DE10203469A1

DE10203469A1 - Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in mechanische Energie

Info

Publication number: DE10203469A1
Application number: DE2002103469
Authority: DE
Inventors: Ralf Oberste
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2002-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme, wobei mindestens zwei Schächte im Erdbereich im Grubenbau miteinander und die Schächte mit luftführenden Leitungen verbunden werden, in den Schächten rotierende Vorrichtungen zur Erzeugung von Rotationsenergie aus Strömungsenergie angeordnet werden, über den einen zuführenden Schacht von außen kalte Außenluft angesaugt und über den anderen abführenden Schacht erwärmte Innenluft nach außen abgeführt werden, sowie in dem abführenden Schacht Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme auf die Innenluft angeordnet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie unter Ausnutzung der Erdwärme durch Wind kraftmaschinen.

Im Stand der Technik sind Aufwindkraftwerke bekannt, welche die Auf winde von Kaminen ausnutzen mit teilweisen enormen Bauhöhen. Bisherige Pla nungen beschränken sich jedoch auf Kamine mit teilweise enormen Bauhöhen von ca. 1000 Meter bei einem Durchmesser von bis zu 115 Metern. Die stati schen Probleme bei derartigen Abmessungen sind nur schwer für den Fachmann zu bewältigen. Hinzukommend ist zu beachten, dass bei Aufwindkraftwerken und deren Kaminen die letzteren durch widrige Witterungsbedingungen, wie Sturm oder Orkane, beschädigt werden können. Hinzutretend sind die Kosten für die Erstellung der Kamine und Wartung derselben beträchtlich.

Weiterhin zeigt es sich, dass der Wirkungsgrad in Folge des unkontrollier ten Zuluftstroms und der geringen Temperaturdifferenz (10 bis 20°C) klein ist.

Aufgabe der Erfindung soll es sein, ein Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie bereitzustellen, welches Verfahren die Luftzufuhr kontrollieren kann.

Weiterhin sollen die hohen Kosten der Erstellung für Kamine, beispielswei se bei Aufwindkraftwerken, vermieden werden.

Hinzutretend soll ein Verfahren bereitgestellt werden, welches nicht nur die kinetische Energie der Abluft, sondern hinzukommend auch die Erdwärme aus zunutzen vermag.

Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des Erfindungsgegenstandes.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in mechanische Energie, und vorzugsweise elektrische Energie, durch Windkraft maschine und Erdwärme, wobei
mindestens ein Schacht, zum Beispiel im Erdreich im Grubenbau, als er wärmte Innenluft nach außen abführender Schacht ausgebildet wird,
vorzugsweise der Schacht mit luftführenden Leitungen verbunden wird,
in dem Schacht und/oder in den Leitungen Windkraftanlagen oder rotie rende Vorrichtungen von Windkraftanlagen oder zur Erzeugung von Rotations energie aus Strömungsenergie der Innenluft angeordnet werden,
vorzugsweise ein weiterer Schacht, zum Beispiel im Erdreich im Gruben bau, als ein eine kalte Außenluft von außen nach innen zuführender Schacht aus gebildet wird und der zuführenden Schacht mit dem abführenden Schacht luftmä ßig verbunden wird,
über den abführenden Schacht die erwärmte Innenluft nach außen abgeführt wird,
sowie
in dem abführenden Schacht ein oder mehrere Wärmetauscher zur Übertra gung von Wärme auf die Innenluft angeordnet werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in mechanische Energie durch Windkraftma schine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei
mindestens ein Schacht als ein erwärmte Innenluft abführender Schacht ausgebildet ist,
vorzugsweise der Schacht mit luftführenden Leitungen verbunden ist, wel che an dem Ausgang desselben angeordnet sind,
der Schacht mit zumindest einem Stollen luftmäßig verbunden ist,
in dem Schacht und/oder in den Stollen und/oder in den Leitungen Win dekraftanlagen oder rotierende Vorrichtungen von Windkraftanlagen zur Erzeu gung von Rotationsenergie aus Strömungsenergie der Innenluft angeordnet sind,
der Schacht als abführender Schacht zur Abführung von erwärmter Innen luft nach außen ausgebildet sind, sowie
der abführende Schacht zur Erwärmung der in den abführenden Schacht zugeführten Innenluft geeignet ist und in dem abführenden Schacht Wärmetau scher zur Erwärmung der in den abführenden Schacht zugeführten kalten oder kälteren Innenluft angeordnet sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in mechanische Energie und elektrische Energie durch Windkraftmaschine und von z. B. Erdwärme, wobei
mindestens ein Schacht, zum Beispiel im Erdreich im Grubenbau, zur Er wärmung von in denselben zugeführten Innenluft geeignet ist,
vorzugsweise der Schacht mit luftführenden Leitungen verbunden wird,
in dem Schacht und/oder in den Leitungen rotierende Vorrichtungen zur Erzeugung von Rotationsenergie aus Strömungsenergie angeordnet werden,
vorzugsweise über einen zuführenden Schacht von außen kalte Außenluft angesaugt wird, vorzugsweise die kalte Außenluft über Stollen in den abführen den Schacht weitergeleitet wird,
in dem abführenden Schacht die zugeführte Innenluft erwärmt wird und nach außen abgeführt wird,
vorzugsweise in dem abführenden Schacht Wärmetauscher zur Übertragung der Wärme auf die Innenluft angeordnet werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie und elektrische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme, wobei
mindestens zwei Schächte, zum Beispiel im Erdreich im Grubenbau, mit einander verbunden werden,
vorzugsweise die Schächte mit luftführenden Leitungen verbunden werden,
in den Schächten und/oder in den Leitungen Windkraftanlagen oder rotie rende Vorrichtungen von Windkraftanlagen zur Erzeugung von Rotationsenergie aus Strömungsenergie angeordnet werden,
über den einen zuführenden Schacht von außen kalte Außenluft angesaugt wird und die Außenluft als Innenluft dem abführenden Schacht zugeführt wird,
in dem abführenden Schacht die Innenluft erwärmt wird,
über den abführenden Schacht die, vorzugsweise von Erdwärme, erwärmte Innenluft nach außen abgeführt wird,
sowie
vorzugsweise in dem abführenden Schacht zumindest ein Wärmetauscher zur Erwärmung der Innenluft angeordnet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zum Beispiel die im Berg bau bei seiger- oder tonnlägig angelegter Grubenbau angeordneten Schächte ver wendet. Ein die

