DE102017125415B3 - Windenergieanlage mit CO2 Sammler und Windenergieanlagen-CO2-Sammler-Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren - Google Patents

Windenergieanlage mit CO2 Sammler und Windenergieanlagen-CO2-Sammler-Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage (1) mit COSammler (5) mit einem Turm (11) auf einem Fundament (10) oder einer Grundplattform (10'), einem Maschinenhaus (12) und Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23), aufweisend: eine gebläselose Außenluft-Ansaugvorrichtung zum Ansaugen der Außenluft in die Windenergieanlage (1), angeordnet im und / oder am Maschinenhaus (12) und / oder im und / oder am Turm (11) und / oder im und / oder am Fundamentbereich (10, 10') eine Außenluft-Luftführung zur Leitung der angesaugten Außenluft durch die Windenergieanlage (1) oder wenigstens durch Teilbereiche der Windenergieanlage (1) bis in die Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23), wobei in den Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23) Luftauslässe zum Ausblasen der angesaugten und geführten Außenluft vorgesehen sind und eine Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder - gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / CO-Sammler (5) zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder -gewinnung aus der Außenluft mit gebläseloser Luftzuführung, angeordnet am und / oder im Fundamentbereich (10, 10') und/oder am und / oder im Turm (11) und / oder am und / oder im Maschinenhaus (12), wobei die angesaugte und geführte Außenluft durch die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / CO-Sammler (5) mittels einer Luftführung geführt ist und aus den Luftauslässen der Rotorblätter herausgeleitet wird, wobei eine durch Rotation der Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23) bedingte Sogwirkung beim Ausblasen eine Luftströmung bewirkt, wobei diese die Luftströmung der Außenluft bewirkt.Ferner betrifft die Erfindung ein Windenergieanlagen (1) - CO-Sammler (5) - Steuerungs- / Betriebsverfahren mit einer Windenergieanlage (1) mit COSammler (5).

Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der erneuerbaren Energieerzeugung mittels Windenergieanlagen sowohl im Onshore- als auch im Offshore-Bereich sowie zusätzlich das Gebiet der CO2 Außenluftfilterung und CO2 Sammlung, nämlich den Bereich des Environmental Engineerings.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage mit CO2 Sammler mit einem Turm auf einem Fundament oder einer Grundplattform, einem Maschinenhaus und Windenergieanlagenrotorblättern, aufweisend eine gebläselose Außenluft-Ansaugvorrichtung zum Ansaugen der Außenluft in die Windenergieanlage, angeordnet im und / oder am Maschinenhaus und / oder im und / oder am Turm und / oder im und / oder am Fundamentbereich, sowie eine Außenluft-Luftführung zur Leitung der angesaugten Außenluft durch die Windenergieanlage oder wenigstens durch Teilbereiche der Windenergieanlage bis in die Windenergieanlagenrotorblätter, wobei in den Windenergieanlagenrotorblättern Luftauslässe zum Ausblasen der angesaugten und geführten Außenluft vorgesehen sind, und eine Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -sammelvorrichtung / CO2-Sammler zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder -gewinnung aus der Außenluft.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Windenergieanlagen-CO2-Sammler-Steuerungsverfahren mit einer Windenergieanlage mit CO2 Sammler.
  • In den Ausführungen des Standes der Technik lässt sich zunächst ein erster Stand der Technik bestimmen, aus dem unterschiedliche Windenergieanlagen bekannt sind, wobei diese sowohl Onshore- als auch Offshore-Windenergieanlagen sein können und Elektrizität durch Umwandlung von Windenergie erzeugen.
  • Hierbei stehen die Offshore-Windenergieanlagen, meistens auf im oder am Meeresgrund verankerten Grundplattformen, grundsätzlich im Meer, da dort deutlich höhere Winderträge möglich sind. Gleichwohl bedingt der Standort der Offshore-Windenergieanlagen auch standortbedingte Nachteile, nämlich insbesondere die hohe Luftfeuchtigkeit als auch der hohe Salzgehalt in der Luft. Beide Faktoren wirken sich sowohl negativ auf die Materialien der Anlage als auch auf die Systemkomponenten der Offshore-Windenergieanlagen aus. Ähnlich verhält es sich auch bei Windenergieanlagen der Onshore Familie, die ebenfalls hoher Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind, jedoch an Land stehen und meistens auf einem Fundament gegründet sind.
  • Die Rotorblätter, die im Wesentlichen aus glasfaser- und / oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff bestehen, können durch die hohe Luftfeuchtigkeit und auch den hohen Salzgehalt bei Offshore Anlagen beschädigt, bzw. über die Laufzeit von durchaus mehr als 20 Jahren geschwächt oder sogar zerstört werden. Hierbei ist insbesondere auch diesseits erkannt worden, dass nicht nur der äußere Bereich der Offshore-Windenergieanlagen relevant ist, sondern auch der Innenbereich, nämlich insbesondere die Rotorblätter der Windenergieanlagen.
  • Neben den Rotorblättern der Windenergieanlagen gehören ferner die folgenden Komponenten zu den unter den Standortbedingungen leidenden Windenergieanlagensystemkomponenten, nämlich eine zentrale Nabe, an der die zwei oder drei, derzeit sind es im Wesentlichen drei, Windenergieanlagen-Rotorblätter zu einem zentralen Verband zusammengeschlossen sind, ein Maschinenhaus, das auch als Gondel bezeichnet wird, in dem der mechanische Triebstrang, nämlich der Maschinenstrang, der die drehenden Teile wie Nabe, Rotorwelle, gegebenenfalls Getriebe und entsprechende Lagerungen und Abdichtungen umfasst, angeordnet sind, und ferner gehört weiter der daran angeordnete Generator dazu.
  • Ebenfalls sind weitere Komponenten genauso systemkritisch und von den Standortbedingungen der Windenergieanlagen stark anfällig, wobei hierzu die Pitchverstellung, etwaig vorgesehene Bremsen und elektronische Regelungssysteme und dergleichen zählen. Die Komponenten sind nicht nur im Maschinenhaus vorgesehen, sondern auch im Bereich der Nabe, beispielsweise zur Verstellung der Anstellwinkel der Rotorblätter.
  • Ferner besteht die Möglichkeit der Ausgestaltung alternativer Antriebsstrangskonzepte, wobei beispielsweise über fluidtechnische Antriebe und Steuerungen die Leistung aus der Nabe in ein im Maschinenhaus der, im Turm der oder in einem speziellen Anbau an der Windenergieanlage vorgesehenen Generator übertragen wird. Hierbei muss zum einen der Generator bzw. dessen Raum entsprechend belüftet und zum anderen die weiteren Systemkomponenten geschützt werden, um Schäden durch die standortbedingten Umweltbedingungen zu vermeiden.
  • Im Stand der Technik ist es quasi aufgrund der aggressiven, oftmals auch salzhaltigen Meeresluft, die bewirkt, dass die Windenergieanlagen stark korrosionsgefährdet sind, quasi Standard geworden, dass unter anderem die Verwendung meerwasserbeständiger Werkstoffe, die Verbesserung des Korrosionsschutzes, die vollständige Kapselung bestimmter Baugruppen sowie die Verwendung von mit Außenluft-Ansaugvorrichtung ausgestatteten Maschinenhäusern und Türmen erfolgt.
  • Es wurde insbesondere diesseits erkannt, dass bei den im Stand der Technik befindlichen Offshore-Windenergieanlagen ein großes Potential der Verbesserung der Offshore-Windenergieanlagen-Effizienz bzw. eine Effizienzsteigerung realisierbar ist, wobei gleichzeitig eine Erhöhung der Lebensdauer der Gesamtanlage möglich sein könnte, da besonderes Augenmerk seitens des Erfinders auf die im Stand der Technik ungenutzte Luft, aus dem Maschinenhaus der Offshore-Windenergieanlagen gelegt wurde.
