DE102022121775A1

DE102022121775A1 - Wind turbine

Info

Publication number: DE102022121775A1
Application number: DE102022121775.2A
Authority: DE
Inventors: Harry Evers
Original assignee: Evers Holding & Consulting GmbH
Current assignee: Evers Holding & Consulting GmbH
Priority date: 2022-08-29
Filing date: 2022-08-29
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Eine Windkraftanlage (1) mit einem Turm (2), einer Gondel (3) auf dem Turm (2), einem Generator (7) mit einer horizontal angeordneten Welle (6) in der Gondel (3), einer horizontal drehbaren Rotorblattanordnung (4), die vertikal in Richtung der Erstreckung des Turms (2) ausgerichtete Rotorblätter (5) hat und horizontal drehbar an der horizontal in der Gondel (3) angeordneten Welle (6) des Generators (7) angeordnet ist, wird beschrieben. Mindestens eine Vertikal-Windkrafteinheit (8) ist im unteren Bereich des Turms (2) angeordnet, die um eine vertikale Drehachse, die in Erstreckungsrichtung des Turms (2) ausgerichtet ist, drehbar an einer Welle eines Vertikal-Windrad-Generators (8) angeordnet ist. Im unteren Bereich des Turms (2) ist mindestens eine um den Turm (2) herumgreifende Schelle (10) mit dem Turm (2) verbunden, wobei die Schelle (10) mindestens einen vom Turm (2) wegragenden Tragarm (11) hat, an dem jeweils eine Vertikal-Windkrafteinheit (8) angeordnet ist.A wind turbine (1) with a tower (2), a nacelle (3) on the tower (2), a generator (7) with a horizontally arranged shaft (6) in the nacelle (3), a horizontally rotatable rotor blade arrangement (4 ), which has rotor blades (5) aligned vertically in the direction of the extension of the tower (2) and is arranged horizontally rotatable on the shaft (6) of the generator (7) arranged horizontally in the nacelle (3), is described. At least one vertical wind power unit (8) is arranged in the lower region of the tower (2), which is rotatably arranged on a shaft of a vertical wind turbine generator (8) about a vertical axis of rotation which is aligned in the direction of extension of the tower (2). is. In the lower area of the tower (2), at least one clamp (10) which extends around the tower (2) is connected to the tower (2), the clamp (10) having at least one support arm (11) projecting away from the tower (2), on which a vertical wind power unit (8) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit:

- einem Turm
- einer Gondel auf dem Turm,
- einem Generator mit einer horizontal angeordneten Welle in der Gondel,
- einer horizontal drehbaren Rotorblattanordnung, die vertikal in Richtung der Erstreckung des Turms ausgerichtete Rotorblätter hat und horizontal drehbar an der horizontal in der Gondel angeordneten Welle des Generators angeordnet ist,

wobei mindestens eine Vertikal-Windkrafteinheit im unteren Bereich des Turms angeordnet ist, die um eine vertikale Drehachse, die in Erstreckungsrichtung des Turms ausgerichtet ist, drehbar an einer Welle eines Vertikal-Windrad-Generators angeordnet ist.The invention relates to a wind turbine with:

- a tower
- a gondola on the tower,
- a generator with a horizontally arranged shaft in the nacelle,
- a horizontally rotatable rotor blade arrangement, which has rotor blades aligned vertically in the direction of the extension of the tower and is arranged horizontally rotatable on the shaft of the generator arranged horizontally in the nacelle,

wherein at least one vertical wind power unit is arranged in the lower region of the tower, which is rotatably arranged on a shaft of a vertical wind turbine generator about a vertical axis of rotation which is aligned in the direction of extension of the tower.

Derartige horizontale Windräder sind auf dem Festland und Offshore zahlreich installiert und an ein Elektrizitätsnetz angeschlossen.Such horizontal wind turbines are installed in large numbers on the mainland and offshore and are connected to an electricity grid.

Die Aufstellung neuer Windräder ist aufwendig und erfordert Genehmigungen, Anschlüsse an das Energieversorgungsnetz und geeignete Standorte.Setting up new wind turbines is complex and requires permits, connections to the energy supply network and suitable locations.

DE 38 28 361 A1 beschreibt eine windstärkenabhängig gesteuerte, um die Vertikalachse drehende Windkraftanlage mit festen und beweglichen Rotorblättern. Bei einer solchen sich um die Vertikalachse drehenden Windkraftanlage mit automatischer Drehzahlregelung mit festen und beweglichen Rotorblättern kann die Windaufschlagfläche ohne Unterbrechung von der Mittelverkleidung bis an den Rand des beweglichen Rotorblatts durchlaufen und somit die Windkraft voll aufnehmen. DE 38 28 361 A1 describes a wind turbine that is controlled depending on the wind strength and rotates around the vertical axis with fixed and movable rotor blades. In such a wind turbine rotating around the vertical axis with automatic speed control with fixed and movable rotor blades, the wind impact surface can run without interruption from the center fairing to the edge of the movable rotor blade and thus fully absorb the wind power.

