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Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zum Bereitstellen von nutzbarer Wärmeenergie.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, Biomasse beziehungsweise Biogas zu nutzen, um Wärmeenergie zur weiteren Nutzung bereitzustellen. Die Nutzung von Biomasse beziehungsweise Biogas ist jedoch nachteilhaft, da gegebenenfalls eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion bestehen kann. Ferner ist es denkbar, geothermische Energie als nutzbare Wärmeenergie zu verwenden, was jedoch mit hohen Kosten verbunden ist. Außerdem ist die Nutzung von geothermischer Energie räumlich eingeschränkt.
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Außerdem ist es denkbar, erneuerbare Energien zur Bereitstellung von nutzbarer Wärmeenergie zu nutzen. Dabei ist jedoch üblicherweise ein zusätzlicher elektrischer Widerstandsheizer oder andere Einrichtungen zur Erzeugung von nutzbarer Wärme mittels Strom, vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich wird eine Wärmepumpe betrieben, um zusätzlich Umgebungs- beziehungsweise Abwärme aufzunehmen. Dies führt zu hohen Kosten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anlage und ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen nutzbare Wärmeenergie auf besonders einfache und kostengünstige Weise besonders nachhaltig bereitgestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Anlage zum Bereitstellen von nutzbarer Wärmeenergie. Die Anlage umfasst wenigstens eine Antriebsmaschine sowie eine von der Antriebsmaschine antreibbare Welle, mittels welcher durch Antreiben der Welle mechanische Energie bereitstellbar ist. Mit anderen Worten, wird die Welle von der Antriebsmaschine angetrieben, so kann über die Welle mechanische Energie bereitgestellt werden.
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Die erfindungsgemäße Anlage umfasst ferner wenigstens eine Dissipationseinrichtung, welche auch als Dissipationsapparat bezeichnet wird und mit der von der Welle bereitgestellten mechanischen Energie versorgbar ist. Dies bedeutet, dass der Dissipationseinrichtung zumindest ein Teil der von der Welle bereitgestellten mechanischen Energie zuführbar ist. Dabei weist die Dissipationseinrichtung wenigstens einen ersten Anschluss und wenigstens einen zweiten Anschluss auf, deren jeweilige Funktion im Folgenden noch genauer erläutert wird.
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Mittels der Dissipationseinrichtung ist zumindest ein Teil der der Dissipationseinrichtung zugeführten mechanischen Energie in die von der Anlage bereitstellbare, nutzbare Wärmeenergie umwandelbar. Ferner ist die nutzbare Wärmeenergie, in die zumindest der Teil der mechanischen Energie umgewandelt wurde, in ein Fluid einspeicherbar, sodass die Dissipationseinrichtung beziehungsweise die Anlage insgesamt die nutzbare Wärmeenergie über das Fluid bereitstellen kann. In der Folge kann die in dem Fluid enthaltene Wärmeenergie genutzt werden.
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Das Fluid ist dabei der Dissipationseinrichtung über den ersten Anschluss zuführbar. Mit anderen Worten kann das Fluid beispielsweise über den ersten Anschluss in die Dissipationseinrichtung eingeleitet werden. Zum Bereitstellen der nutzbaren Wärmeenergie ist das Fluid über den zweiten Anschluss von der Dissipationseinrichtung abführbar, sodass beispielsweise das über den ersten Anschluss in die Dissipationseinrichtung eingeströmte beziehungsweise einströmende Fluid über den zweiten Anschluss aus der Dissipationseinrichtung ausströmen und dadurch bereitgestellt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Anlage stellt ein technisches Anlagenkonzept zur Erzeugung von nutzbarer Wärme in Form der nutzbaren Wärmeenergie dar. Unter der Erzeugung der nutzbaren Wärmeenergie ist zu verstehen, dass zumindest ein Teil der von der Welle bereitgestellten mechanischen Energie in die nutzbare Wärmeenergie umgewandelt wird, welche in dem Fluid gespeichert wird. Hierdurch wird das beispielsweise als Flüssigkeit ausgebildete Fluid erwärmt, sodass in dem Fluid die nutzbare Wärmeenergie enthalten ist und über das Fluid nutzbar gemacht wird beziehungsweise nutzbar ist. In der erfindungsgemäßen Anlage wird somit von der Welle bereitgestellte mechanische Energie verwendet, um nutzbare Wärmeenergie, das heißt nutzbare Wärme zu erzeugen beziehungsweise bereitzustellen.
