering of the mass body is reached, the output clutch 6 solved and the ratchet on the rope spindle 2.2 and / or on the gearbox 3 locked and thus the downward movement of the mass body 1 stopped.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Massekörpermass body
22
Hebevorrichtunghoist
2.12.1
Zugseilrope
2.22.2
Seilspindelrope spindle
33
Getriebetransmission
44
Wellewave
55
Antriebskupplung, KupplungDrive coupling, coupling
66
Abtriebskupplung, KupplungOutput coupling, coupling
77
Rotorwellerotor shaft
88th
Generatorwellegenerator shaft
99
Generator generator
BB
Untergrundunderground
LL
Aufwärtsrichtunguplink
Ee
Abwärtsrichtungdownward direction

Claims (5)

Energiespeicher für eine Windkraftanlage zur Speicherung von Windenergie als potentielle Energie umfassend mindestens einen höhenbeweglichen Massekörper (1), eine arretierbare Hebevorrichtung (2), ein Getriebe (3), eine Antriebskupplung (5) und eine Abtriebskupplung (6), wobei das Getriebe (3) mit der Hebevorrichtung (2) so zusammenwirkt, dass eine über die Antriebskupplung (5) auf das Getriebe (3) übertragene Drehbewegung eines Rotors der Windkraftanlage in eine Aufwärtsbewegung des mindestens einen Massekörpers (1) übertragen wird und eine Abwärtsbewegung des mindestens einen Massekörpers (1) über die Abtriebskupplung (6) in eine Drehbewegung einer Generatorwelle (8) eines Generators (9) der Windkraftanlage übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die arretierbare Hebevorrichtung (2) eine mit dem Getriebe (3) koppelbare Seilspindel (2.2) zur Aufwicklung und Abwicklung eines mit dem mindestens einen Massekörper (1) verbundenen Zugseils (2.1) umfasst, wobei die Seilspindel (2.2) mittels eines lösbaren Gesperrs so arretierbar ist, dass entweder nur die Drehung in Abwickel-Drehrichtung oder die Drehung in beide Drehrichtungen gesperrt ist.Energy storage for a wind turbine for storing wind energy as potential energy comprising at least one vertically movable mass body (1), a lockable lifting device (2), a transmission (3), a drive clutch (5) and an output clutch (6), wherein the transmission (3 ) cooperates with the lifting device (2) such that a rotational movement of a rotor of the wind turbine transmitted via the drive coupling (5) to the transmission (3) is transmitted in an upward movement of the at least one mass body (1) and a downward movement of the at least one mass body ( 1) via the output coupling (6) in a rotary motion of a generator shaft (8) of a generator (9) of the wind turbine is transmitted, characterized in that the lockable lifting device (2) with the transmission (3) coupled cable spindle (2.2) for winding and unwinding of a to the at least one mass body (1) connected to pull rope (2.1), wherein the cables Pindel (2.2) by means of a releasable lock can be locked so that either only the rotation in the unwinding direction or the rotation is locked in both directions of rotation. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massekörper (1) aus Beton und/oder Gesteinsmaterial gefertigt ist.Energy storage after Claim 1 , characterized in that a mass body (1) made of concrete and / or rock material is made. Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmasse des mindestens einen Massekörpers (1) über 100 Tonnen beträgt.Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the total mass of the at least one mass body (1) is over 100 tons. Energiespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Massekörper (1) im Inneren eines Tragwerks der Windkraftanlage angeordnet ist und die Gewichtskraft des Massekörpers (1) über das Zugseil (2.1) mindestens teilweise auf das Tragwerk zur Vorspannung in Längsrichtung aufgeprägt wird.Energy storage after Claim 3 , characterized in that the mass body (1) is arranged in the interior of a supporting structure of the wind turbine and the weight of the mass body (1) via the traction cable (2.1) is at least partially impressed on the supporting structure for prestressing in the longitudinal direction. Verfahren zur Speicherung von Windenergie als potentielle Energie mit einem Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Massekörper (1) bei geschlossener Antriebskupplung (5) und gelöster Abtriebskupplung (6) unter Zunahme potentieller Energie aufwärts bewegt wird, bei gelöster Antriebskupplung (5) und gelöster Abtriebskupplung (6) unter Beibehaltung der potentiellen Energie arretiert wird und bei gelöster Antriebskupplung (5) und geschlossener Abtriebskupplung (6) unter Abgabe potentieller Energie abwärts bewegt wird.Method for storing wind energy as potential energy with an energy storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one mass body (1) is moved upwards with increase in potential energy when the drive coupling (5) and the driven output coupling (6) are released Drive clutch (5) and dissolved output clutch (6) is locked while maintaining the potential energy and is moved down with release of the drive clutch (5) and closed output clutch (6) while releasing potential energy.
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