DE 10 2005 029 478 A1 offenbart eine Duplex-Windkraftanlage, die aus zwei in einem einzigen senkrechten Mast gelagerten Windrädern besteht, die als Reaktionsturbinen arbeiten. Das eine horizontale Windrad ist aus einem auf einer horizontal gelagerten Welle befestigten Propellerrad mit mindestens einem schwenkbar auf einer Nabe drehbar angeordneten Rotorblatt gebildet. Das zweite Windrad ist aus einer sich um den vertikal erstreckenden Mast konzentrisch zu diesem angeordneten, sich drehenden Schaufelradturbine mit mindestens einer Schaufel gebildet. Diese sich vertikal ersteckenden Schaufeln sind schwenkbar auf einer oberen und unteren Befestigungsplatte gelagert. Die sich bis zur Gondel entlang der Rotorblätter der ersten horizontalen Windkraftanlage hinauf erstreckenden Schaufeln bilden mit der Außenwandung des Mastes einen in seiner Breite veränderbaren Spalt, sodass die aus dem Spalt abströmende Luft auf die Rotorblätter der horizontalen Windkraftanlage einen zusätzlichen Impuls verleiht. DE 10 2005 029 478 A1 discloses a duplex wind turbine that consists of two wind turbines mounted in a single vertical mast that work as reaction turbines. The one horizontal wind turbine is formed from a propeller wheel attached to a horizontally mounted shaft with at least one rotor blade pivotably arranged on a hub. The second wind turbine is formed from a rotating blade wheel turbine with at least one blade which is arranged around the vertically extending mast concentrically thereto. These vertically extending blades are pivotally mounted on an upper and lower mounting plate. The blades, which extend up to the nacelle along the rotor blades of the first horizontal wind turbine, form a gap with the outer wall of the mast that can be changed in width, so that the air flowing out of the gap gives the rotor blades of the horizontal wind turbine an additional impulse.

DE 198 53 790 A1 offenbart eine Windkraftanlage mit einem sich in horizontaler Richtung drehenden Rotor, der eine Vielzahl von Rotorblättern aufweist. Diese sich um eine vertikale Achse drehenden Rotorblätter sind nachträglich an bereits vorhandenen Masten einer horizontalen Windkraftanlage vorgesehen, wobei der zentrale Mast die Drehachse bildet. DE 198 53 790 A1 discloses a wind turbine with a horizontally rotating rotor having a plurality of rotor blades. These rotor blades, which rotate about a vertical axis, are subsequently provided on existing masts of a horizontal wind turbine, with the central mast forming the axis of rotation.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Windkraftanlage zu schaffen.Based on this, it is the object of the present invention to create an improved wind turbine.

Die Aufgabe wird mit der Windkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The task is solved with the wind turbine with the features of claim 1. Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Es wird vorgeschlagen, dass bei einer Duplex-Windanlage mit einer Horizontal-Windkrafteinheit und mindestens einer Vertikal-Windkrafteinheit im unteren Bereich des Turms der Horizontal-Windkrafteinheit im unteren Bereich des Turms mindestens eine um den Turm herumgreifende Schelle mit dem Turm verbunden ist. Die Schelle hat mindestens einen vom Turm wegragenden Tragarm, an dem jeweils eine Vertikal-Windkrafteinheit angeordnet ist.It is proposed that in a duplex wind turbine with a horizontal wind power unit and at least one vertical wind power unit in the lower region of the tower of the horizontal wind power unit in the lower region of the tower, at least one clamp reaching around the tower is connected to the tower. The clamp has at least one support arm projecting away from the tower, on each of which a vertical wind power unit is arranged.

Damit ist die mindestens eine Vertikal-Windkrafteinheit nicht um den Turm herum angeordnet, sodass der Turm nicht die Drehachse bildet. Vielmehr ist die Vertikal-Windkrafteinheit durch die Schelle und den Tragarm im Abstand von dem Turm positioniert.The at least one vertical wind power unit is therefore not arranged around the tower, so that the tower does not form the axis of rotation. Rather, the vertical wind power unit is positioned at a distance from the tower by the clamp and the support arm.

Damit kann eine Vertikal-Windkrafteinheit nachträglich mit Hilfe mindestens einer Schelle an einem bereits vorhandenen Turm einer Horizontal-Windkraftanlage montiert werden und den am Turm vorbei oder auf den Turm gerichteten Luftstrom optimal ausnutzten.This means that a vertical wind turbine unit can be subsequently mounted on an existing tower of a horizontal wind turbine using at least one clamp and optimally utilize the air flow directed past the tower or onto the tower.

Mit Hilfe der Schelle und des Tragarms gelingt es, herkömmliche handelsübliche Vertikal-Windkrafteinheiten nachträglich zu installieren. Es müssen nicht spezielle Vertikal-Windkrafteinheiten konstruiert und gefertigt werden, die um den Mast herum rotierend gelagert sind.With the help of the clamp and the support arm, it is possible to subsequently install conventional commercially available vertical wind turbines. There is no need to design and manufacture special vertical wind turbine units that rotate around the mast.