  • Hierzu sind aus den Druckschriften EP 2 466 128 A1 , EP 2 639 450 A1 Luftkonditionierungssysteme und Maschinenhaus-Belüftungssysteme für Windenergieanlagen bekannt, bei denen das Maschinenhaus mit extern zugeführter und gefilterter Luft belüftet wird, wobei die Luft in das Maschinenhaus eingesaugt wird und an anderer Stelle das Maschinenhaus wieder verlässt, wobei die Luft im Maschinenhaus entsprechend konditioniert wird.
  • Weiter ist aus der Druckschrift EP 2 320 076 A2 sowie den Druckschriften WO 2004/036038 A1 , US 2010/0143122 A1 und JP 2005-69082 A ein entsprechendes System an einer Windenergieanlage bekannt, bei dem Luft durch Abschnitte des Maschinenhauses durch die Nabe in die Rotorblätter geleitet wird und an mehreren Stellen wahlweise ausgeleitet werden kann, wobei hierbei Energie / Wärme aus dem Maschinenhaus in die Rotorblätter geleitet werden kann, beispielsweise zur Eisfreihaltung der Rotorblätter.
  • Ferner kann in den Ausführungen zum Stand der Technik ein zweiter Stand der Technik bestimmt werden, aus dem unterschiedliche Anordnungen bekannt sind, um Kohlenstoffdioxid, kurz CO2 aus der Luft herauszuwaschen bzw. zu filtern und/oder zu sammeln und dieses dann im Anschluss weiterzuverarbeiten oder zu speichern bzw. zu prozessieren.
  • Diesbezüglich sind aus den Druckschriften WO 2015/185434 A1 , WO 2014/170184 A1 sowie weiter aus der WO 2016/005226 A1 entsprechende Vorrichtungen und Ausgestaltungen bekannt, um CO2 aus der Luft zu waschen bzw. das CO2 aus der Luft mittels Adsorbtionsprozessen zu binden und dieses dann im Weiteren herauszulösen und zu sammeln. Derartige CO2 Filteranlagen benötigen immer einen hohen Luftdurchsatz, der im Stand der Technik durch entsprechend dimensionierte Ventilatoren realisiert wird, wobei diese jedoch erneut Elektrizität benötigen. Ferner ist entsprechend zur CO2 Abtrennung noch aus der Druckschrift WO 2015/036603 A1 eine CO2 Gaswäsche bekannt, die lediglich eine alternative Augestaltungsform der Art der Adsorbtion zeigt.
  • Hinsichtlich des weiteren Prozessierens wird auf die Druckschrift EP 2 049 232 B1 exemplarisch verwiesen, aus der ein Verfahren zur Wiederaufarbeitung von Verbrennungsprodukten fossiler Brennstoffe, also CO2, bekannt ist, wobei hierbei CO2 und H2O zu synthetisch hergestelltem Methan / gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoffen in einer Methan- oder Fischer-Tropsch-Synthese oder anderen geeigneten Kohlenwasserstoffsynthese weiter prozessiert wird. Ferner sei auch noch auf die Druckschrift WO 2016/161998 A1 hingewiesen, bei der die Technologie der CO2 Gewinnung und die Herstellung von synthetisch hergestelltem Methan kombiniert werden, jedoch bezogen auf großtechnische Herstellungsanlagen.
  • Das diesbezügliche Problem des Standes der Technik lässt sich im Wesentlichen derart darstellen, dass diese wenigstens beiden Technologien, nämlich CO2 Wäsche / -Sammlung und Stromerzeugung mittels Windenergieanlagen voneinander getrennt betrachtet werden. Lediglich wird immer wieder ausgeführt, dass die mittels Windenergie erzeugte Elektrizität aus erneuerbaren Energiequellen zur Herstellung von Synthesegas bzw. Kohlenwasserstoffen verwendet wird. Eine tatsächliche anlagengemäße Kombination mit synergetischen Effekten ist nicht vorgesehen. Das Problem der Ineffizienz der CO2 Waschvorrichtungen, insbesondere der Stand-Alone-Anlagen zur Filterung des CO2 aus der Umgebungsluft, ist immens, da ein hoher Energieaufwand für die Luftzuführung in die CO2 Sammler notwendig ist, der wiederum im Wesentlichen aus erneuerbaren Energien gewonnen werden soll, so dass diese Energie wieder insgesamt dem tatsächlichen Verbraucher im Weiteren fehlt, da die erneuerbar hergestellte Energie, bspw. mit einer Windenergieanlage, direkt zur CO2 Wäsche der Umgebungsluft verwendet wird.
  • Selbstverständlich wäre eine mögliche Konsequenz und etwaige Lösung, die bisher noch nicht umgesetzt wurde, einen CO2 Sammler des Standes der Technik einfach auf das Maschinenhaus einer Windenergieanlage zu setzen und diesen derart zu betreiben, dass der Wind quasi die Zuführung der Luft selbst übernimmt, so dass keine zusätzlichen Ventilatoren notwendig sind, um die Luft in die CO2 Sammler einzubringen, da vorteilhafterweise insbesondere eine Windenergieanlage sich immer in Richtung des Windes ausrichtet, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, so dass der anströmende Wind direkt ausreicht. Diese naheliegende Konsequenz hat aber auch Nachteile, da die Effizienz der CO2 Sammler erheblich schwanken würde, da der Wind nicht gleichmäßig weht, was zu selbstverständlich machbaren Lösungen führen würde, nämlich entsprechende elektronische Steuerungen und Luftumlenkungen, wie beispielsweise Bypass-Steuerungen oder dgl., um so die Probleme zu umgehen. Gleichzeitig würde jedoch nicht das Maximum aus einer derartigen Kombination erzielt werden. Vielmehr haben diesseitige Untersuchungen gezeigt, dass derartige simple Kombinationen zu Problemen führen, da die notwendige gleichmäßige Anströmung der CO2 Filter nicht gewährleistet ist und es so an der Effizienz mangelt.
  • Ausgehend von diesen Überlegungen soll diesseits der vorliegenden Erfindung die nachfolgende Aufgabe zugrunde gelegt werden, nämlich eine Windenergieanlage mit zusätzlicher Funktion wenigstens der CO2 Sammlung bzw. -Wäsche aufzuzeigen, die synergetisch wenigstens die zwei Technologien miteinander verbindet, um die Gesamteffizienz zu steigern, einen im Wesentlichen kontinuierlichen und harmonisierten Betrieb insbesondere der CO2 Sammler zu gewährleisten, wobei gleichzeitig sauberer Strom aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wird und gleichzeitig wenigstens CO2 aus der Luft gefiltert und wenigstens gesammelt wird. Insbesondere soll hierbei die Vorrüstung der CO2 Filteranordnung mit Gebläsen oder Ventilatoren ausgeschlossen werden, da diese Energie benötigen, die dem gesamten elektrischen Netz fehlen würde.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Windenergieanlage mit CO2 Sammler gemäß Hauptanspruch sowie weiter mit einem Windenergieanlagen-CO2-Sammler-Steuerungsverfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch.
  • Erfindungsgemäß weißt die Windenergieanlage als wesentliches Merkmal einen CO2 Sammler auf. Ferner ist allgemein die Windenergieanlage ausgebildet: mit einem Turm auf einem Fundament oder einer Grundplattform, einem Maschinenhaus und Windenergieanlagenrotorblättern, und weist weiter insbesondere auf:
    • - eine gebläselose Außenluft-Ansaugvorrichtung zum Ansaugen der Außenluft in die Windenergieanlage, angeordnet
    • - im und / oder am Maschinenhaus und / oder
    • - im und / oder am Turm und / oder
    • - im und / oder am Fundamentbereich;
    • - eine Außenluft-Luftführung zur Leitung der angesaugten Außenluft durch die Windenergieanlage oder wenigstens durch Teilbereiche der Windenergieanlage bis in die Windenergieanlagenrotorblättern, wobei in den Windenergieanlagenrotorblättern Luftauslässe zum Ausblasen der angesaugten und geführten Außenluft vorgesehen sind und
    • - eine Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -sammelvorrichtung / CO2-Sammler zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder -gewinnung aus der Außenluft mit gebläseloser Luftzuführung, angeordnet
    • - am und / oder im Fundamentbereich und/oder
    • - am und / oder im Turm und / oder
    • - am und / oder im Maschinenhaus, wobei die Windenergieanlage sich weiter dadurch auszeichnet, dass die angesaugte und geführte Außenluft durch die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -sammelvorrichtung / CO2-Sammler mittels einer Luftführung geführt ist und aus den Luftauslässen der Rotorblätter herausgeleitet wird, wobei eine durch Rotation der Windenergieanlagenrotorblätter bedingte Sogwirkung beim Ausblasen eine Luftströmung bewirkt, wobei diese die Luftströmung der Außenluft bewirkt.