Mindestens zwei Schächte können über Stollen verbunden sein. Über den einen Schacht - zuführender Schacht - wird von außen kalte Außenluft angesaugt und in denselben - als Innenluft bezeichnet - eingeführt. Der zuführende Schacht steht mit einem abführenden Schacht luftmäßig in Verbindung, wobei der zuführende Schacht auch als Stollen, z. B. als horizontal ausgerichteter in Berghängen, ausgebildet sein kann. Die Innenluft wird in den abführenden Schacht geleitet. Die Innenluft wird in dem abführenden Schacht mittels Wärmetauscher erwärmt. Über den abführenden Schacht wird die Innenluft von innen - aus den Schächten - nach außen in die Atmosphäre als erwärmte Innenluft abgeführt.

Die von außen in den zuführenden Schacht zugeführte kalte Außenluft kann als kalte Innenluft in den abführenden Schacht mittels z. B. Stollen überführt wer den. Die Erwärmung der Innenluft in dem zuführenden Schacht und/oder in dem Stollen durch z. B. Erdwärme ist vernachlässigbar. Die in den abführenden Schacht zugeführte kalte Innenluft wird aufgrund der in dem anführenden Schacht angeordneten Wärmetauscher erwärmt. Den Wärmetauschern wird Wärme von außen zugeführt. Die erwärmte Innenluft wird über mindestens einen abführenden Schacht nach außen abgeführt.

Vorzugsweise kann ein weiterer abführender Schacht die Innenluft erwär men und/oder nach außen abführen. Weiterhin können die abführenden Schäch te im Erdreich im Grubenbau angeordnet sein. Der zuführenden Schacht und der abführende Schacht sowie gegebenenfalls ein oder mehrere Stollen können ein im Erdreich angeordnetes Leitungssystem sein.

Die durch das Durchströmen des abführenden Schachts z. B. mit Hilfe von Wärmetauschern sich erwärmende Innenluft steigt über den abführenden Schacht nach oben und erzeugt einen Aufwind.

Außen können an den zuführenden und/oder abführenden Schächten luft führende Leitungen gekoppelt sein. Die luftführenden Leitungen können mit Ventilen und Klappen
zur Steuerung des Ausmaße der Bewetterung der Schächte und Stollen mit Außenluft und/oder
zur Steuerung des Ausmaße der Ableitung der Innenluft aus den Schächten und Stollen und/oder
zur Steuerung des Ausmaßes der Erwärmung der Innenluft in dem abfüh renden Schacht verbunden sein.