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Beispielsweise weist die Anlage wenigstens eine geeignete Anbindung auf, über welche die Anlage mit wenigstens einer von der Anlage unterschiedlichen, weiteren Einrichtung, insbesondere fluidisch, verbindbar ist. Bei der Einrichtung handelt es sich beispielsweise um einen Wärmeverbraucher beziehungsweise um einen Wärmenutzer, dem das Fluid und somit die in dem Fluid enthaltene, nutzbare Wärmeenergie zugeführt werden kann, insbesondere über die Anbindung. Es wurde gefunden, dass sich mittels der erfindungsgemäßen Anlage nutzbare Wärmeenergie besonders einfach, kostengünstig und nachhaltig bereitstellen lässt, insbesondere, ohne dass Konkurrenzsituationen wie beispielsweise zur Nahrungsmittelbereitstellung und/oder andere Konkurrenzsituationen auftreten.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebsmaschine eine Windkraftanlage, sodass die Welle mittels Wind, das heißt mittels Windkraft, antreibbar ist. Dadurch kann die nutzbare Wärmeenergie besonders nachhaltig bereitgestellt werden, da eine erneuerbare Energie in Form von Wind genutzt wird, um die nutzbare Wärmeenergie bereitzustellen. Insbesondere kann dadurch eine besonders nachhaltige Wärmeversorgung dargestellt werden.
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Um dabei eine besonders vorteilhafte und insbesondere kosten- und bauraumgünstige Bereitstellung der Wärmeenergie zu realisieren, ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Dissipationseinrichtung in eine Gondel der Windkraftanlage integriert ist. Üblicherweise umfasst eine solche Windkraftanlage die Gondel und einen Turm, welcher an einem Boden befestigt ist. Die Gondel ist dabei drehbar an, insbesondere auf, dem Turm gelagert, wobei beispielsweise ein Rotor der Windkraftanlage drehbar an der Gondel gelagert ist. Somit ist der Rotor mit der Gondel relativ zu dem Turm mitdrehbar. Der Rotor umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Rotorblättern, über welche der Rotor von Wind antreibbar ist. Dabei ist die Welle von dem Rotor antreibbar.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Antriebsmaschine eine Wasserkraftanlage ist, sodass die Welle mittels Wasser beziehungsweise mittels Wasserkraft und somit besonders nachhaltig und umweltschonend angetrieben werden kann.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Dissipationseinrichtung als Wasserwirbelbremse ausgebildet. Ferner ist es denkbar, dass die Dissipationseinrichtung als hydrodynamischer Retarder ausgebildet ist.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Fluid zumindest Wasser aufweist beziehungsweise wenn das Fluid als Wasser ausgebildet ist. Wasser kann beispielsweise in der Wasserwirbelbremse genutzt werden, um durch Dissipation das Wasser zu erwärmen, um die nutzbare Wärmeenergie in das Wasser einzuspeichern.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Fluid zumindest ein Öl aufweist. Insbesondere kann das Fluid genau ein Öl aufweisen. Ferner ist es denkbar, dass das Fluid als geeignetes Ölgemisch ausgebildet und dabei zumindest ein Öl und wenigstens einen weiteren Bestandteil, insbesondere wenigstens eine weitere Flüssigkeit, aufweist. Bei der weiteren Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um ein weiteres, von dem Öl unterschiedliches Öl handeln. Das Öl beziehungsweise Ölgemisch kommt beispielsweise als das Fluid in dem zuvor genannten hydrodynamischen Retarder zum Einsatz. Hierdurch kann die Wärmeenergie beispielsweise besonders vorteilhaft in dem Fluid gespeichert beziehungsweise übertragen werden.