  • Insgesamt ergibt sich dabei eine synergetische Kombination dieser wenigstens zwei unterschiedlichen Technologien, durch deren Kombination zum Einen saubere Elektrizität hergestellt wird und zum Anderen CO2 aus der Luft gewaschen bzw. gefiltert oder gesammelt wird.
  • Bei Anlagenstillstand besteht die Möglichkeit, die CO2-Sammler über ein zusätzliches Gebläse, das für den Hauptbetrieb nicht erforderlich ist, weiter zu betreiben.
  • Die Synergie dieser Kombination ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die Saugeffekte der rotierenden Rotorblätter beim Ausblasen der angesaugten Luft ein immenser Luftstrom entsteht, der eigentlich im Weiteren ungenutzt bleibt, in diesem Fall jedoch durch die Anordnung des CO2 Filteranordnung / Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -sammelvorrichtung / CO2-Sammlers gerade die energiekonsumierende Gebläseanordnung der bisher bekannten CO2 Sammler überflüssig macht und gleichzeitig einen sogar noch höheren Luftstrom für die CO2 Wäsche liefert. Die Einsparungen beim Energieverbrauch der CO2-Sammler, die herkömmlicherweise mit Gebläsen betrieben werden müssen, um einen derart ausreichenden Luftstrom durch die Filter zu ermöglichen, werden durch diese Kombination enorm, da vollständig auf die Gebläse verzichtet werden kann.
  • Beide Vorrichtungen und entsprechend ausgestaltete Verfahren in Kombination sparen daher Energie ein bzw. nutzen sinnvoll die vorhandene Energie für weitere Zwecke.
  • Ferner ist die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -sammelvorrichtung / CO2-Sammler als Adsorbtionssammler mit Regenartionsphasen und / oder als kreislaufgeführter Adsorptionssammler vorteilhafterweise ausgebildet, so dass je nach Ausgestaltung quasi einerseits im Batchbetrieb zunächst ein Sammeln erfolgt und im Anschluss durch Regeneration, beispielsweise durch Temperaturzugabe, ein Abführen des gesammelten CO2 erfolgt, so dass im Weiteren nach der Regeneration weiter CO2 gesammelt werden kann, bzw. bei Ausgestaltung als kreislaufgeführtes Adsorbermaterial, bspw. einer Flüssigkeit, kann kontinuierlich CO2 gesammelt werden und aus dem Prozess ausgebracht und weiterprozessiert werden.
  • Insbesondere kann eine Regeneration der CO2-Sammler in den Zeiten erfolgen, in denen der erzeugte Windenergiestrom nicht über das Netz an Verbraucher abgegeben werden kann, da kein Bedarf vorliegt, so dass in diesen Momenten diese elektrische Überschussenergie dafür genutzt werden kann, um die CO2-Sammler zu regenerieren, da es sich auch wirtschaftlich gesehen um kostenlose Energie handelt, was ebenfalls synergetisch betrachtet Vorteile bietet, da die Windenergieanlagen dauerhaft nunmehr betrieben werden dürfen und können.
  • Hinsichtlich des Weiterprozessierens lässt sich an der CO2 Entnahme der Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -sammelvorrichtung / des CO2-Sammlers eine Speicheranordnung und / oder eine Wiederaufarbeitungsvorrichtung von CO2 vorsehen, wobei hierbei CO2 und H2O zu synthetisch hergestelltem Methan / gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoffen in einer Methan- oder Fischer-Tropsch-Synthese oder anderen geeigneten Kohlenwasserstoffsynthese prozessierbar sind, wodurch letztendlich flüssige und / oder gasförmige Kraftstoffe künstlich hergestellt werden und diese über bestehende Transportwege abtransportiert werden können, wie beispielsweise das Erdgasnetz oder entsprechende Pipelines oder aber auch Tanklastwagen.
  • Bei Kombination der CO2-Sammler mit einer entsprechend ausgestalteten Kohlenwasserstoffsynthese kann zudem etwaige Abwärme zur Regenration des Adsorbermaterials verwendet werden.
  • Zudem kann überschüssige regenerativ erzeugte Elektroenergie der Windenergieanlage in Zeiten dafür verwendet werden, die Syntheseprozesse der Kohlenwasserstoffsynthese oder etwaig zugehöriger Wasserelektrolysen zu betreiben.
  • Weiter betrachtet ist eine derartige Ausgestaltung mit einem in einem Windpark angeordneten Syntheseprozessor zur Kohlenwasserstoffherstellung durchaus sinnvoll und effizient betreibbar, so dass dezentrale Kraftstoffherstellungsmöglichkeiten gegeben sind, da diese Syntheseprozessoren eben mit regenerativer Energie betrieben werden können, die gerade durch die Windenergieanlagen bereit gestellt werden kann.
  • Weiter ist es besonders vorteilhaft, wenn innerhalb der Außenluft-Luftführung eine Filtervorrichtung zur Filterung der angesaugten Außenluft vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Entfeuchtung und / oder eine Entsalzung und / oder eine Staub- / Feinstaubfilterung durchführbar ist, so dass der Luftfeuchtegehalt der Luft reduziert wird und somit die Luft beim Weiterleiten in die weiteren Anlagenteile und insbesondere die Rotorblätter nicht dort durch zu hohe Luftfeuchtigkeit etwaigen Systemkomponenten schaden könnte.
  • Bei der Ausgestaltung der Anordnung der CO2-Sammler bzw der Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -sammelvorrichtung können diese innerhalb und auch außerhalb der Windenergieanlage platziert werden. In der einfachsten Ausgestaltung könnten diese CO2-Sammler auf dem Maschinenhaus oder um den Turm herum aufgebaut werden oder aber am Fuße des Turms im Fundamentbereich vorgesehen sein, wobei sinnvollerweise eine Mehrfachanordnung sinnvoll ist, da so viele einzelne CO2-Sammler vorgesehen werden können, die auch einzeln zumindest nicht unbedingt zeitgleich regeneriert werden können, so dass einzelne Sammler gerade regeneriert werden während andere Sammler noch im Sammelbetrieb arbeiten.
  • Diesbezüglich können die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -sammelvorrichtung / der CO2-Sammlers horizontal oder vertikal angeordnet werden. Hierbei könnte insbesondere innerhalb des Turms eine vertikal angeordnete Kolonne montiert werden, so dass eine lange Adsorberstrecke realisiert wird. Insbesondere könnte hierbei mit einer Flüssigkeit gearbeitet werden, die an unterschiedlichen Höhenabschnitten in diese Reaktionsstrecke eingebracht wird und so schwerkraftbedingt nach erfolgter Adsorbtion nach unten tropft bzw. fließt oder vielmehr geleitet wird. Insgesamt bietet sich daher der Innenraum eines Turms einer Windenergieanlage an, da auch diese Struktur entsprechenden Belastungen seitens des Gewichts standhält.
  • Eine Anordnung im Maschinenhaus oder insbesondere im Turm der Windenergieanlage ist ebenfalls besonders sinnvoll, da die Sammler auf diese Weise Wettergeschützt angeordnet sind. Hierbei bietet sich auch eine Mehrfachanordnung über die gesamte Turmhöhe an, wobei sinnvollerweise die Luftströmung durch entsprechende Luftführungsrohre oder dgl. entsprechend geführt wird. Bei der Luftführung ist ein entsprechend großer Rohrquerschnitt zu berücksichtigen, so dass die Strömung minimiert wird.