An einer solchen Schelle lassen sich auch mehrere Tragarme in beliebiger Ausführung anordnen, sodass zur Erhöhung des Wirkungsgrads der Windkraftanlage eine gewünschte Anzahl von Vertikal-Windkrafteinheiten nachgerüstet werden kann.Several support arms of any design can be arranged on such a clamp, so that a desired number of vertical wind turbine units can be retrofitted to increase the efficiency of the wind turbine.

Eine solche Nachrüstung ist insofern einfach, da vorhandene Horizontal-Windkraftanlagen bereits über eine Übergabestation, die bspw. einen Wechselrichter und/oder Transformator aufweist, zum Anschluss an ein bestehendes Hochspannungs-Energieversorgungsnetz verfügen. Die mindestens eine Vertikal-Windkrafteinheit muss dann nur noch elektrisch mit dieser Übergabestation verbunden werden.Such a retrofit is simple because existing horizontal wind turbines already have a transfer station, which has, for example, an inverter and/or transformer, for connection to an existing high-voltage energy supply network. The at least one vertical wind power unit then only needs to be electrically connected to this transfer station.

Zudem ist die Installation von Vertikal-Windkrafteinheiten in Deutschland bis zu einer Höhe von 15 Meter ohne Genehmigung zulässig. Daher kann eine genehmigungsfreie Nachrüstung auf vorhandenem Baugebiet schnell und einfach vorgenommen werden.In addition, the installation of vertical wind turbines in Germany is permitted up to a height of 15 meters without a permit. Therefore, a permit-free retrofitting on an existing building site can be carried out quickly and easily.

Die Schelle ist vorzugsweise formschlüssig mit dem Turm verbunden. Durch die üblicherweise konische Ausführung eines Turms kann eine Schelle mit einem vorgegebenen Querschnitt an einem konischen Turm aufliegen.The clamp is preferably connected to the tower in a form-fitting manner. Due to the usually conical design of a tower, a clamp with a predetermined cross-section can rest on a conical tower.

Vorteilhaft ist es, wenn die Schelle reibschlüssig mit dem Turm verbunden ist. Dann wird sie mit einer hinreichenden Anpresskraft an dem Turm verspannt.It is advantageous if the clamp is frictionally connected to the tower. It is then clamped to the tower with sufficient contact pressure.

Die Schelle kann zwei teilkreisförmig gebogene Schellenteile haben, die an ihren Enden jeweils zusammen zu einer den Turm umfassenden Schelle verbunden und mit dem Turm verspannt sind. Damit können diese beiden Teile zunächst an den Turm angelehnt und dann zu einer den Turm umfangsseitig umschließenden Schelle zusammengefügt werden. Dies schließt nicht aus, dass die Schelle über die zwei teilkreisförmig gebogenen Schellenteile noch weitere Schellenteile hat, um so eine mehr als zweiteilige Schelle zu bilden. Die aus zwei teilkreisförmig gebogenen Schellenteilen gebildete Schelle ist somit im Sinne von einer aus mindestens zwei Schellenteilen gebildeten Schelle zu verstehen.The clamp can have two partially circular clamp parts, each of which is connected at its ends to form a clamp surrounding the tower and clamped to the tower. This means that these two parts can first be leaned against the tower and then joined together to form a clamp that surrounds the circumference of the tower. This does not rule out the possibility that the clamp has further clamp parts in addition to the two part-circle bent parts in order to form a more than two-part clamp. The clamp formed from two partially circular clamp parts is therefore to be understood in the sense of a clamp formed from at least two clamp parts.

Um den Umfang der Schelle herum können mehrere Vertikal-Windkrafteinheiten verteilt angeordnet sein. Damit kann der um den Turm herum verfügbare Platz vorteilhaft für mehrere Vertikal-Windkrafteinheiten genutzt werden, um den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen.Several vertical wind turbine units can be arranged distributed around the circumference of the clamp. This means that the space available around the tower can be used advantageously for several vertical wind turbine units to further increase efficiency.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die mehreren Vertikal-Windkrafteinheiten, die an einer gemeinsamen Schelle angeordnet sind, symmetrisch um den Umfang des Turms angeordnet sind. Dabei können jeweils ein Paar von Vertikal-Windkrafteinheiten einander gegenüberliegend an einer Schelle positioniert sein. Auf diese Weise werden die durch die Vertikal-Windkrafteinheiten über die Schelle auf den Turm übertragenen Kräfte, Momente und Vibrationen möglichst gering gehalten, indem sich diese vorzugsweise durch eine gegenläufige Ausrichtung aufheben.It is advantageous if the several vertical wind power units, which are arranged on a common clamp, are arranged symmetrically around the circumference of the tower. A pair of vertical wind power units can be positioned opposite each other on a clamp. In this way, the forces, moments and vibrations transmitted to the tower by the vertical wind power units via the clamp are kept as low as possible by preferably canceling them out through an opposite orientation.