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Insbesondere kann es sich bei dem zumindest einen Öl beziehungsweise bei den Ölen um ein synthetisches Öl beziehungsweise um synthetische Öle handeln, um besonders vorteilhafte Eigenschaften des Fluid insbesondere hinsichtlich einer vorteilhaften Wärmeübertragbarkeit und/oder Wärmespeicherfähigkeit zu realisieren.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Getriebe vorgesehen, über welches die Welle von der Antriebsmaschine, insbesondere mit einer von 1 unterschiedlichen Übersetzung, antreibbar ist. Das Getriebe wird verwendet, um beispielsweise eine erste Drehzahl der Antriebsmaschine, insbesondere einer Abtriebswelle der Antriebsmaschine, in eine von der ersten Drehzahl unterschiedliche, zweite Drehzahl der Welle mittels des Getriebes umzuwandeln. Beispielsweise weist das Getriebe eine Übersetzung ins Schnelle auf, sodass die zweite Drehzahl größer als die erste Drehzahl ist. Dadurch kann die Wärmeenergie besonders effizient und somit energiegünstig und nachhaltig bereitgestellt werden. Beispielsweise ist das Getriebe in der zuvor genannten Gondel der Windkraftanlage aufgenommen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anlage wenigstens einen von der Dissipationseinrichtung, der Welle und der Antriebsmaschine unterschiedlichen, mit dem die nutzbare Wärmeenergie enthaltenen Fluid und/oder einem anderen, weiteren Fluid versorgbaren Wärmespeichersystem zum bedarfsgerechten Speichern zumindest eines Teils der nutzbaren Wärmeenergie. Dabei ist es beispielsweise vorgesehen, dass das Fluid selbst und somit die in dem Fluid enthaltene nutzbare Wärmeenergie in dem Wärmespeichersystem gespeichert werden. Dadurch kann eine besonders bedarfsgerechte Bereitstellung der Wärmeenergie realisiert werden, da es durch das Wärmespeichersystem beispielsweise möglich ist, die Wärmeenergie in Zeitphasen, in denen keine oder nur eine geringe Menge an Wärmeenergie benötigt wird, in dem Wärmespeichersystem einzuspeichern (Beladen des Speichers) und die Wärmeenergie in solchen Zeitphasen, in denen ein entsprechender Bedarf an Wärmeenergie besteht, aus dem Wärmespeicher auszuspeichern (Entladen des Speichers). Dadurch kann eine besonders effiziente und nachhaltige Bereitstellung der Wärmeenergie dargestellt werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein, insbesondere von der Dissipationseinrichtung, der Antriebsmaschine, der Welle und dem Wärmespeicher unterschiedlicher, von dem die nutzbare Energie enthaltenen Fluid durchströmbarer Wärmeübertrager vorgesehen ist, über welchen ein von dem Fluid unterschiedliches Medium infolge eines Wärmeübergangs von dem Fluid über den Wärmeübertrager an das Medium erwärmbar ist. Mit anderen Worten kann über den Wärmeübertrager ein Wärmeübergang von dem Fluid an das Medium erfolgen, wodurch das Medium erwärmt wird. Somit geht zumindest ein Teil der zunächst in dem Fluid enthaltenen Wärmeenergie an das Medium über, woraufhin beispielsweise über das Medium die Wärmeenergie genutzt werden kann. Bei dem Medium handelt es sich vorzugsweise um ein Fluid, insbesondere um eine Flüssigkeit, um dadurch die Wärmeenergie besonders effizient und nachhaltig bereitstellen und nutzen zu können.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Anlage wenigstens einen Anschluss aufweist, über welchen die Anlage direkt oder indirekt mit einem Wärmenetz, insbesondere mit einem Fern-, Nah- oder anderen Wärmenetz, fluidisch verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Dadurch kann die von der Anlage bereitgestellte Wärmeenergie, insbesondere das Fluid oder das Medium, besonders vorteilhaft in das Wärmenetz eingespeist werden, sodass die Wärmeenergie über das Wärmenetz wenigstens einem Nutzer, insbesondere einer Mehrzahl von Nutzern, effektiv und effizient zugeführt werden kann.