  • Bei der Anordnung innerhalb des Turms können etliche einzelne Sammler zu einer übereinander angeordneten Sammlereinheit verschaltet werden, wodurch der normalerweise leere und nutzlose Turm eine Funktion bekommt, nämlich das Aufnehmen der CO2 Sammler und deren Schutz vor Witterungseinflüssen, so dass das Adsorbieren von CO2 unabhängig von den Wetterbedingungen stattfinden kann.
  • Hierzu kann insbesondere die Luftführung wenigstens in Teilbereichen des Maschinenhauses und / oder des Turms und / oder des Fundamentbereiches angeordnet sein, so dass je nach Ausgestaltung bzw. Anordnung der CO2-Sammler eine entsprechende Luftzuführung gewährleistet ist.
  • Die Luftführung wird in großen Teilen über Rohre, bspw. über Kunststoffrohre realisiert. In einzelnen Teilabschnitten, sowie beispielsweise beim Durchströmen des Maschinenhauses oder aber der Rotorblätter kann die Luftströmung bspw. durch Luftleitelemente geführt bzw. gelenkt werden oder aber auch völlig frei strömen.
  • Insgesamt lässt sich das CO2 für die Nutzung in der Erzeugung von synthetisch hergestellten Kraftstoffen oder zur Düngung, Dünger für die Landwirtschaft und Nahrungsherstellung, oder dgl., wie Mineralwasserherstellung, Verpackung von Fleischprodukten (Konservierung), Herstellung von Trockeneis oder Kunststoffherstellung einsetzen.
  • Zur Funktionsweise eines CO2-Sammlers sei exemplarisch ausgeführt, dass Umgebungsluft gefiltert wird und dieser das CO2 entzogen wird. Die Filter werden über einen Adsorptions-Desorptions-Prozess mit CO2 gesättigt, wobei dies ein katalytischer Prozess ist. Zur Desorption wird Wärme (ca. 100°C) benötigt, die elektrisch als auch durch Zufuhr von Wasser erzeugt werden kann. Dabei wird das CO2 gasförmig vom Filter gelöst und abtransportiert und gesammelt bzw. weiter prozessiert.
  • Zudem kann durch die beliebig wählbare Anordnung der CO2-Sammler in und / oder an der Windenergieanlage eine optimierte Aerodynamik für die Turbinen-Triebwerkseinläufe der CO2-Sammler realisiert werden.
  • Es kann zudem eine automatische Ausrichtung der Turbinen durch die Azimutregelung der Windenergieanlagen erfolgen.
  • Zweiter kann die Desorption des CO2 durch Generatorabwärme mit Unterstützung einer Wärmepumpe erfolgen.
  • Durch die großflächige Verteilung der Windenergieanlagen in einem Windpark, ist eine zentrale CO2 Sammelstelle besonders sinnvoll, wobei diese über ein Rohrleitungssystem gespeist wird.
  • Das Windenergieanlagen - CO2-Sammler - Steuerungs- bzw. Betriebsverfahren mit einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage mit CO2 Sammler weist die wesentlichen Schritte auf:
    • - Erzeugen von elektrischer Energie durch den bestimmungsgemäßen Betrieb der Windenergieanlage;
    • - paralleles Erzeugen eines Luftstromes durch das Ausblasen von Luft an den rotierenden Rotorblättern, wobei durch das Ausblasen ein Sog entsteht, der weitere Außenluft lüfter- / gebläselos durch die Außenluft-Ansaugvorrichtung über die Luftführung durch die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -sammelvorrichtung / den CO2-Sammler zuführt und
    • - Sammeln von CO2 aus der zugeführten Außenluft.
  • Hierdurch wird in einer minimalistischen Ausgestaltung ein Verfahren angegeben, das synergetisch das CO2-Sammeln mit der optimierten Elektrizitätserzeugung mittels einer Windenergieanlage bzw. dem Betrieb einer Windenergieanlage kombiniert. Ungenutzte Luftströmung, die beim Ausblasen an den Rotorblättern durch den dabei entstehenden Sog entsteht, wird zum Belüften der Rotorblätter, des Maschinenhauses und zur Luftzuführung für die CO2 Sammler genutzt.
  • Eine weitere besondere Ausgestaltung ist gegeben, wenn vor und / oder nach dem Sammeln von dem CO2 ein Filtern der Luft und / oder ein Entfeuchten der Luft und / oder ein Entsalzen der Luft und / oder eine Staub- / Feinstaubfilterung der Luft erfolgt, da hierdurch die Leistung des CO2-Sammlers weiter optimiert werden kann, insbesondere auch dessen Langlebigkeit weiter gesteigert wird und die Serviceintervale deutlich erhöht werden.
  • Im Zuge der weiteren Erfindungsverbesserung kann ein Führen der Luft durch die Komponenten der Windenergieanlage derart erfolgen, dass zunächst ein Kühlen von Windenergieanlage-Systemkomponenten und weiter ein Erwärmen und / oder Trocknen der Windenergieanlagenrotorblätter erfolgt, wodurch zum Einen Systemkomponenten wie beispielsweise der Generator und die Elektronik gekühlt werden und zum Anderen die Rotorblätter von innen mit erwärmter Luft belüftet werden.
  • Weitere Aspekte, insbeosndere auch erfindungsgemäße Ausgestaltungsvarianten, die diesseits im Zuge dieser Erfindung zu erwähnen sind, denen sogar einzeln Schutz zugestanden werden könnte, nämlich in Bezug auf eine Windenergieanlage, werden nachfolgend ausgeführt:
  • Ein Windenergieanlagenbelüftungsverfahren, insbesondere für eine Offshore-Windenergieanlage kann auch aufweisen: ein Ansaugen von Außenluft in ein Maschinenhaus und / oder einen Turm einer Windenergieanlage, Filtern der angesaugten Außenluft, wobei wenigstens Teile der Luftfeuchtigkeit und / oder des Salzgehaltes der angesaugten Außenluft entzogen werden, wenigstens abschnittsweises Führen der angesaugten und gefilterten Außenluft durch das Maschinenhaus und / oder den Turm, Ausleiten der geführten angesaugten und gefilterten Außenluft.
  • Ferner kann eine Windenergieanlage, insbesondere im Offshore-Bereich, aufweisen ein an und/oder auf einem Turm angeordneten Maschinenhaus, wenigstens zwei Windenergieanlagenrotorblätter, die in einer gemeinsamen Nabe um eine Drehachse rotierbar angeordnet sind und über einen Antriebsstrang mit einem im Maschinenhaus angeordneten Generator verbunden sind, einer Außenluft-Ansaugvorrichtung zur Erzeugung eines Luftflusses innerhalb des Maschinenhauses und/oder des Turms mit einer Filteranordnung zur Filterung der von außerhalb des Maschinenhauses angesaugten Luft.
  • Diesbezüglich könnten weitere Aufgaben oder auch nur Teilaufgaben bzw. sich daraus ergebende Vorteile derart zusätzlich oder auch einzeln gesehen werden, nämlich ein Windenergieanlagenbelüftungsverfahren sowie eine Windenergieanlage, insbesondere für den Offshore-Bereich anzugeben, bei denen die zum Schutz der Systemkomponenten innerhalb des Maschinenhauses benötigte Luft zur Verbesserung der Lebensdauer der Rotorblätter und gleichzeitig zur Erhöhung der Offshore-Windenergieanlagen-Effizienz genutzt werden könnte.
  • Ein entsprechend vorteilhaft ausgebildetes Windenergieanlagenbelüftungsverfahren, insbesondere auch für den Offshore-Bereich könnte aufweisen:
    • - ein Ansaugen von Außenluft in ein Maschinenhaus und / oder einen Turm einer Windenergieanlage;
    • - Filtern der angesaugten Außenluft, wobei wenigstens Teile der Luftfeuchtigkeit und / oder des Salzgehaltes der angesaugten Außenluft entzogen werden;
    • - wenigstens abschnittsweises Führen der angesaugten und gefilterten Außenluft durch das Maschinenhaus und / oder den Turm;
    • - Ausleiten der geführten angesaugten und gefilterten Außenluft,
    wobei
    das Ausleiten der geführten angesaugten und gefilterten Außenluft durch ein weiteres Führen der geführten angesaugten und gefilterten Außenluft in den Innenraum der Windenergieanlagenrotorblätter erfolgt, wobei diese weiter geführte angesaugte und gefilterte Außenluft aus den Windenergieanlagenrotorblättern ausgebracht wird.