Die Windkraftanlage kann auch mehrere Schellen mit daran am Tragarm befestigten Vertikal-Windkrafteinheiten haben, die in vertikaler Richtung übereinander an dem Turm angeordnet sind. Damit kann die verfügbare Höhe des Turms durch übereinander angeordnete Schellen optimal ausgenutzt werden.The wind turbine can also have several clamps with vertical wind turbine units attached to the support arm, which are arranged one above the other on the tower in the vertical direction. This means that the available height of the tower can be optimally utilized by placing clamps one above the other.

Denkbar ist aber auch, dass sich von einer unteren Schelle zu einer oberen Schelle helixartig mindestens ein sich horizontal erstreckendes und, zumindest teilweise, um den Turm gewundenes Basisteil erstreckt, an dem dann jeweils Tragarme in unterschiedlichen Höhen angeordnet sind. Damit können die übereinander angeordneten Vertikal-Windkraftanlagen bei reduziertem Montageaufwand versetzt zueinander sein.However, it is also conceivable that at least one horizontally extending base part extending helically from a lower clamp to an upper clamp extends, at least partially, around the tower, on which support arms are then arranged at different heights. This means that the vertical wind turbines arranged one above the other can be offset from one another with reduced assembly effort.

Die Vertikal-Windkrafteinheiten können mit vertikalen Stützen zum Boden und/oder mit diagonalen Stützen zum Turm hin abgestützt sein. Auf diese Weise können die Kräfte und Momente der Vertikal-Windkrafteinheiten noch besser auf den Turm abgeleitet werden.The vertical wind power units can be supported with vertical supports towards the ground and/or with diagonal supports towards the tower. In this way, the forces and moments of the vertical wind power units can be transferred even better to the tower.

Die von der mindestens einen Vertikal-Windkrafteinheit durch den Vertikal-Windrad-Generator bereitgestellte elektrische Energie kann zur Steuerung der Horizontal-Windkrafteinheit an der Gondel verwendet werden. So kann bspw. ein Drehen der Gondel für die Ausrichtung der horizontal drehbaren Rotorblattanordnung durch die elektrische Energie vorgenommen werden, die mit der mindestens einen Vertikal-Windkrafteinheit zur Verfügung gestellt wird. In diesem Zeitpunkt muss die Horizontal-Windkrafteinheit noch nicht in Betrieb sein und es ist auf diese Weise keine externe Energiezufuhr notwendig. Die Windkraftanlage kann damit vollkommen energieautark betrieben werden. Sie kann so ausgelegt sein, dass sie nur elektrische Energie in ein Energieversorgungsnetz einspeist, nicht aber Energie aus dem Energieversorgungsnetz für den eigenen Betrieb entnimmt. Hierdurch sind die Übergabeelektronik und die Abrechnung vereinfacht.The electrical energy provided by the at least one vertical wind turbine through the vertical wind turbine generator can be used to control the horizontal wind turbine on the nacelle. For example, the nacelle can be rotated to align the horizontally rotatable rotor blade arrangement using the electrical energy provided by the at least one vertical wind power unit. At this point in time, the horizontal wind power unit does not have to be in operation yet and in this way no external energy supply is necessary. The wind turbine can therefore be operated completely energy self-sufficiently. It can be designed in such a way that it only feeds electrical energy into an energy supply network, but does not take energy from the energy supply network for its own operation. This simplifies the transfer electronics and billing.

Die mindestens eine Vertikal-Windkrafteinheit kann an der Schelle um die vertikale Achse um den Turm herum schwenkbar angeordnet sein. Damit kann, ggf. mit Hilfe eines Aktuators, die Ausrichtung der Vertikal-Windkrafteinheit bedarfsweise an die verfügbare Windströmungsrichtung angepasst werden.The at least one vertical wind power unit can be arranged on the clamp so that it can pivot around the vertical axis around the tower. This means that, if necessary with the help of an actuator, the alignment of the vertical wind turbine unit can be adapted to the available wind flow direction if necessary.

Die Schelle kann hierzu ein Lagerelement haben, das den mindestens einen Tragarm an der Schelle beweglich und um den Turm herum schwenkbar trägt. Es kann ein Aktuator vorhanden sein, der zur gesteuerten Relativbewegung zwischen der an den Turm ortsfest angebundenen Statorseite des Lagerelementes und der an dem mindestens einen Tragarm angebundenen Rotorseite des Lagerelementes ausgebildet ist.For this purpose, the clamp can have a bearing element which supports the at least one support arm on the clamp in a movable manner and can be pivoted around the tower. An actuator may be present be, which is designed for controlled relative movement between the stator side of the bearing element, which is fixedly connected to the tower, and the rotor side of the bearing element, which is connected to the at least one support arm.