In den Schächten und/oder in den Stollen oder in den weiteren luftführen den Leitungen sind Vorrichtungen zur Erzeugung von Rotationsenergie aus der Strömungsenergie bzw. kinetischen Energie der Aufwinde, welche als Innenluft nach außen - in die Atmosphäre - abgeleitet werden, angeordnet. Die rotierenden Vorrichtungen können Propeller von Windkraftanlagen sein.

Das Ausmaß der durch die erwärmte Innenluft und Aufsteigen derselben in dem abführenden Schacht erzeugten Aufwinde kann verstärkt werden, indem der abführende Schacht oberirdisch mit einem Turm verbunden wird. Der an dem Ausgang des abführenden Schachtes gekoppelte Turm kann von geringer Bauhö he sein im Gegensatz zum Stand der Technik.

Vorzugsweise sind die Rotoren als rotierende Vorrichtungen solche von Windkraftmaschinen. Vorzugsweise sind die Windkraftanlagen oder rotierenden Vorrichtungen derselben in den Schächten und/oder in den Stollen und/oder außerhalb der Schächte in den luftführenden Leitungen.

Ebenso können die in den Schächten und/oder Stollen und/oder Leitun gen angeordnete Windkraftanlagen z. B. herkömmliche Windsammeltrichterein richtungen sein. Die Windsammeltrichtereinrichtungen können Trichter aufwei sen, an deren windabgewandten bzw. konusartigen Enden Radialwalzen ange ordnet sind. Die Radialwalzen können Rotationsenergie aus der Strömungsener gie bzw. kinetischen Energie der die Trichter durchströmenden Innenluft erzeu gen. Die Trichter können die Strömungsgeschwindigkeit der Innenluft erhöhen und durch das Vakuum auf der der Strömung abgewandten Seite die Erzeugung der Rotationsenergie unterstützen.

Die rotierenden Vorrichtungen, wie Propeller, sind mit Wellen an Generato ren zur Erzeugung elektrischer Leistung bzw. Stroms gekoppelt. Als rotierende Vorrichtungen können Vielflügler, wie Zwei- oder Dreiflügler oder Savonius- Rotor und/oder Darrieus-Rotoren, verwendet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung können in den abführenden Schächten Wärmetauscher angeordnet sein, wobei als Wärmetauscher sich Apparate eig nen, bei denen durch eine Trennwand hindurch die Wärme durch Wärmeleitung übertragen werden kann.

Ebenso ist es möglich, dass in den abführenden Schächten nicht nur auf de ren Schachtgründen sondern auch in den Wandungen und/oder in Höhenabstu fungen Wärmetauscher angeordnet sind. Die Wärmetauscher können von außen, zum Beispiel aus unterschiedlichen Energiequellen, beispielsweise geothermi schen, Solarwärme und/oder Prozessabwärme usw., gespeist werden. Die durch die Wärmetauscher erwärmte Innenluft steigt in dem abführenden Schacht oder abführenden Schächten nach oben und bewirkt einen Schornsteineffekt, in dessen Folge ein kontinuierlicher Innenluftstrom im gesamten Leitungssystem entsteht.

Weiterhin ist es möglich, in den Schächten, Stollen und/oder luftführenden Leitungen Wärmepumpen anzuordnen. Die Wärmepumpen können bei Betrieb einen Wärmestrom bei niedriger Temperatur sowie einen zum Betreiben notwendigen Energiestrom aufnehmen und beide Energieströme bei höherer Temperatur zur Nutzung als Wärmestrom abgeben. Diese Wärmepumpen können als Heizeinrichtung zur Aufheizung eines Wärmespeichers oder des Wärmetauschers in den abführenden Schächten verwendet werden. Bei der Wärmeleitung wird die zu erwärmende Luft mit einem wärmeren Körper in innige Berührung gebracht, so dass die Atome und Moleküle des wärmeren Bereichs, die im Mittel eine lebhaftere ungeordnete Bewegung als die des kälteren ausführen, ihre Energie durch Stöße weitergeben können.