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass die auch als Dissipationsapparat bezeichnete Dissipationseinrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie in thermische Energie apparativ weniger aufwendig und somit kostengünstiger als eine Kombination eines Generators und einer Widerstandsheizung beziehungsweise eines Elektrodenkessels zur Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie sowie zur Umwandlung der elektrischen Energie in thermische Energie ist. Somit kann Wärmeenergie besonders kostengünstig und nachhaltig bereitgestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der Umstand, dass die erzeugte Wärme im Vergleich zu Strom, kostengünstig und in großem Umfang in dem beschriebenen Wärmespeichersystem gespeichert werden kann. Dies ist bedeutsam, um eine bestmögliche Nutzung der volatilen erneuerbaren Energien wie zum Beispiel Wind- bzw. Wasserkraft zur Erzeugung nutzbarer Wärme entsprechend dem schwankenden Wärmebedarf der angeschlossenen Wärmenetze (Verbraucher) zu ermöglichen.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von nutzbarer Wärmeenergie, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Anlage. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen ersten Schritt, bei welchem wenigstens eine Welle mittels einer Antriebsmaschine angetrieben wird, wodurch mittels der Welle mechanische Energie bereitgestellt wird. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eine Dissipationseinrichtung mit der von der Welle bereitgestellten mechanischen Energie, insbesondere über die Welle, versorgt. Dabei wird beispielsweise zumindest ein Teil der von der Welle bereitgestellten mechanischen Energie in die Dissipationseinrichtung eingeleitet beziehungsweise der Dissipationseinrichtung zugeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst einen dritten Schritt, bei welchem ein Fluid in die Dissipationseinrichtung eingeleitet wird, insbesondere über einen ersten Anschluss der Dissipationseinrichtung. Mittels der Dissipationseinrichtung wird zumindest ein Teil der der Dissipationseinrichtung über die Welle zugeführten, mechanischen Energie in die nutzbare Wärmeenergie umgewandelt. Ferner wird mittels der Dissipationseinrichtung die Wärmeenergie, in die zumindest der Teil der mechanischen Energie umgewandelt wurde, in das der Dissipationseinrichtung zugeführte Fluid eingespeichert. Bei einem vierten Schritt des Verfahrens wird das die nutzbare Wärmeenergie enthaltende Fluid von der Dissipationseinrichtung abgeführt beziehungsweise aus der Dissipationseinrichtung ausgeleitet. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anlage sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nutzbare Wärmeenergie besonders vorteilhaft, effektiv, effizient und nachhaltig über Fluide bereitgestellt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird die Antriebsmaschine mittels Windkraft und/oder mittels Wasserkraft betrieben, um dadurch die Welle anzutreiben. Dadurch können erneuerbare Energien genutzt werden, um die Welle anzutreiben, das heißt um die mechanische Energie bereitzustellen, wodurch die nutzbare Wärmeenergie besonders nachhaltig bereitgestellt werden kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als die Dissipationseinrichtung eine Wasserwirbelbremse oder ein hydrodynamischer Retarder verwendet, wodurch die mechanische Energie besonders effizient in nutzbare Wärmeenergie umgewandelt werden kann.
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Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn als das Fluid eine Flüssigkeit, insbesondere zumindest Wasser oder zumindest ein Öl bzw. ein Ölgemisch, verwendet wird. Hierdurch kann die Wärmeenergie besonders effektiv und effizient in das Fluid eingespeichert werden.