  • Hierdurch ist ergänzend oder auch einzeln möglich, eine Windenergieanlage mit gereinigter, getrockneter und / oder salzfreier Luft zu belüften und somit zum Einen das Maschinenhaus und zum Anderen die Nabe und die Windenergieanlagenrotorblätter nachhaltig zu erhalten, da keine aggressive Umgebungsluft in die Anlage gelangt. Durch die gefilterte Luft werden alle intern angeordneten Komponenten als auch das Gehäuse, Turm, Nabe und Innenraum der Windenergieanlagenrotorblätter dauerhaft vor den harten äußeren Bedingungen insbesondere der Offshore-Standorte geschützt. Es wird eine Versalzung der inneren Komponenten als auch der Werkstoffe und Materialien verhindert. Selbiges gilt insbesondere auch für CO2-Sammler.
  • Neben der Verbesserung der Langlebigkeit erfolgt auch eine Verbesserung der Aerodynamik.
  • Insbesondere sind feuchte Rotorblätter zusätzlich anfällig für Blitze, so dass dieses Phänomen der Blitzanziehung durch die Trocknung mittels der durchgeleiteten Luft reduziert wird. Ferner wird auch Bio-Fouling innerhalb der Rotorblätter nahezu ausgeschlossen, da konditionierte Luft bewusst durch die Rotorblätter geführt wird.
  • Ein weiterer Aspekt dieses Verfahrens besteht darin, dass die durch die Außenluft-Ansaugvorrichtung im Maschinenhaus erzeugte bzw. eingebrachte Luft, die aus den Windenergieanlagenrotorblättern quasi herausgeschleudert wird, zusätzlich durch das Herausschleudern stärker angesaugt wird, so dass ein etwaig vorgeshener Kompressor weniger Leistung benötigt, um die gleiche Menge Luft bereitzustellen. Ein 50er Rotorblatt einer Standardwindenergieanlage kann bei einer Geschwindigkeit von 14 Umdrehungen pro Minute eine Saugleistung von bis zu 1 bar Druckdifferenz erzeugen, was 0,33 qm pro Sekunde entspricht, so dass die drei Rotorblätter einer Windenergieanlage einen 3 bar starken Sog erzielen könnten, wobei jedoch der resultierende Volumenstrom von den Querschnitten und Auslassbohrungen bzw. der Luftführung abhängig ist. Ab einer gewissen Rotorumdrehung kann aufgrund der Saugleistung auf die normalerweise üblichen Kompressoren verzichtet werden, so dass ein passives Belüftungssystem realisiert wird. Insbesondere kann dieses passive Belüftungssystem auch die volumenstrommäßige Versorgung des CO2-Sammlers mit Außenluft gewährleisten.
  • Bei der Auslegung und Dimensionierung der Ausblasöffnungen kann insbesondere das Gesamtdurchlassvolumen im Bereich der Luftführung vom Maschinenhaus zur Nabe berücksichtigt werden. Hierbei wird der Luftdurchlass mit dem Querschnitt im Übergang von Maschinenhaus zur Nabe als der maximale Querschnitt angenommen und die weiteren Öffnungen, insbesondere in den Blattspitzen entsprechend dimensioniert und angepasst.
  • Ferner kann beim Führen der Luft durch die Komponenten der Windenergieanlage zunächst ein Kühlen von Windenergieanlage-Systemkomponenten und weiter ein Erwärmen und / oder Trocknen der Windenergieanlagenrotorblätter erfolgen, so dass der hohe Feuchtigkeitsgehalt insbesondere der Seeluft den Komponenten der Windenergieanlage nichts anhaben kann. Besonders Vorteilhaft wäre eine entsprechende Vorbehandlung auch vor der Zuführung zu den CO2-Sammlern.
  • Beim Ausleiten aus den Windenergieanlagenrotorblättern kann ein Reduzieren von Wirbeln und Flattern durch sich ablösende Strömungen und / oder Turbolenzen erfolgen, da das Ausleiten der Luft gezielt erfolgt, nämlich an der Oberseite, der Hinterkante und / oder der Blattspitze / Winglet.
  • Durch dieses gezielte Ausleiten wird eine sich ablösende Strömung, die zu Turbolenzen neigt und somit die Effizienz verringert, wieder in eine laminare Strömung bewegt, die zu einer Effizienzsteigerung führt.
  • Das Ausleiten kann an Ablösepunkten der Strömung von den Windenergieanlagenrotorblättern erfolgen, so dass entsprechend eine Beruhigung der Strömung stattfindet.
  • Zudem kann die Windenergieanlage auch aufweisen:
    • - ein an und/oder auf einem Turm angeordnetes Maschinenhaus,
    • - wenigstens zwei Windenergieanlagenrotorblätter, die in einer gemeinsamen Nabe um eine Drehachse rotierbar angeordnet sind und über einen Antriebsstrang mit einem im Maschinenhaus angeordneten Generator verbunden sind,
    • - einer Außenluft-Ansaugvorrichtung zur Erzeugung eines Luftflusses innerhalb des Maschinenhauses und/oder des Turms mit einer Filteranordnung zur Filterung der von außerhalb des Maschinenhauses angesaugten Luft,
    wobei
    eine Luftführungsanordnung aus dem Innenraum des Maschinenhauses zur Luftführung der aus dem Innenraum des Maschinenhauses auszubringenden Luft in die Nabe und weiter in die Windenergieanlagenrotorblätter und weiter aus den Windenergieanlagenrotorblättern vorgesehen ist.
  • Mittels dieser Windenergieanlage ist es weiter möglich, die Langlebigkeit der Gesamtanlage zu erhöhen.
  • Die Auslässe können auf der Oberseite und / oder Hinterkante der Windenergieanlagenrotorblätter angeordnet sein.
  • Die Luftführungsanordnung aus dem Innenraum des Maschinenhauses zur Luftführung der aus dem Innenraum des Maschinenhauses auszubringenden Luft in die Nabe kann als wenigstens eine Hohlbohrung innerhalb des Antriebsstranges, der Antriebsstrangabdichtung zum Maschinenhaus und / oder der Rotorwelle des Antriebsstranges ausgebildet sein, so dass Luft gezielt aus dem Maschinenhaus in die Nabe und weiter in die Rotorblätter geleitet werden kann. Ferner kann die Luftführungsanordnung aus dem Innenraum des Maschinenhauses zur Luftführung der aus dem Innenraum des Maschinenhauses auszubringenden Luft in die Nabe als Mantelrohr, welches um die Rotorwelle ausgebildet ist, ausgestaltet werden.
  • Die Luftführungsanordnung kann eine Luftfortführung von der Nabe in die Windenergieanlagenrotorblätter aufweisen und / oder die Luftführungsanordnung kann als offener Durchgang zwischen Nabe und Windenergieanlagenrotorblätter ausgebildet werden.
  • Der Übergang zwischen Nabe und Windenergieanlagenrotorblätter kann abgedichtet sein. Hierzu bietet sich ein Minimalstspalt an oder aber auch eine entsprechende Dichtung. Weiter oder ergänzend kann der Übergang zwischen Nabe und Maschinenhaus entsprechend sehr gering gehalten sein.
  • Insgesamt sei angemerkt, dass durch die saugende Wirkung der Luftausbringung an den Rotorblättern ein absolutes Abdichten gar nicht notwendig erscheint, da die Luft aus dem Maschinenhaus nicht durch sämtliche vorhandene Spalten austritt, sondern geschickter Weise durch die Kombination mit den rotierenden Rotorblättern quasi durch die Offshore-Windenergieanlage geleitet wird.