Die Schelle kann zusammen mit dem mindestens einen vom Turm wegragenden Tragarm als ein sich mindestens in einem Teilumfang um den Turm herum erstreckendes scheibenförmiges Bauelement ausgebildet sein, das eine Plattform zur Befestigung der mindestens einen Vertikal-Windkrafteinheit bildet. Dieses scheibenförmige Bauelement kann beispielsweise mehrteilig sein. Nach der Anordnung der mehreren Teile des scheibenförmigen Bauelementes an dem Außenumfang des Turms können diese zusammengefügt werden (z. B. durch Verschraubung, Vernietung oder Verschweißung von überlappenden Befestigungsabschnitten oder mit Hilfe von jeweils zwei Teile verbindenden Befestigungselementen).The clamp, together with the at least one support arm projecting away from the tower, can be designed as a disk-shaped component that extends at least in part around the tower and forms a platform for attaching the at least one vertical wind power unit. This disk-shaped component can, for example, be made up of several parts. After the several parts of the disc-shaped component have been arranged on the outer circumference of the tower, they can be joined together (e.g. by screwing, riveting or welding overlapping fastening sections or with the help of fastening elements connecting two parts).

Das scheibenförmige Bauelement kann mit Löchern durchsetzt sein. Hierzu können Öffnungen verteilt über die Fläche vorhanden sein, die sich von der Unterseite zur Oberseite der Scheibe durch die Scheibe hindurch erstrecken. Damit können das Gewicht und die Windlasten reduziert werden.The disk-shaped component can be riddled with holes. For this purpose, openings can be present distributed over the surface, which extend through the disk from the bottom to the top of the disk. This allows the weight and wind loads to be reduced.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 - Skizze einer Windkraftanlage mit mehreren Vertikal-Windkrafteinheiten;
2 - Skizze einer Windkraftanlage mit mehreren Vertikal-Windkrafteinheiten an einem scheibenförmigen Bauelement.

The invention is explained in more detail below using the accompanying drawings. Show it:

1 - Sketch of a wind turbine with several vertical wind turbine units;
2 - Sketch of a wind turbine with several vertical wind turbine units on a disk-shaped component.

1 zeigt eine Skizze einer Windkraftanlage 1 mit einem Turm 2, der an seinem oberen freien Ende eine Gondel 3 trägt. Die Gondel 3 hat einen Generator mit einer horizontal angeordneten Welle 6 in der Gondel 3, die eine horizontal drehbare Rotorblattanordnung 4 mit vertikal in Richtung der Erstreckung des Turms 2 ausgerichteten Rotorblättern 5 trägt. Diese Rotorblattanordnung 4 ist somit horizontal drehbar an der horizontal in der Gondel 3 angeordneten Welle 6 des Generators 7 angeordnet. 1 shows a sketch of a wind turbine 1 with a tower 2, which carries a nacelle 3 at its upper free end. The nacelle 3 has a generator with a horizontally arranged shaft 6 in the nacelle 3, which carries a horizontally rotatable rotor blade arrangement 4 with rotor blades 5 aligned vertically in the direction of the extension of the tower 2. This rotor blade arrangement 4 is thus arranged to be horizontally rotatable on the shaft 6 of the generator 7 which is arranged horizontally in the nacelle 3.

Im unteren Bereich des Turms 2, vorzugsweise begrenzt bis zu einer Höhe auf maximal 15 Meter, ist mindestens eine Vertikal-Windkrafteinheit 8 angeordnet, die jeweils um eine vertikale Drehachse, die in Erstreckungsrichtung des Turms 2 ausgerichtet ist, drehbar an einer Welle des Vertikal-Windkraft-Generators 9 angeordnet ist.In the lower area of the tower 2, preferably limited to a maximum height of 15 meters, at least one vertical wind power unit 8 is arranged, each of which can be rotated about a vertical axis of rotation, which is aligned in the direction of extension of the tower 2, on a shaft of the vertical Wind power generator 9 is arranged.

Die Befestigung der mindestens einen Vertikal-Windkrafteinheit 8 erfolgt mit Hilfe einer Schelle 10, die um den Außenumfang des Turms 2 mit diesem verbunden ist. Die Schelle 10 erstreckt sich um den Umfang des Turmes 2 herum und umgreift auf diese Weise den Turm 2.The at least one vertical wind power unit 8 is fastened using a clamp 10 which is connected to the tower 2 around the outer circumference. The clamp 10 extends around the circumference of the tower 2 and in this way surrounds the tower 2.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Schellen 10 in vertikaler Richtung, das heißt in Erstreckungsrichtung des Turms 2, im Abstand voneinander übereinander an dem Turm 2 angeordnet.In the exemplary embodiment shown, a plurality of clamps 10 are arranged one above the other on the tower 2 at a distance from one another in the vertical direction, that is to say in the direction of extension of the tower 2.

Die Schellen können dabei formschlüssig und bevorzugt auch reibschlüssig mit dem Turm 2 verbunden werden. Hierzu können die Schellen 10 an dem Turm 2 durch Kraft verspannt sein.The clamps can be connected to the tower 2 in a form-fitting and preferably also friction-locking manner. For this purpose, the clamps 10 can be clamped to the tower 2 by force.