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Um einen besonders vorteilhaften und effizienten Betrieb zu realisieren, ist bei einer weiteren Ausführungsform ein Getriebe vorgesehen, über welches die Welle von der Antriebsmaschine angetrieben wird, wobei mittels des Getriebes eine erste Drehzahl der Antriebsmaschinen, insbesondere einer Abtriebswelle der Antriebsmaschine, in eine gegenüber der ersten Drehzahl größere oder kleinere zweite Drehzahl der Welle umgewandelt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zum Bereitstellen von nutzbarer Wärmeenergie; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Schaltplans der Anlage.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer besonders schematischen Darstellung eine Anlage 10 zum Bereitstellen von nutzbarer Wärmeenergie, die in 1 durch einen Pfeil 12 veranschaulicht ist. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, umfasst die Anlage 10 eine in 1 besonders schematisch dargestellte Dissipationseinrichtung 14, welche mit mechanischer Energie versorgt wird. Die mechanische Energie, mit der die Dissipationseinrichtung 14 versorgt wird beziehungsweise die der Dissipationseinrichtung 14 zugeführt wird, ist in 1 durch einen Pfeil 16 veranschaulicht. Mittels der auch als Dissipationsapparat bezeichneten Dissipationseinrichtung wird zumindest ein Teil der der Dissipationseinrichtung 14 bereitgestellten mechanischen Energie in die nutzbare Wärmeenergie umgewandelt, welche mittels der Dissipationseinrichtung 14 in ein Fluid 18 (2) einspeicherbar ist beziehungsweise eingespeichert wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltplans der Anlage 10. Aus 2 ist erkennbar, dass die Anlage 10 wenigstens eine Antriebsmaschine 20 und wenigstens eine Welle 22 aufweist, welche von der Antriebsmaschine 20 antreibbar und dadurch um eine Drehachse 24, insbesondere relativ zu einem Gehäuse 26 der Dissipationseinrichtung 14, drehbar ist. Diese Drehbarkeit der Welle 22 um die Drehachse 24 ist in 2 durch einen Pfeil 28 veranschaulicht. Durch Antreiben der Welle 22 stellt diese die zuvor genannte mechanische Energie bereit, die der Dissipationseinrichtung 14 zugeführt beziehungsweise in die Dissipationseinrichtung 14 eingeleitet wird, wodurch die Dissipationseinrichtung 14 mit der mechanischen Energie versorgt wird.
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Die Dissipationseinrichtung 14 weist dabei wenigstens einen ersten Anschluss 30 auf, über welchen das beispielsweise als Flüssigkeit ausgebildete Fluid 18 der Dissipationseinrichtung 14 zugeführt, insbesondere in die Dissipationseinrichtung 14 eingeleitet, wird, was in 2 durch einen Pfeil 32 veranschaulicht ist. In der Dissipationseinrichtung 14 wird - wie zuvor beschrieben - zumindest ein Teil der von der Welle 22 bereitgestellten mechanischen Energie in die nutzbare Wärmeenergie umgewandelt. Ferner wird mittels der Dissipationseinrichtung 14 die nutzbare Wärmeenergie, die aus der von der Welle 22 bereitgestellten mechanischen Energie gewonnen beziehungsweise erzeugt wurde, in das Fluid 18 eingespeist, das heißt eingespeichert. Somit enthält das Fluid 18 nach dem Einspeichern der nutzbaren Wärmenergie die nutzbare Wärmeenergie, wobei das Fluid 18 durch das Einspeichern der nutzbaren Wärmeenergie in das Fluid 18 erwärmt wird. Insbesondere wird das Fluid 18 mittels der Dissipationseinrichtung 14 durch Dissipation unter Nutzung der von der Welle 22 bereitgestellten mechanischen Energie erwärmt, wodurch die mechanische Energie in die Wärmeenergie umgewandelt und die Wärmeenergie in dem Fluid 18 gespeichert wird.
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Die Dissipationseinrichtung 14 weist dabei wenigstens einen zweiten Anschluss 34 auf, über welchen das erwärmte und somit die nutzbare Wärmeenergie enthaltene Fluid 18 von beziehungsweise aus der Dissipationseinrichtung 14 abgeführt wird. Dies ist in 2 durch einen Pfeil 36 veranschaulicht. Bezogen auf eine Strömungsrichtung des Fluids 18 durch die Anschlüsse 30 und 34 und durch die Dissipationseinrichtung 14 weist das Fluid 18 stromauf der Dissipationseinrichtung 14 beziehungsweise stromauf des ersten Anschlusses 30 eine erste Temperatur auf, welche beispielsweise mittels eines ersten Temperatursensors 38 erfasst wird beziehungsweise erfasst werden kann. Stromab der Dissipationseinrichtung 14 beziehungsweise des Anschlusses 34 weist das Fluid 18 eine gegenüber der ersten Temperatur höhere, zweite Temperatur auf, welche beispielsweise mittels eines zweiten Temperatursensors 40 erfasst wird beziehungsweise erfasst werden kann.