  • Die Vorteile ergeben sich insgesamt:
    • - Kombination von CO2-Filterung bei gleichzeitiger Stromerzeugung durch Windnutzung;
    • - Verzicht auf zusätzlich üblicherweise notwendige Luftgebläse, die für eine Luftzuführung zu den CO2-Sammlern sorgen;
    • - Kühlung des Innenraums innerhalb des Maschinenraums;
    • - Erwärmung und Trocknen der Windenergieanlagenrotorblätter und der Nabe;
    • - Erhöhung der Lebensdauer der Gesamtanlage, sowohl der Windenergieanlage als auch der, CO2-Sammler;
    • - Verhinderung von Versalzung;
    • - Reduzierung der Kompressorleistung eines etwaig vorgesehenen Kompressors durch den Außenluft-Luftstrom über die Fliehkräfte durch die rotierenden Rotorblätter;
    • - Beruhigung der Strömungen durch gezieltes Ausblasen an oder auf den Rotorblättern;
    • - Akustikreduzierung durch die Ausblasung im Blattspitzenbereich;
    • - Reduzierung und Entfall der Kompressorleistungen der Kompressoren zur Belüftung des Maschinenhauses und
    • - Reduktion der Blitzeinschlagsgefahr durch Blatttrocknung.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen in der Figurenbeschreibung detailliert beschrieben, wobei diese die Erfindung erläutern sollen und nicht beschränkend zu werten sind:
  • Es zeigen:
    • 1 eine generelle schematische Prinzipdarstellung eines allgemeinen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit CO2 Sammler 5 in einer ersten Ausgestaltung;
    • 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Windenergieanlage 1 mit Betrachtung der Luftströmung;
    • 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1;
    • 4 eine schematische Detaildarstellung eines Windenergieanlagenrotorblattes 21, 22, 23 in einem ersten Ausführungsbeispiel;
    • 5 eine schematische Detaildarstellung der Hinterkante 29 des Windenergieanlagenrotorblattes 21, 22, 23 aus 4;
    • 6 eine schematische Detaildarstellung eines Windenergieanlagenrotorblattes 21, 22, 23 in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
    • 7 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1;
    • 8 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1;
    • 9 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit CO2-Sammler 5, wobei hierbei der CO2-Sammler 5 am Fundament 10 angeordnet ist;
    • 10 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit CO2-Sammler 5, wobei hierbei der CO2-Sammler 5 innerhalb des Turms 11 oder / und auf dem Maschinenhaus 12 angeordnet ist und
    • 11 eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit CO2-Sammler 5, wobei hierbei der CO2-Sammler 5 im und / oder auf dem Maschinenhaus 12 angeordnet ist.
  • An dieser Stelle soll darauf hingewiesen werden, dass die nachfolgend beschriebenen und anliegenden Figuren lediglich der Erläuterung der Erfindung dienen sollen und diese nicht beschränkend auszulegen sind.
  • 1 zeigt eine generelle schematische Prinzipdarstellung eines allgemeinen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit CO2 Sammler 5 in einer ersten Ausgestaltung.
  • Hierbei ist innerhalb der Windenergieanlage 1, die die drei sich in diesem Ausführungsbeispiel bei Draufsicht im Uhrzeigersinn drehenden drei Rotorblättern 21, 22, 23 umfasst, ein CO2-Sammler 5 angeordnet, der dort wettergeschützt arbeitet, nämlich aus der durch eine im Turm 11 befindlichen Außenluft-Ansaugvorrichtung 13 Luft zugeführt bekommt, die dann durch den CO2-Sammler 5 geführt wird und im Anschluss durch den Turm in das Maschinenhaus 12 geleitet wird und durch die Nabe 20 in die drei Rotorblätter 21, 22, 23 geführt wird, wobei die Luft dann aus den Rotorblattspitzen 26 ausgeleitet wird. Hierbei ist die Strömungsrichtung durch die Pfeile → angegeben.
  • Beim Durchströmen der Luft → durch den CO2-Sammler 5 erfolgt eine katalytische Abtrennung des CO2 aus der zugeführten Außenluft.
  • Die Luftströmung → wird quasi von allein aufrecht erhalten und bedarf im Normalbetrieb keiner zusätzlichen Gebläse- oder Pumpleistung, da durch die Fliehkräfte die Luft quasi an den Blattspitzen 26 oder allgemein an den Rotorblättern 21, 22, 23 herausgeschleudert wird und so ein Sog → entsteht, der weitere Luft durch die gesamte Anlage 1 / 5 fördert.
  • Im Anfahrbetrieb oder aber auch in Zeiten der Windstille kann über ein zusätzliches Gebläse der CO2- Sammler weiter betrieben werden. Hierbei kann wiederum synergetisch ein entsprechendes Gebläse gleichzeitig zur Nutzung der Belüftung des Maschinenhauses verwendet werden.
  • In den nachfolgenden 2 bis 7 wird zur besseren Verdeutlichung die Erfindung in einem, auch allein schützenswerten, ersten Teilbereich beschrieben, nämlich dem Abschnitt bzw. Bereich der Windenergieanlage 1, bei dem es um die Sogwirkung und Belüftung der Anlage 1 und der Rotorblätter 21, 22, 23 geht, wobei hierbei im Wesentlichen ein passiv arbeitendes Luftsystem mit einer quasi passiv erzeugten und lüfterlosen Luftströmung → dargestellt ist. Selbstverständlich kann dieses System auch und vor allem insbesondere kombiniert und verbunden sein mit einem CO2-Sammler 5 und bevorzugt auch zusätzlich mit einer Kohlenwasserstoff (CHx) - Syntheseanlage 6, wodurch gerade der synergetische Effekt, nämlich der Nutzung der Luftströmung → für die Zuführung der Außenluft zu den CO2-Sammlern, in den Vordergrund tritt.
  • In 2 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 dargestellt, wobei zunächst der Bereich der Luftströmung einzeln betrachtet wird.
  • Die Windenergieanlage 1 besteht aus einem Turm 11, der beispielsweise auf dem Festland auf einem Fundament 10, auf dem Meeresboden über ein entsprechendes Fundament 10 oder auf dem Meer über eine entsprechende Floating-Anordnung / Grundplattform 10' positioniert ist, einem darauf aufgesetzten Maschinenhaus 12, in dem ein Generator 32 mit Antriebsstrang 31 vorgesehen ist, wobei an der Generator-fernen Seite des Antriebsstranges 31 die Nabe 20 der Offshore-Windenergieanlage 1 angeordnet ist, an der wiederum, wie in diesem Ausführungsbeispiel ausgeführt, drei Windenergieanlagenrotorblätter 21, 22, 23 angeordnet sind.
  • Das Maschinenhaus 12 verfügt über eine Außenluft-Ansaugvorrichtung 13 mit einer davor geschalteten Filteranlage 14, die entsprechend der Pfeile →, die die Luftströmung für die Außenluft-Ansaugvorrichtung darstellen, Luft von außerhalb des Maschinenhauses 12 ansaugt und diese durch das Maschinenhaus 12 durch die Nabe 20 in die drei Windenergierotorblätter 21, 22, 23 leitet. Die über das Maschinenhaus 12 eingebrachte Luft wird an den Blattspitzen 27 der Windenergierotorblätter 21, 22, 23 ausgeblasen, wobei die Luft zunächst innerhalb des Maschinenhauses 12 für eine Kühlung der Systeme sorgt und im Anschluss die Luft innerhalb der Windenergieanlagenrotorblätter 21, 22, 23 für eine nahezu gleichbleibende Klimatisierung insbesondere Trocknung sorgt und im dritten Schritt die Luft eine Erhöhung des Effizienz der Anlage ermöglicht, da diese an bewusst festgelegten und definierten Stellen aus den Windenergieanlagenrotorblättern 21, 22, 23 austritt.