Von einer Schelle 10 ragt jeweils mindestens ein Tragarm 11 ab. Der Tragarm 11 kann sich quer vom Turm 2 wegerstrecken und an seinem Endbereich jeweils eine Vertikal-Windkrafteinheit 8 tragen. Auf diese Weise sind die Vertikal-Windkrafteinheiten 8 im Abstand vom Turm 2 im unteren Bereich des Turms 2 fest montiert. Die Schaufeln der Vertikal-Windkrafteinheiten 8 drehen sich dabei um eine vertikale Achse, die sich im Abstand vom Turm 2 parallel dazu erstreckt.At least one support arm 11 projects from each clamp 10. The support arm 11 can extend transversely from the tower 2 and carry a vertical wind power unit 8 at its end region. In this way, the vertical wind power units 8 are firmly mounted at a distance from the tower 2 in the lower area of the tower 2. The blades of the vertical wind power units 8 rotate about a vertical axis which extends parallel to it at a distance from the tower 2.

Die Vertikal-Windkrafteinheiten 8 bzw. ihre Tragarme 11 können mit diagonalen Stützen 12 zum Turm 2 oder zum Boden 13 hin abgestützt sein. Diese diagonalen Stützen 12 können auch als Streben bezeichnet werden.The vertical wind power units 8 or their support arms 11 can be supported with diagonal supports 12 towards the tower 2 or towards the floor 13. These diagonal supports 12 can also be referred to as struts.

Weiterhin können die Vertikal-Windkrafteinheiten 8 bzw. die Endbereiche der Tragarme 11 mit vertikalen Stützen 14 zum Boden hin im Abstand zum Turm 2 abgestützt werden. Damit können die über einen Tragarm 11 und die Schelle 10 auf den Turm 2 wirkenden Kippmomente und einseitige Belastungen besser abgefangen werden.Furthermore, the vertical wind power units 8 or the end regions of the support arms 11 can be supported with vertical supports 14 towards the ground at a distance from the tower 2. This means that the tilting moments and one-sided loads acting on the tower 2 via a support arm 11 and the clamp 10 can be better absorbed.

Als Vertikal-Windkrafteinheiten 8 sind vertikale Windräder diverser Bauformen geeignet, wie z. B. Vertikal-Windkrafteinheiten 8 mit Savonius-Rotor, Darrieus-Rotor, H-Darrieus-Rotor und dergleichen.Vertical wind turbines of various designs are suitable as vertical wind power units 8, such as. B. Vertical wind power units 8 with Savonius rotor, Darrieus rotor, H-Darrieus rotor and the like.

Mit dieser Windkraftanlage 1 ist eine Nachrüstung von Vertikal-Windkrafteinheiten 8 auf einer bis mehreren Ebenen möglich. Pro Ebene können eine oder mehrere Vertikale-Windkrafteinheiten 8 auf dem Umfang verteilt (gleich verteilt oder ungleich verteilt) angeordnet werden.With this wind turbine 1, vertical wind turbine units 8 can be retrofitted on one to several levels. One or more vertical wind power units 8 can be arranged per level distributed around the circumference (equally distributed or unequally distributed).

Zur Reduzierung von Schwingungen oder zur Verbesserung der Stabilität und Reduzierung der Belastung des Turms 2 können Stützen jeglicher Art, wie bspw. die vertikalen und/oder diagonalen Stützen, optional ergänzt werden.To reduce vibrations or to improve the stability and reduce the load on the tower 2, supports of any kind, such as vertical and/or diagonal supports, can be optionally added.

Die Befestigung der Vertikal-Windkrafteinheiten 8 erfolgt mit Hilfe einer Schelle 10, das heißt durch einen Ring, der optional als Presspassung an dem Turm 2 angebracht werden kann. Damit lassen sich jegliche Bohrungen und Veränderungen am Turm 2 verhindern.The vertical wind power units 8 are fastened with the help of a clamp 10, that is to say by a ring, which can optionally be attached to the tower 2 as a press fit. This prevents any drilling or changes to tower 2.

Bis zu 15 Meter Bauhöhe ist keine Genehmigung für eine solche Nachrüstung erforderlich. Damit können existierende Standorte schnell und einfach aufgerüstet werden, um den Wirkungsgrad der Windkraftanlage 1 zu erhöhen. Daher ist es vorteilhaft, wenn an einem Turm 2 oberhalb von 15 Metern keine Vertikal-Windkrafteinheit 8 an der Windkraftanlage angeordnet ist.No approval is required for such retrofitting up to a height of 15 meters. This means that existing locations can be upgraded quickly and easily in order to increase the efficiency of the wind turbine 1. It is therefore advantageous if no vertical wind power unit 8 is arranged on the wind turbine on a tower 2 above 15 meters.

Die an der Schelle 10 mit Tragarm 11 angeordneten Vertikal-Windkrafteinheiten 8 müssen nicht gegen eine Windrichtung ausgerichtet sein, da sie mit Hilfe ihrer Schaufeln windunabhängig sind.The vertical wind power units 8 arranged on the clamp 10 with support arm 11 do not have to be aligned against a wind direction, since they are independent of the wind with the help of their blades.

Die Vertikal-Windkrafteinheiten 8 können elektrisch vor Ort durch Leitungsverbindungen einfach an bestehende Frequenzumrichter, Transformatoren und sonstige Elektronik angeschlossen werden, die zum Anschluss des Generators 7 an das elektrische Energieversorgungsnetz bereits in oder an dem Turm 2 vorhanden sind.The vertical wind power units 8 can be easily connected electrically on site using line connections to existing frequency converters, transformers and other electronics that are already present in or on the tower 2 for connecting the generator 7 to the electrical energy supply network.