Als besonderer Vorteil zeigt es sich, dass durch die dezentrale Anordnung der Einrichtungen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Luftzufuhr kontrolliert werden kann. Ebenso kann die Strömungsgeschwindigkeit kontrolliert und ggf gesteigert werden. Die Strömungsgeschwindigkeit kann abhängig sein von dem Ausmaß der Erwärmung der zuzuführenden kalten Außenluft von außen und der Kaminwirkung des die warme Innenluft nach außen abführenden Schachtes. Hierdurch kann sich der Wirkungsgrad des Verfahrens zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie vergrößern.

Es zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren keinen hohen zusätzli chen Raumbedarf im Gegensatz zu herkömmlichen erforderlich macht. Eine Überdachung von Schächten und dergleichen bleibt vernachlässigbar gering.

Es erweist sich von Vorteil, dass bei der Aufheizung der von außen zuzu führenden kalten Außenluft, welche als Innenluft den abführenden Schächten zu geführt wird, das Ausmaß der Aufheizung dieser Innenluft durch Wärmetauscher an den Wandungen und/oder auf Sohlen der abführenden Schächte gesteigert werden kann. Durch die Verstärkung des Ausmaßes der Aufheizung der zuzufüh renden kalten Außenluft bzw. die Wärmedifferenz zwischen kalter den abführen den Schächten zuzuführender Innenluft und in den abführenden Schächten er wärmter Innenluft erhöht sich ebenso die Aufwindgeschwindigkeit oder Strö mungsgeschwindigkeit der Innenluft durch den die Innenluft nach außen abfüh renden Schacht bzw. abführenden Schächte.

Weiterhin kann die für die Aufheizung der von außen zuzuführenden kalten Außenluft erforderliche Wärmeenergie zusätzlich geliefert werden durch:
Wärmepumpen, die vorzugsweise im Bereich des Schachtes Wärme absorbieren,
Tiefenbohrungen im Gestein im Bereich hoher Temperaturen und entspre chenden Pumpen,
Solarenergie, die Wärme von der Oberfläche zum Bedarfspunkt, hier zu den Wärmetauschern im abführenden Schacht/-en pumpt und
Prozessabwärme, z. B. aus der Biogasproduktion,
in Schächten, Stollen und/oder Leitungen angeordneten Windkraftanlagen
oder dergleichen.

Die Nutzung des konstanten Luftstroms kann in den zur Verfügung stehen den Schächten, Stollen und/oder luftführenden Leitungen erfolgen.

Vorzugsweise erweist sich die Anordnung der rotierenden Verbindungen, wie Rotoren der Windkraftanlagen, in dem abführenden Schacht aufgrund von Platzersparnis von Vorteil.

An dem, z. B. vertikal ausgerichteten oder aufrecht stehenden, abführenden Schacht können oberirdisch zusätzlich Sonnenkollektoren zum Beispiel in ariden Gebieten oder Wüsten angeordnet werden. Durch die Sonnenkollektoren kann die in dem abführenden Schacht befindliche Innenluft zusätzlich stärker erwärmt werden, und möglicherweise über den Turm, abgezogen werden. In dem Turm können rotierende Verbindungen zur Erzeugung elektrischen Stroms gleichfalls angeordnet werden.

Die, vorzugsweise vertikal ausgerichteten oder aufrecht stehenden, z. B. ab führenden Schächte und/oder zuführenden Schächte können Tiefen von ca. 900 bis 3000, 900 bis 1500 m aufweisen. Die Schächte können söhlig mit einer Frischluftzufuhr ausreichenden Querschnittes verbunden sein, beispielsweise mit dem luftzuführenden Schacht.

Vorzugsweise können die rotierenden Verbindungen eine Vielzahl von Ro toren aufweisen, an welchen Generatoren zur Erzeugung elektrischen Stroms ge koppelt sein können.

In Gebieten mit hoher Sonneneinstrahlung ist eine Speisung der Wärmetau scher ebenso mit solarer Wärme möglich. Im Bereich des abführenden Schachtes können sich oberirdisch schwarze Schlauchsysteme, beispielsweise Spiralen mit entsprechender Ausdehnung befinden. Diese erwärmen über die Sonneneinstrah lung Wasser oder ein sonstiges Wärmetransportmedium. Mit Zirkulationspumpen usw. wird ein Wärmekreislauf in Gang gesetzt. Um einen kontinuierlichen Ab lauf ohne Nachtunterbrechung zu gewährleisten, kann ein Speichersystem bereit gestellt werden, welches tagsüber Sonnenenergie speichert, um diese nachts ein speisen zu können.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können gleichzeitig die Oberflächen z. B. der abführenden Schächte durch Krackverfah ren vergrößert werden. Durch die Vergrößerung der Rissflächen kann auch das Ausmaß an Übertragung der Wärme des Erdreichs auf die Innenluft in dem ab führenden Schacht erhöht werden.