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Bei dem in den FIG veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Anlage 10 einen von dem Fluid 18 durchströmbaren, insbesondere geschlossenen, Kreislauf 42 auf. Dabei ist in dem Kreislauf 42 eine Pumpe 44 der Anlage 10 angeordnet, wobei das Fluid 18 mittels der Pumpe 44 durch den Kreislauf 42 gefördert werden kann. Beispielsweise wird das Fluid 18 mittels der Pumpe 44 aus einem Reservoir durch den Kreislauf 42 beziehungsweise zu der Dissipationseinrichtung 14 gefördert. Dabei ist beispielsweise, insbesondere stromab des Anschlusses 34, in dem Kreislauf 42 ein Volumenstrommessgerät 46 angeordnet, mittels welchem ein Volumenstrom des Fluids 18, insbesondere durch den Kreislauf 42, erfasst werden kann.
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Über die Anschlüsse 30 und 34 sind beispielsweise jeweilige Leitungen beziehungsweise Rohrleitungen an die Dissipationseinrichtung 14 angeschlossen und somit fluidisch mit der Dissipationseinrichtung 14 verbunden, sodass über die Leitungen das Fluid der Dissipationseinrichtung 14 zugeführt beziehungsweise von der Dissipationseinrichtung 14 abgeführt werden kann. Die Leitungen sind beispielsweise in ein System integriert, welches weitere Leitungen, Pumpen, Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen, Wärmeübertrager und/oder gegebenenfalls weitere Komponenten umfassen kann. Diese Komponenten dienen der Bereitstellung und Übertragung beziehungsweise Nutzung der erzeugten Wärmeenergie, beispielsweise durch angeschlossene Verbraucher und/oder zur Speicherung der Wärmeenergie in wenigstens einem angeschlossenen Wärmespeichersystem.
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Bei dem in den FIG veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfasst das genannte Wärmespeichersystem wenigstens einen auch als Speicher bezeichneten Wärmespeicher 48, welcher beispielsweise in dem Kreislauf 42 angeordnet und dabei beispielsweise als das zuvor genannte Reservoir ausgebildet ist. Von dem Anschluss 34 kommend kann das die nutzbare Wärmeenergie enthaltene Fluid, insbesondere über Ventile 50 und 52, dem Wärmespeicher 48 zugeführt und insbesondere in dem Wärmespeicher 48 gespeichert werden, wodurch die erzeugte nutzbare Wärmeenergie in dem Wärmespeicher 48 gespeichert wird. Die Nutzung des Wärmespeichers 48 ermöglicht es, die anfallende Wärmeenergie während Zeitspannen, in denen keine oder ein nur geringer Bedarf an Wärmeenergie besteht, zu speichern (Wärmespeicher laden)und in Zeitspannen, in denen ein entsprechender Bedarf an Wärmeenergie besteht, dem Speicher zu entnehmen (Wärmespeicher entladen). Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Erzeugung der Wärmeenergie beispielsweise mittels fluktuierender Wärmeerzeugung durch Windkraftanlagen, und der Bedarf beziehungsweise Verbrauch an Wärmeenergie, beispielsweise durch ein Nah-, Fern- oder anderes Wärmenetz, zeitlich nicht zueinander passen beziehungsweise zusammenfallen.
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Beispielsweise über ein in dem Kreislauf 42 angeordnetes Ventil 54 kann das Fluid 18 aus dem Wärmespeicher 48 der Pumpe 44 zugeführt und mittels dieser zu der Dissipationseinrichtung 14 gefördert werden.
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Die Anlage 10 umfasst ferner wenigstens einen Wärmeübertrager 56, welcher von dem die erzeugte, nutzbare Wärmeenergie enthaltenden Fluid durchströmbar ist. Beispielsweise über Ventile 58 und 60 kann das Fluid dem Wärmeübertrager 56 zugeführt beziehungsweise von dem Wärmeübertrager 56 abgeführt werden.