Solche Windkraftanlagen 1 sind regelmäßig bereits an exponierten Standorten mit hoher Windverfügbarkeit vorhanden. Damit ist auch bei einer niedrigen Höhe für die Vertikal-Windkrafteinheiten 8 über Grund eine gute Anströmung durch Wind bzw. durch natürliche Luftströmungen zu erwarten.Such wind turbines 1 are regularly already present in exposed locations with high wind availability. This means that even at a low altitude for the vertical wind power units 8 above ground, a good flow from wind or natural air currents can be expected.

Die Anpassung der Nachrüstung bzgl. des Typs der Vertikal-Windkrafteinheiten 8, der Anzahl der Räder und Ebenen kann individuell je nach Bauform und Belastung der bestehenden Windkraftanlage 1 angepasst und ausgewählt werden. Bereits bei geringer Windgeschwindigkeit ist ein Anlauf der Vertikal-Windkrafteinheiten 8 zu erwarten, anders als bei den Rotorblättern 5 der Horizontal-Windkrafteinheit. Damit kann der zur Ausrichtung der Gondel 3 mit seinem großen Rotor benötigte Betriebsstrom beim Anfahren der Horizontal-Windkrafteinheit genutzt werden.The adjustment of the retrofitting with regard to the type of vertical wind turbine units 8, the number of wheels and levels can be adjusted and selected individually depending on the design and load of the existing wind turbine 1. Even at low wind speeds, the vertical wind power units 8 can be expected to start up, unlike the rotor blades 5 of the horizontal wind power unit. This means that the operating current required to align the nacelle 3 with its large rotor can be used when starting up the horizontal wind power unit.

Durch die Anordnung der Vertikal-Windkrafteinheiten 8 im Abstand vom Turm 2 an den Tragarmen 11 können im Markt verfügbare und bewerte vertikale Windräder genutzt werden, ohne dass um den Mast herumdrehende Sonderkonstruktionen erforderlich sind.By arranging the vertical wind power units 8 at a distance from the tower 2 on the support arms 11, vertical wind turbines available and rated on the market can be used without the need for special constructions rotating around the mast.

2 zeigt eine Skizze einer Windkraftanlage 1 mit mehreren Vertikal-Windkrafteinheiten 8 an einem scheibenförmigen Bauelement 14. Dabei ist die Schelle 10 einer Befestigungsebene zusammen mit dem mindestens einen vom Turm 2 wegragenden Tragarm 11 als ein sich mindestens in einem Teilumfang um den Turm 2 herum erstreckendes scheibenförmiges Bauelement 14 ausgebildet, das eine Plattform zur Befestigung der mindestens einen Vertikal-Windkrafteinheit 8 bildet. Dieses scheibenförmige Bauelement 14 kann beispielsweise mehrteilig sein. Nach der Anordnung der mehreren Teile des scheibenförmigen Bauelementes 14 an dem Außenumfang des Turms 2 können diese zusammengefügt werden (z. B. durch Verschraubung, Vernietung oder Verschweißung von überlappenden Befestigungsabschnitten oder mit Hilfe von jeweils zwei Teile verbindenden Befestigungselementen). 2 shows a sketch of a wind turbine 1 with several vertical wind turbine units 8 on a disk-shaped component 14. The clamp 10 of a fastening level, together with the at least one support arm 11 projecting away from the tower 2, is a disk-shaped one that extends at least in part of the circumference around the tower 2 Component 14 is formed, which forms a platform for attaching the at least one vertical wind turbine 8. This disk-shaped component 14 can, for example, be made up of several parts. After the several parts of the disk-shaped component 14 have been arranged on the outer circumference of the tower 2, they can be joined together (e.g. by screwing, riveting or welding overlapping fastening sections or with the help of fastening elements connecting two parts).

Das scheibenförmige Bauelement 14 kann mit Löchern durchsetzt sein. Hierzu können Öffnungen verteilt über die Fläche vorhanden sein, die sich von der Unterseite zur Oberseite der Scheibe 14 durch die Scheibe 14 hindurch erstrecken. Damit können das Gewicht und die Windlasten reduziert werden.The disk-shaped component 14 can be riddled with holes. For this purpose, openings can be present distributed over the surface, which extend through the disk 14 from the bottom to the top of the disk 14. This allows the weight and wind loads to be reduced.

Mit Hilfe einer solchen mindestens einen Scheibe 14 an Stelle von Rohren oder Streben, die ausgehend von der Schelle 10 vom Turm 2 abragen, können die Vertikal-Windkrafteinheiten 8 auf einer durch die Scheibe 14 gebildeten Plattform befestigt werden. Sie können oberhalb, unterhalb und/oder auf beiden Seiten der Scheibe 14 befestigt werden.With the help of such at least one disk 14 instead of pipes or struts that protrude from the tower 2 starting from the clamp 10, the vertical wind power units 8 can be attached to a platform formed by the disk 14. They can be attached above, below and/or on both sides of the disk 14.