Es zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren keine hohen Anforde rungen an die Einrichtungen außerhalb des Schachtes erforderlich macht und so wohl in Gegenden Verwendung findet, in denen auch geringere Sonneneinstrah lung zu finden ist. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft ist durch das Ausmaß der Steuerung der Luftzufuhr in den zuführenden Schacht kontrollierbar und wird hierdurch der Wirkungsgrad optimierbar. Weiterhin dienen verschiedene Wärme quellen als Antrieb, beispielsweise geothermische, Prozesswärme oder derglei chen. Die Luft kann zusätzlich erwärmt werden oberirdisch durch solare Kollek toren, geothermische Energie. Unter geothermische Energie wird beispielsweise auch die Nutzung der vorhandenen Tiefenwärme des Erdreichs im Schacht durch Wärmepumpen, Konzentration der Wärme am Bedarfspunkt zu einem Hot Spot verstanden.

Ebenso kann das Ausmaß der Erwärmung der Innenluft durch Bohrungen im Bereich hoher Wärme (Hot-Dry-Rock-Verfahren) oder Nutzung bestehender Grundwasservorräte als Wärmemedium für die Wärmetauscher ausgeschöpft werden.

Ebenso kann die Wärme geliefert werden durch Prozessabwärme, wie Kühlwasser, Hochofenwärme oder dergleichen.

Ebenso kann die Wärme durch Biogas, Klärgas usw. oder Kombinationen der o. g. Möglichkeiten bereitgestellt werden.

Ebenso zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch geringe Bau kosten aus.

Weiterhin kann durch die einströmende in den zuführenden Schacht ein strömende Außenluft durch Entzug der Luftfeuchte Wasser in ariden Gebieten gewonnen werden.

Ebenso zeigt sich, dass die statische Elektrizität der strömenden Luft durch spezielle Beschichtung des Luftkanals nutzbar gemacht werden kann als Schwachstrom für Wasserstofferzeugung; da die Außen- und/oder Innenluft durch einen Tunnel geleitet werden kann, dehnt sich der Nutzungsbereich be trächtlich aus gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. Vorrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist aufgrund der geringen Erfordernisse an Größen der Gebräulichkeiten
landschaftsneutral,
emissionsfrei sowie
wartungsarm.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist gekennzeichnet, dass
mindestens ein Schacht als erwärmte Innenluft abführender ausgebildet ist,
der Schacht, vorzugsweise mit luftführenden Leitungen, und mit Stollen verbunden ist, welche Stollen als zu erwärmende Innenluft zuführende Stollen ausgebildet sein können,
in dem Schacht und/oder in den Stollen und/oder in den Leitungen rotie rende Vorrichtungen zur Erzeugung von Rotationsenergie aus Strömungsenergie der Innenluft angeordnet sind,
der Schacht als abführender Schacht zur Abführung von der in demselben erwärmten Innenluft nach außen ausgebildet ist,
sowie
in dem abführenden Schacht Wärmetauscher zur Erwärmung der in den ab führenden Schacht herangeführten kalten Innenluft angeordnet sind,
wobei vorzugsweise ein weiterer Schacht als zuführender Schacht für die Zuführung von kalter Außenluft von außen - aus der Atmosphäre -, vorzugsweise über Stollen, in den abführenden Schacht ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie kann auch weitere zuführende Schächte und von außen luftmäßig zugängliche Stollen aufweisen, über welche kalte Außenluft von außen in den abführenden Schacht geleitet wird.

Ebenso können bereits vorhandene Bergwerke nach Erschöpfung derselben weiterhin genutzt werden und ebenso die Wetterführung in Bergwerken zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ebenfalls kann in Bergwerken die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Be wetterung der Bergwerke verwendet werden.

Ebenso kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Produktion von Wasser stoff sich eignen.

Ebenso zeigt sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch in der Nähe von Wohnsiedlungen durchgeführt werden kann, weil Wärmeenergie und/oder elektrischer Strom für diese bereitgestellt werden. Auch können Blockheizkraft werke Wärme für die Wärmetauscher in dem abführenden Schacht erzeugen.