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Ferner kann dem Wärmeübertrager 56 ein von dem Fluid unterschiedliches, zusätzlich zu dem Fluid vorgesehenes Medium zugeführt werden, was in 1 durch einen Pfeil 62 veranschaulicht ist. Das Medium kann den Wärmeübertrager 56 durchströmen und - wie in 2 durch einen Pfeil 64 veranschaulicht ist - über den Wärmeübertrager 56 abgeführt werden. Bei dem Medium handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit, welche mittels des Fluids 18 beziehungsweise mittels der in dem Fluid 18 enthaltenen Wärmeenergie erwärmt werden kann. Über den Wärmeübertrager 56 kann ein Wärmeübergang von dem die Wärmeenergie enthaltenden Fluid 18 an das Medium erfolgen, wodurch das Fluid 18 gekühlt und das Medium erwärmt wird. Nach dem Wärmeübertrager 56 kann das Fluid 18 beispielsweise über die Pumpe 44 zu der Dissipationseinrichtung 14 strömen und mittels der Dissipationseinrichtung 14 wieder erwärmt werden.
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Durch den geschilderten Wärmeübergang ist zumindest ein Teil der erzeugten Wärmeenergie dann in dem Medium enthalten, sodass die Wärmeenergie über das Medium bereitgestellt und insbesondere nutzbar gemacht beziehungsweise genutzt werden kann. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Anlage 10 wenigstens einen in den FIG nicht näher dargestellten Anschluss aufweist, über welchen die Anlage 10 mit einem Fern- oder Nahwärmenetz fluidisch direkt oder indirekt verbindbar ist. Über den Anschluss kann dann die von der Anlage 10 bereitgestellte nutzbare Wärmeenergie in das Fern-, Nah- beziehungsweise sonstige Wärmenetz eingespeist werden, indem beispielsweise über den Anschluss das Medium aus der Anlage 10 ausströmt und zu dem angeschlossenen Wärmenetz strömt. Das erwärmte und dadurch warme Medium kann dann als Wärmeträger für unterschiedliche Nutzungsmöglichkeiten genutzt werden.
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Die Anlage 10 umfasst ferner einen Temperatursensor 66, mittels welchem beispielsweise eine Temperatur des Wärmespeichers 48 und/oder des im Wärmespeicher 48 gespeicherten Fluids 18 erfasst werden kann. Um eine besonders nachhaltige Erzeugung und Bereitstellung der Wärmeenergie realisieren zu können, ist die Antriebsmaschine 20 beispielsweise als Windkraftanlage oder als Wasserkraftanlage ausgebildet. Besonders vorteilhaft findet eine zumindest im Wesentlichen direkte Kombination aus Windkraftanlage und Dissipationsapparat (Dissipationseinrichtung 14) statt. Dabei sind beispielsweise zwei Ausführungsformen denkbar: Bei einer ersten der Ausführungsformen ist die Dissipationseinrichtung 14 beispielsweise in eine Gondel der Windkraftanlage integriert. Die Windkraftanlage umfasst dabei die Gondel und einen Turm, welcher beispielsweise an einem Boden befestigt ist. Dabei ist die Gondel an, insbesondere auf, dem Turm drehbar gelagert und kann sich somit um eine Drehachse relativ zu dem Turm drehen. Ferner umfasst die Windkraftanlage einen drehbar an der Gondel gelagerten Rotor, welcher um eine zweite Drehachse relativ zu der Gondel und relativ zu dem Turm drehbar ist. Dabei verläuft die zweite Drehachse zumindest im Wesentlichen senkrecht zur ersten Drehachse, wobei der Rotor mit der Gondel um die erste Drehachse relativ zu dem Turm mitdrehbar ist. Dabei umfasst der Rotor beispielsweise eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten Rotorblättern, welche von Wind beziehungsweise Windkraft antreibbar sind. Dabei ist die Welle 22 von dem Rotor antreibbar und somit um die Drehachse 24 drehbar. Dabei fällt beispielsweise die Drehachse 24 mit der zweiten Drehachse zusammen.
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Der Rotor ist beispielsweise mit einer Abtriebswelle der Antriebsmaschine 20 koppelbar oder gekoppelt, insbesondere drehfest verbunden, sodass die Abtriebswelle von dem Rotor antreibbar ist. Dabei ist beispielsweise die Welle 22 von der Abtriebswelle antreibbar.