  • Hier ist ebenfalls ein synergetischer Effekt zu erkennen, nämlich auf der einen Seiten die Kühlung der elektrischen Komponenten und des Generators 32 und auf der anderen Seite das Erwärmen der Rotorblätter 21, 22 ,23 im Inneren.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Offshore-Windenergieanlage 1.
  • Die Offshore-Windenergieanlage 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel zwei Windenergieanlagenrotorblätter 21, 22, die an einer gemeinsamen Nabe befestigt sind und entsprechend mit dem Generator 32 im Maschinenhaus 12 verbunden sind. Die entsprechende Außenluft-Ansaugvorrichtung 13 mit der Filteranordnung 14 sorgt für eine Belüftung des Maschinenhauses 12 sowie der fortgeführten Luft durch die Windenergieanlagenrotorblätter 21, 22.
  • In 4 ist eine schematische Detaildarstellung eines Windenergieanlagenrotorblattes 21, 22, 23 in einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt.
  • Das Windenergieanlagenrotorblatt 21, 22, 23 ist im Wesentlichen in vier Teilbereiche untergliedert, nämlich Wurzelbereich 24, den Mittelbereich 25, den Blattspitzenbereich 26 sowie die Blattspitze 27 bzw. ein entsprechendes Winglet.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die Auslässe 4, 4' an der Hinterkante 29 im Mittelbereich 25 bzw. Blattspitzenbereich 26 angeordnet, so dass die Luft durch dort vorgesehene Auslässe 4, 4' austritt, wobei das Austreten gezielt gesteuert werden kann, indem beispielsweise Teilbereiche der Auslässe 4, 4' abgeschaltet werden können.
  • Zusätzlich kann zu der Ausblasung an der Hinterkante 29 weiter an der Blattspitze bzw. dem Winglet 27 die aus dem Maschinenhaus 12 stammende Luft herausgeleitet werden, so dass das gesamte Windenergieanlagenrotorblatt 21, 22, 23 belüftet bzw. klimatisiert ist.
  • Insbesondere wird das Windenergieanlagenrotorblatt 21, 22, 23 der Offshore-Windenergieanlage 1 mit gewärmter, durch Abwärme der Elektronik- und Generatorsysteme im Maschinenhaus 12, salzfreier und einen geringen Feuchtigkeitsgrad aufweisende Luft, durch die Filteranordnung 14, dauerhaft von Innen belüftet, so dass die Strukturen und Materialien ein gleichbleibendes hohes Niveau über die lange Lebensdauer erzielen können.
  • 5 zeigt eine schematische Detaildarstellung der Hinterkante 29 des Windenergieanlagenrotorblattes 21, 22, 23 aus 3.
  • Die Auslässe 4, 4' sind in einer speziellen Ausführungsform als Zacken ausgebildet, wobei die Luft aus kleinen Öffnungen über die Zacken verteilt wird.
  • In 6 ist eine schematische Detaildarstellung eines Windenergieanlagenrotorblattes 21, 22, 23 in einem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird der größte Teil der aus dem Maschinenhaus 12 stammenden und durch die Nabe 20 geleiteten und in das Windenergieanlagenrotorblatt 21, 22, 23 eingebrachten Luft durch Auslässe 4' ausgebracht, da auf diese Weise eine deutliche Leistungssteigerung der Gesamtanlage ermöglicht wird, da dort auftretende beginnende Ablösungen an der Oberseite 28 des Windenergieanlagenrotorblattes 21, 22, 23 durch das zusätzliche Einbringen von ergänzender Luft ausgeglichen bzw. wieder in eine laminare Strömung umgebaut werden, wodurch sich die Effizienz als auch die Leistung erhöht.
  • Es wird wenigstens ein kleinerer Teil der zugeführten Luft durch das gesamte Innere des Windenergieanlagenrotorblattes 21, 22, 23 geleitet und an der Blattspitze bzw. dem Winglet 27 ausgeleitet. Es hat sich gezeigt, dass sich bereits kleinere Teilmengen zur Aufrechterhaltung der dauerhaften Bauteilqualität des Windenergieanlagenrotorblattes 21, 22, 23 ausreichend sind und ein Großteil zur Effizienzsteigerung genutzt werden kann.
  • 7 zeigt eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Offshore-Windenergieanlage 1.
  • In diesem Beispiel ist das Innere des Maschinenhauses 12 schematisch dargestellt, nämlich der Generator 32 mit dem Antriebsstrang 31, der die Rotorwelle 33 umfasst sowie die Außenluft-Ansaugvorrichtung 13 und die Filteranordnung 14. Ferner ist die rotierende Nabe 20 zum ortsfesten Maschinenhaus 12 über eine Abdichtung 34 abgedichtet. Diese Abdichtung 34 ist in einer einfachsten Variante als Minimalstspalt ausgestaltet, kann aber auch mit entsprechenden Dichtungen versehen sein.
  • Die Luft wird zuerst in das Maschinenhaus 12 über die Außenluft-Ansaugvorrichtung 13 mit der davor geschalteten Filteranordnung 14 geleitet, dann entsprechend vorgegebenen Luftleitbahnen innerhalb des Maschinenhauses 12 verteilt, so dass alle relevanten zu belüftenden Systeme und Bauteile umspült werden, wobei im Anschluss die Luft in die Nabe 20 geleitet wird und von dort in die Windenergieanlagenrotorblätter 21, 22, 23 weitergeleitet wird. Ferner erfolgt eine Zuführung zu dem im Maschinenhaus 12 vorgesehenen CO2-Sammler 5, der entsprechend das CO2 aus der zugeführten Luft filtert.
  • Das Durchführen der Luft von Maschinenhaus 12 in die Nabe 20 kann durch entsprechende Durchführungen zwischen dem Maschinenhaus 12 und der Nabe 20 oder aber auch durch die im Inneren hohlausgebildete Rotorwelle 33 erfolgen. Weitere alternative Ausgestaltung ist gegeben, wenn ein luftführendes Mantelrohr alternativ oder auch ergänzend verwendet wird. Insbesondere wird die Luft zentral im Bereich der Welle geführt, wobei entsprechende Querschnitte ausgebildet werden.
  • Die Weiterleitung der Luft aus der Nabe 20 in die Windenergieanlagenrotorblätter 21, 22, 23 kann durch die im Normalfall offenen Anschlussstutzen der Windenergieanlagenrotorblätter 21, 22, 23 erfolgen.
  • Beim Durchströmen der Nabe 20 können zusätzlich entsprechend dort angeordnete Systeme umspült werden, so dass die eigentlich aggressive Außenluft an den Offshore-Standorten auch einer Pitchregelung nicht schaden kann.
  • In 8 ist eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Offshore-Windenergieanlage 1 dargestellt.
  • Hierbei wurde eine zweigeteilte Luftführung realisiert, wobei eine Luftführung eines ersten Teilluftstroms über einen Tropfenabscheider zu dem CO2-Sammler 5 geführt wird und anschließend durch die Nabe 20 und die Rotorblätter 21, 22, 23 an deren Blattspitzen ausgebracht wird. Ein zweiter Teilstrom wird über eine Adsorbtionsentfeuchtung 141 und einen Salzfilter 142 sowie über einen Verdichter geführt, um damit das Maschinenhaus zu belüften, was insbesondere für Offshore-Windenergieanlagen von Bedeutung ist, da dort ein Überdruck im Maschinenhaus zum Schutz der Elektronik und Technik vorgesehen sein sollte. Ein Teil der Überdruckluft kann ebenfalls über die Sogwirkung der Rotorblätter über einen weiteren hier nicht dargestellten CO2-Sammler 5 geführt werden.
  • In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung in Bezug auf die Anordnung der CO2-Sammler 5 näher erläutert.
  • In 9 ist eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit CO2-Sammler 5 gezeigt, wobei hierbei der CO2-Sammler 5 am Fundament 10 angeordnet ist.
  • Die Luft wird direkt beim CO2-Sammler 5 angesaugt und in den Turm 11 der Windenergieanlage 1 eingeleitet bzw. durchgeleitet und im Anschluss durch das Maschinenhaus 12 durch die Rotorblätter 21, 22, 23 letztendlich herausgeführt.