Ausführungsbeispiele

Die Zeichnung zeigt aufgrund der zeichnerischen Vereinfachung in schema tischer, stark vergrößerter Weise ohne Anspruch auf eine maßstabsgetreue Wie dergabe Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung ohne Be schränkung auf diese in

Fig. 1 den Längsschritt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische und/oder elektrische Energien durch Windkraftmaschinen und Erdwärme.

Im Grubenbau sind zwei in einem Erdreich aufrecht stehende Schächte 1, 2 angeordnet. Die Schächte 1, 2 sind durch einen Stollen 6 miteinander verbunden.

Über den Eingang 9 des zuführenden Schachts 1 wird die kalte Außenluft als kal te Innenluft von außen dem Leitungssystem zugeführt (siehe Pfeile Fig. 1). Die kalte Innenluft wird über den zuführenden Schacht 1 und den Stollen 6 in den abführenden Schacht 2 geleitet und durch den auf der Sohle des abführenden Schachtes 2 angeordneten Wärmetauscher 5 aufgeheizt. Die erwärmte Innenluft steigt in dem abführenden Schacht 2 nach oben und wird über den abführenden Schacht 2 nach außen abgeleitet (siehe Pfeile Fig. 1).

In dem abführenden Schacht 2 sind auch an den Wandungen Wärmetau scher 5 angeordnet. Die Wärmetauscher 5 können beispielsweise durch Tiefen bohrungen zusätzlich mit Wärmeenergie beaufschlagt werden. Ebenso können die Wärmetauscher 5 mit Wärmepumpen verbunden sein (nicht gezeigt).

In dem zuführenden Schacht 1 und in dem Stollen 6 sind eine Vielzahl Ro toren der Windkraftanlagen 4 zur Erzeugung mechanischer Energie aus der kine tischen Energie der strömenden Innenluft angeordnet.

In der an dem Eingang 9 des zuführenden Schachtes 1 gekoppelten Leitung ist ein Rotor einer Windkraftanlage angeordnet (nicht gezeigt). In der an dem Ausgang 7 des abführenden Schacht 2 gekoppelten Leitung 3 ist ein Rotor einer Windkraftanlage 4 angeordnet.

Die Rotoren 4 herkömmlicher Windkraftanlagen werden durch die aufstei gende nach außen über den abführenden Schacht 2 abgeleitete erwärmte Innen luft angetrieben. Die Rotoren sind über Rotorwellen mit Generatoren zur Erzeu gung elektrischer Leistung bzw. Stroms verbunden.

In dem abführenden Schacht 2 sind an dessen Wandungen zusätzlich Wär metauscher 5 angeordnet, um die Aufheizung der abführenden erwärmten Innen luft zu erhöhen, wobei die Wärmetauscher 5 gleichfalls durch solare Kollektoren mit Wärmeenergie versorgt werden können (nicht gezeigt). Die erfindungsgemä ße Vorrichtung kann gleichfalls auch in ariden Gebieten Verwendung finden. Die Sonnenkollektoren können beispielsweise durch Sonnenenergie der Sonne als primärer Energielieferant Flüssigkeiten wie Wasser erwärmen und die erwärmte Flüssigkeit den Wärmetauschern 5 in dem abführenden Schacht 2 zuführen.

Ebenso können Wärmetauscher 5 mit Wärmepumpen verbunden sein, wo bei die Wärmepumpen unter Arbeitsaufwendung dem Wärmespeicher, z. B. Ge steinsschichten oder dergleichen niedriger Temperatur Wärme entziehen und sie dem Wärmespeicher höherer Temperatur, z. B. dem Wärmetauscher 5 in dem ab führenden Schacht 2 zuführen unter Aufheizung des letztgenannten Wärmespei chers als Wärmetauscher (nicht gezeigt).

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die bereits in einem Berg werk vorhandenen Schächte 1, 2 verwendet, lediglich durch den Einbau von Windkraftanlagen in den abführenden Schacht 2 bzw. von mit dem abführenden Schacht 2 in Verbindung stehenden luftführenden Leitungen 3 auf preiswerte Art Energie gewonnen.