In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel erkennbar, bei dem auf der oberen Ebene Vertikal-Windkrafteinheiten 8 auf der Oberseite und auf der Unterseite einer Scheibe 14 (d. h. eines scheibenförmigen Bauelementes 14, das die Schelle 10 mit Tragarm bildet) montiert sind. Die Scheibe 14 bewirkt eine Strömungsaufteilung oberhalb und unterhalb der Befestigungsplattform, die gleichermaßen ausgenutzt werden kann.In the 2 An exemplary embodiment can be seen in which vertical wind power units 8 are mounted on the top and bottom of a disk 14 (ie a disk-shaped component 14 that forms the clamp 10 with a support arm) on the upper level. The disk 14 causes a flow distribution above and below the mounting platform, which can be used equally.

Bei einer scheibenförmigen Plattform 14 kann zumindest für die oberste Ebene vorteilhaft sein, die Vertikal-Windkrafteinheiten 8 nur unterhalb auf der Unterseite der Scheibe 14 anzubringen, sodass die Strömungsverhältnisse des horizontalen Windrades mit den entstehenden Turbulenzen an den Spitzen der Rotorblätter 5 keinen oder nur einen verringerten Einfluss auf die Vertikal-Windkrafteinheiten 8 haben. Es wird ausgenutzt, dass zumindest die oberste scheibenförmige Plattform 14 eine Aufteilung der Strömungsfelder erzwingt.In the case of a disk-shaped platform 14, it can be advantageous, at least for the top level, to mount the vertical wind power units 8 only below on the underside of the disk 14, so that the flow conditions of the horizontal wind turbine with the resulting turbulence at the tips of the rotor blades 5 are not reduced or only reduced Have an influence on the vertical wind power units 8. It is exploited that at least the uppermost disc-shaped platform 14 forces a division of the flow fields.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3828361 A1 [0004]
DE 102005029478 A1 [0005]
DE 19853790 A1 [0006]

Claims

Wind turbine (1) with - a tower (2), - a nacelle (3) on the tower (2), - a generator (7) with a horizontally arranged shaft (6) in the nacelle (3), - a horizontally rotatable one Rotor blade arrangement (4), which has rotor blades (5) aligned vertically in the direction of the extension of the tower (2) and is arranged such that it can be rotated horizontally on the shaft (6) of the generator (7) which is arranged horizontally in the nacelle (3), at least one Vertical wind power unit (8) is arranged in the lower region of the tower (2), which is rotatably arranged on a shaft of a vertical wind turbine generator (8) about a vertical axis of rotation which is aligned in the direction of extension of the tower (2), characterized in that in the lower region of the tower (2) at least one clamp (10) reaching around the tower (2) is connected to the tower (2), the clamp (10) having at least one support arm (10) projecting away from the tower (2). 11), on which a vertical wind power unit (8) is arranged.

Wind turbine (1). Claim 1 , characterized in that the clamp (10) is positively connected to the tower (2).

Wind turbine (1). Claim 1 or 2 , characterized in that the clamp (10) is frictionally connected to the tower (2).

Wind turbine (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the clamp (10) has two partially circular curved clamp parts, each of which is connected at its ends to form a clamp (10) encompassing the tower (2) and clamped to the tower (2).

Wind turbine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of vertical wind turbine units (8) are arranged distributed around the circumference of the clamp (10).

Wind turbine (1). Claim 5 , characterized in that the plurality of vertical wind power units (8), which are arranged on a common clamp (10), are arranged symmetrically around the circumference of the tower (2), so that a pair of vertical wind power units (8) are opposite each other are positioned on a clamp (10).

Wind turbine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of clamps (10) with vertical wind turbine units (8) attached to support arms (11) are arranged one above the other in the vertical direction on the tower (2).

Wind turbine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the vertical wind turbine units (8) are supported with vertical supports (14) towards the ground and/or with diagonal supports (12) towards the tower (2).

Wind turbine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical energy provided by the at least one vertical wind turbine (8) through the vertical wind turbine generator is used to control the horizontal wind turbine on the nacelle (3), in particular for rotating the nacelle (3) to align the horizontally rotatable rotor blade arrangement (4).

Wind turbine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one vertical wind turbine unit (8) is arranged on the clamp (10) so that it can pivot around the vertical axis around the tower (2).

Wind turbine (1). Claim 10 , characterized in that the clamp (10) has a bearing element which carries the at least one support arm (11) on the clamp (10) so that it can pivot around the tower (2), with one for the controlled relative movement between the on the tower ( 2) the stationary stator side of the bearing element and the actuator formed on the at least one support arm (11) connected to the rotor side of the bearing element are present.

Wind turbine (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the clamp (10) together with the at least one support arm (11) projecting away from the tower (2) is designed as a disk-shaped arm extending at least in part around the tower (2). Component is formed which forms a platform for fastening the at least one vertical wind turbine unit (8).

Wind turbine (1). Claim 12 , characterized in that the disk-shaped component is riddled with holes.