  • 10 zeigt eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit CO2-Sammler 5, wobei hierbei der CO2-Sammler 5 innerhalb des Turms 11 oder / und auf dem Maschinenhaus 12 angeordnet ist. Weiter ist eine ergänzende Kohlenwasserstoffsyntheseanlage 6 vorgesehen, die zusammen mit Wasserstoff aus einer Wasserelektrolyse und erneuerbarer elektrischer Energie gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe CHx herstellt.
  • Hierbei ist innerhalb des Turms 11 über große Abschnitte eine Art Kolonnen CO2-Sammler 5 angeordnet, der eine große CO2-Sammelleistung hat und ebenfalls effizient arbeitet.
  • 11 zeigt eine schematische Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage 1 mit CO2-Sammler 5, wobei hierbei der CO2-Sammler 5 im und / oder auf dem Maschinenhaus 12 angeordnet ist.
  • Hierbei kann insbesondere der anströmende Wind, da die Windenergieanlage immer in den Wind gedreht wird, optimal für eine ausreichende Strömungszufuhr für den CO2-Sammler 5 sorgen, was wiederum zu einer weiteren Steigerung der CO2 Produktion führt.
  • Insbesondere sind auch Kombinationen der zuvor genannten Ausführungsbeispiele wichtig und sollten auch kombiniert werden, soweit sinnvoll und möglich.
  • Ferner kann als vorteilhafte Gesamtkombination ein Windenergieanlagenpark sowohl Onshore auf dem Festland als auch Offshore gesehen werden, in dem mehrere Windenergieanlagen 1 mit jeweils daran oder darin angeordneten CO2-Sammlern 5 miteinander derart verbunden sind, dass das herausgefilterte CO2 aus der Außenluft in einer gemeinsamen Sammelvorrichtung gesammelt wird und weiter an eine Kohlenwasserstoffsyntheseanlage geführt wird, in der unter Ausnutzung der sauberen mittels Windenergie erzeugen elektrischen Energie wieder Kraftstoffe in flüssiger Form oder als Gas hergestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Windenergieanlage
    10, 10'
    Fundament / Grundplattform
    11
    Turm
    12
    Maschinenhaus
    13
    Außenluft-Ansaugvorrichtung
    14
    Filteranordnung
    140
    Tropfenabscheidung
    141
    Adsorbtionsentfeuchtung
    142
    Salzfilter
    20
    Nabe
    21, 22, 23
    Windenergieanlagenrotorblatt
    24
    Wurzelbereich
    25
    Mittelbereich
    26
    Blattspitzenbereich
    27
    Blattspitze / Winglet
    28
    Oberseite
    29
    Hinterkante
    31
    Antriebsstrang
    32
    Generator
    33
    Rotorwelle
    34
    Abdichtung
    35
    Verdichter
    4,4'
    Auslässe
    5
    CO2-Sammler
    6
    CHx-Syntheseanlage
    →
    Luftströmung

Claims (10)

  1. Windenergieanlage (1) mit CO2 Sammler (5) mit: - einem Turm (11) auf einem Fundament (10) oder einer Grundplattform (10'), - einem Maschinenhaus (12) und - Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23), aufweisend: - eine gebläselose Außenluft-Ansaugvorrichtung zum Ansaugen der Außenluft in die Windenergieanlage (1), angeordnet - im und / oder am Maschinenhaus (12) und / oder - im und / oder am Turm (11) und / oder - im und / oder am Fundamentbereich (10, 10'); - eine Außenluft-Luftführung zur Leitung der angesaugten Außenluft durch die Windenergieanlage (1) oder wenigstens durch Teilbereiche der Windenergieanlage (1) bis in die Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23), wobei in den Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23) Luftauslässe zum Ausblasen der angesaugten und geführten Außenluft vorgesehen sind und - eine Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / CO2-Sammler (5) zur Kohlenstoffdioxidabscheidung und/oder -gewinnung aus der Außenluft mit gebläseloser Luftzuführung, angeordnet - am und / oder im Fundamentbereich (10, 10') und/oder - am und / oder im Turm (11) und / oder - am und / oder im Maschinenhaus (12),wobei die angesaugte und geführte Außenluft durch die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / CO2-Sammler (5) mittels einer Luftführung geführt ist und aus den Luftauslässen der Rotorblätter herausgeleitet wird, wobei eine durch Rotation der Windenergieanlagenrotorblättern (21, 22, 23) bedingte Sogwirkung beim Ausblasen eine Luftströmung bewirkt, wobei diese die Luftströmung der Außenluft bewirkt.
  2. Windenergieanlage (1) mit CO2 Sammler (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / CO2-Sammler (5) als Adsorbtionssammler mit Regenartionsphasen und / oder als kreislaufgeführter Adsorptionssammler ausgebildet ist.
  3. Windenergieanlage (1) mit CO2 Sammler (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der CO2 Entnahme der Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / - Sammelvorrichtung / des CO2-Sammlers (5) - eine Speicheranordnung und / oder - eine Wiederaufarbeitungsvorrichtung von CO2 vorgesehen ist, wobei hierbei CO2 und H2O zu synthetisch hergestelltem Methan / gasförmigen und/oder flüssigen Kohlenwasserstoffen in einer Methan- oder Fischer-Tropsch-Synthese oder anderen geeigneten Kohlenwasserstoffsynthese prozessierbar sind angeordnet ist.
  4. Windenergieanlage (1) mit CO2 Sammler (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Außenluft-Luftführung eine Filtervorrichtung (14) zur Filterung der angesaugten Außenluft vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Entfeuchtung (140 / 141) und / oder eine Entsalzung (142) und / oder eine Staub- / Feinstaubfilterung durchführbar ist.
  5. Windenergieanlage (1) mit CO2 Sammler (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / -Sammelvorrichtung / der CO2-Sammlers (5) horizontal oder vertikal angeordnet ist.
  6. Windenergieanlage (1) mit CO2 Sammler (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführung wenigstens in Teilbereichen des Maschinenhauses (12) und / oder des Turms (11) und / oder des Fundamentbereiches (10, 10') angeordnet ist.
  7. Windenergieanlagen (1) - CO2-Sammler (5) - Steuerungs- / Betriebsverfahren mit einer Windenergieanlage (1) mit CO2 Sammler (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweisend die Schritte: - Erzeugen von elektrischer Energie durch den bestimmungsgemäßen Betrieb der Windenergieanlage (1); - paralleles Erzeugen eines Luftstromes durch das Ausblasen von Luft an den rotierenden Rotorblättern (21, 22, 23), wobei durch das Ausblasen ein Sog entsteht, der weitere Außenluft lüfter- / gebläselos durch die Außenluft-Ansaugvorrichtung über die Luftführung durch die Kohlenstoffdioxidabscheidungs- und/oder -gewinnungs- / - Sammelvorrichtung / den CO2-Sammler (5) zuführt und - Sammeln von CO2 aus der zugeführten Außenluft.
  8. Windenergieanlagen (1) - CO2-Sammler (5) - Steuerungs- / Betriebsverfahren nach dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass vor und / oder nach dem Sammeln von CO2 ein Filtern der Luft und / oder ein Entfeuchten der Luft und / oder ein Entsalzen der Luft und / oder eine Staub- / Feinstaubfilterung der Luft erfolgt.
  9. Windenergieanlagen (1) - CO2-Sammler (5) - Steuerungs- / Betriebsverfahren nach einem der zwei vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Führen der Luft durch die Komponenten der Windenergieanlage (1) zunächst ein Kühlen von Windenergieanlage-Systemkomponenten und weiter ein Erwärmen und / oder Trocknen der Windenergieanlagenrotorblätter (21, 22, 23) erfolgt.
  10. Windenergieanlagen (1) - CO2-Sammler (5) - Steuerungs- / Betriebsverfahren nach einem der drei vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration der CO2-Sammler (5) in den Zeiten durchgeführt wird, in denen der erzeugte Windenergiestrom nicht über das Netz an Verbraucher abgegeben werden kann.
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