Claims

1. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Ener gie durch Windkraftmaschine und Erdwärme, wobei
mindestens ein Schacht (2) als ein erwärmte Innenluft nach außen abführender Schacht ausgebildet wird,
in dem Schacht (2) rotierende Vorrichtungen (4) zur Erzeugung von Rotations energie aus Strömungsenergie der Innenluft angeordnet werden,
über den abführenden Schacht (2) die erwärmte Innenluft nach außen abgeführt wird,
sowie
in dem abführenden Schacht (2) Wärmetauscher (5) zur Übertragung von Wärme auf die Innenluft angeordnet werden.

2. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Ener gie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über einen zuführenden Schacht (1) von außen kalte Außenluft angesaugt wird und die Außenluft als Innenluft in den abführen den Schacht (2) weitergeleitet wird.

3. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Ener gie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, dass die Schächte (1, 2) mit luftführenden Leitun gen (3) verbunden werden, welche an dem Eingang (9) des zuführenden Schachtes (1) und/oder an dem Ausgang (7) des abführenden Schachtes (2) angeordnet werden.

4. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Ener gie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leitungen (3) rotierende Vor richtungen (4) zur Erzeugung von Rotationsenergie aus Strömungsenergie angeordnet werden.

5. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Ener gie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schächte (1, 2) im Erdreich im Grubenbau miteinander verbunden werden.

6. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Ener gie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Vorrichtungen (4) durch Aufwinde angetrieben werden.

7. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Ener gie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Vorrichtungen (4) durch die aufsteigende erwärmte Innenluft angetrieben werden.

8. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Ener gie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierenden Vorrichtungen (4) durch die durch Kaminwirkung aufsteigende Innenluft angetrieben werden.

9. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Ener gie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmetauscher (5) Wärmema schinen verwendet werden, welche unter Ausnutzung von Wärmeaustau sches Arbeit erzeugen.

10. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schächte (1, 2) mittels Stollen (6) verbunden werden.

11. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stollen (6) rotierende Vor richtungen (4) angeordnet werden.

12. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als rotierende Vorrichtungen (4) Windkraftanlagen sind, welche Rotoren mit Rotorwellen aufweisen, wobei elektrische Generatoren mit den Rotorwellen zur Erzeugung elektrischen Stroms verbunden werden.

13. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (7) des abführenden Schachts (2) mit einem Turm zur Erhöhung der umzuwandelnden kineti schen Energie durch eine Kaminwirkung verbunden wird.

14. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Gesteinsschichten wärmeüber tragende Rissflächen zur Erhöhung der Oberfläche von Erdwärme aufwei sender Gesteinsschichten durch hydraulische Krackverfahren erzeugt wer den.

15. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der abführende Schacht (2) mit Tiefenbohrlöchern verbunden wird zur Erhöhung der Oberfläche von Erd wärme aufweisender Gesteinsschichten.

16. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher (5) an Wan dungen des abführenden Schachts (2) angeordnet werden.

17. Verfahren zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Schächte (1, 2) seige verwendet werden.

18. Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie durch Windkraftmaschine und Erdwärme zur Durchführung des Ver fahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
mindestens ein Schacht (2) als Innenluft abführender in einem Erdreich im Gru benbau ausgebildet ist,
der Schacht (2) mit mindestens einem die zu erwärmende Innenluft zuführenden Stollen (6) verbunden ist,
in dem Schacht (2) und/oder in den Stollen (6) rotierende Vorrichtungen (4) zur Erzeugung von Rotationsenergie aus Strömungsenergie der Innenluft ange ordnet sind, und
in dem abführenden Schacht (2) Wärmetauscher (5) zur Erwärmung der zuge führten Innenluft angeordnet sind.

19. Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Schacht als zuführender Schacht (1) zur Zuführung von kalter Außenluft von außen mit dem Stollen (6) verbunden ist.

20. Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schächte (1, 2) in dem Erdreich über mindestens einen Stollen (6) mitein ander verbunden sind.

21. Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem abführenden Schacht (2) Wärmetauscher (5) auf der Sohle desselben zur Erwärmung der in den abführenden Schacht (2) zu erwärmenden Innen luft angeordnet sind.

22. Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Schacht (2) mit luftführenden Leitungen (3) verbunden ist.

23. Vorrichtung zur Umwandlung von Windenergie in nutzbare mechanische Energie nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leitungen (3) rotierende Vorrichtungen (4) zur Erzeugung von Rotationsenergie aus Strömungsenergie der Innenluft angeordnet sind.