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Bei einer Ausführungsform weist die Windkraftanlage beispielsweise einen Generator auf, welcher von der Abtriebswelle beziehungsweise über die Abtriebswelle von dem Rotor antreibbar ist. Dadurch kann mittels des Generators von der Abtriebswelle bereitgestellte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt und bereitgestellt werden. Der Generator ist dabei vorzugsweise in der Gondel aufgenommen. Soll beispielsweise direkt Wärme beziehungsweise Wärmeenergie erzeugt werden, kann auf den Generator verzichtet werden beziehungsweise der Generator kann entfallen. Dann nimmt beispielsweise die Dissipationseinrichtung 14 den Platz des Generators ein, wodurch es ausgehend von einer einen solchen Generator umfassenden Windkraftanlage nur geringer Änderungen an der Windkraftanlage bedarf. Die Zu- beziehungsweise Abfuhr des als Wärmeträgermedium fungierenden Mediums und/oder des als Wärmeträgermedium fungierenden Fluids 18 erfolgt beispielsweise über Rohrleitungen innerhalb des Turms der Windkraftanlage.
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Möglich ist auch eine Ausführungsform, bei der zusätzlich zum Generator, mittels entsprechend regelbarer Übertragungseinrichtungen für mechanische Energie, die Dissipationseinrichtung 14 zur Erzeugung von Wärmeenergie, angetrieben wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform ist es denkbar, dass dadurch, dass der Generator entfällt, die Windkraftanlage im Vergleich zu herkömmlichen, jeweilige Generatoren aufweisenden Windkraftanlagen, kostengünstiger konstruiert werden kann. Die Masse der Gondel wird geringer. Dabei kann sich die Dissipationseinrichtung 14 am Fuße der Windkraftanlage und dabei innerhalb oder außerhalb des Turms befinden und ist beispielsweise mechanisch mit der Welle 22 beziehungsweise mit der Abtriebswelle gekoppelt oder koppelbar, sodass über die Welle 22 die von der Welle 22 bereitgestellte mechanische Energie der Dissipationseinrichtung 14 zugeführt werden kann.
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Die Dissipationseinrichtung 14 ist beispielsweise als Wasserwirbelbremse ausgebildet, sodass als das Fluid 18 Wasser verwendet wird. Das Wasser ist ein Arbeits- und Kühlmittel der Dissipationseinrichtung 14.
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Ferner ist es denkbar, dass die Dissipationseinrichtung 14 als hydrodynamischer Retarder ausgebildet ist. Hierbei wird als das Fluid 18 zumindest ein Öl bzw. Ölgemisch oder Wasser verwendet, sodass das Öl beziehungsweise das Wasser ein Arbeitsmittel des hydrodynamischen Retarders ist. Als Kühlmittel der Dissipationseinrichtung 14 wird beispielsweise ein beliebiges Kühlmittel verwendet.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn beispielsweise bezogen auf einen Kraft- beziehungsweise Drehmomentfluss von der Antriebsmaschine 20 zur Dissipationseinrichtung 14 zwischen der Dissipationseinrichtung 14 und der Antriebsmaschine 20, insbesondere zwischen der Antriebsmaschine 20 beziehungsweise deren Abtriebswelle und der Welle 22, ein Getriebe angeordnet ist, welches vorzugsweise eine von 1 unterschiedliche Übersetzung aufweist. Mittels des Getriebes wird beispielsweise eine erste Drehzahl der Antriebsmaschine 20, insbesondere der Abtriebswelle der Antriebsmaschine 20, in eine zweite Drehzahl der Welle 22 umgewandelt, wobei die zweite Drehzahl der Welle 22 kleiner oder vorzugsweise größer als die erste Drehzahl ist. Dadurch kann die Welle 22 besonders vorteilhaft angetrieben werden und einen besonders hohen Betrag an mechanischer Energie bereitstellen, sodass ein besonders hoher Betrag an nutzbarer Wärmeenergie erzeugt und bereitgestellt werden kann.
