DE1038645B

DE1038645B - Stromerzeugungsanlage fuer Windkraftwerke

Info

Publication number: DE1038645B
Application number: DEP13219A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Behrens
Original assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Current assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Priority date: 1954-12-17
Filing date: 1954-12-17
Publication date: 1958-09-11

Description

Stromerzeugungsanlage für Windkraftwerke Die Erfindung betrifft eine Stromerzeugun:gsanlage für Windkraftwerke, welche teilweise von an sich bekannten Elementen Gebrauch macht. In ihrem Zusammenwirken ergeben diese eine vorteilhafte neue Anordnung, welche es nun ermöglicht, unabhängig von den herrsch@endenWindv erhältnissen, sowohlWechselstromverbraucher unterbrechungsfrei zu speisen als auch bei stärker als normalem Windangebot Energiespitzen zu speichern, welche sonst ungenutzt bleiben müßten.
Bei Windkraftanlagen, die zum Antrieb von Stromerzeugern verwendet werden, macht die stark wechselnde Drehzahl des Windrades und das damit zusammenhängende wechselnde Leistungsangebot vom Windrad her große Schwierigkeiten. Man greift im allgemeinen zu elektrischer Regelung mit Pufferbatterie, bei der der Generator nach Erreichen einer Mindestdrehzahl auf die Batterie bzw. das Netz geschaltet wird und bei zunehmender Leistung der vom Netz nicht verbrauchte Energieanteil zum Laden der Batterie verwendet wird.
Die für diesen Betrieb erforderlichen Generatoren sind ziemlich kompliziert und bedürfen infolge des für Gleichstrom notwendigen Kollektors ständiger Wartung. Es gab aber bisher noch keine Möglichkeit, die im Aufbau wesentlich einfacheren und betriebssicheren Wechselstromgeneratoren zu verwenden, weil bei den schwankenden Drehzahlen eine Konstanthaltung der Periodenzahl nicht möglich war.
Es ist an sich bekannt, in Windkraftanlagen Wechselstromgeneratoren ohne bewegliche Kontakte (wie Schleifringe oder Kommutatoren) zu verwenden, welche über Gleichrichter die Pufferbatterie speisen.. Die Spannung wird dabei auf der Wechselstromseite elektrisch geregelt. Aber die Frequenz bleibt ungeregelt, so daß der Anschluß von Wechselstromverbrauchern, welche für Änderungen der Frequenz empfindlich sind, unmöglich ist.
Weiter ist ein als Kraftübertragung geeignetes hydraulisches Getriebe bekannt, welches für die Anwendung in Windkraftanlagen bereits vorgeschlagen wurde. Die Stromerzeugungsanlage für Windkraftwerke nach der Erfindung macht von diesem an sich bekannten hydraulischen Getriebe Gebrauch, denn dieses gibt als einziges die Möglichkeit, die Drehzahl des Generators konstant zu halten.
Ein derartiges Getriebe besteht grundsätzlich aus einer Pumpe und einem Pumpenmotor, die gegebenen falls in ihrer Drehzahl gegeneinander übersetzt sein können. Es ist ohne weiteres möglich, zu erreichen, daß auch bei stark wechselnder Drehzahl der Pumpe der Pumpenmotor stets mit gleichbleibender Drehzahl läuft, so daß eine Synchronisierung des von diesem angetriebenen Wechselstrorngenerators auch bei wech-Weiter bietet das hydraulische Getriebe die Möglichkeit, durch Kurzschluß des Pumpenmotors auf Freilauf zu schalten, so daß in einfacher Weise eine Abschaltung des Windkraftantriebes erfolgen kann. Es ist auch möglich, durch entsprechende Schaltung des Getriebes dieses als hydraulische Bremse zu benutzen, wodurch man beispielsweise bei plötzlichen Böen ein Durchgehen des Windrades verhindern kann.
Die Freilaufschaltung läßt sich aber auch in anderer Weise ausnutzen, indem man beispielsweise bei zu geringer Leistungsabgabe des Windkraftwerkes diesen Antrieb ausschaltet und den Wechselstromgenerator in dieser Zeit von einer Batterie her über eine als Motor laufende Gleichstrommaschine antreibt. Die Batterie kann entsprechend der bei Gleichstromanlagen üblichen Pufferbatterie bei normaler Leistungsabgabe des Windkraftwerkes über Gleichrichter vom Wechselstromgenerator oder bei stärkerem Windangebot zusätzlich von der als Generator laufenden Gleichstrommaschine her aufgeladen werden.
Hier setzt nun die Erfindung ein, da diese zusätzliche Gleichstromtnaschine eine doppelte Verwendung hat und je nach herrschendem Windangebot die Speisung der Verbraucher aufrechterhält oder zusätzliche Energie speichert.
Es ist an sich bekannt, in Notstromanlagen, welche in -Netzen mit fester Spannung bei Netzausfall Wechselstromverbraucher unterbrechungsfrei speisen, Umformeraggregate zu verwenden, bei welchen der Motorteil Gleichstrom aus einer Batterie erhält.
Gemäß derErfindung wird in einer Stromerzeugungsanlage für Windkraftwerke finit einem über eine hydraulische Kraftübertragung gekuppelten, und mit gleichbleibender Drehzahl angetriebenen Wechselstromgenerator, welcher neben sonstigen Wechselstromv erbrauchern über ein vorzugsweise spannungsabhängiges Schaltgerät und einen Gleichrichter eine Pufferbatterie speist, die Anordnung so getroffen, daß der Wechselstromgenerator über -eine lösbare Kupplung mit einer Gleichstrommaschine verbunden werden kann, welche entweder bei normalen Wind unbenutzt stillsteht oder bei stärkerem Windangebot ebenfalls die Pufferbatterie speist, bei Flaute aber als aus der Batterie gespeister :@-Iotor den Wechselstromrenerator treibt. wobei die hvdraulische Kraftübertragung auf Freilauf geschaltet wird, so daß die Wechselstromverhraucher ohne Unterbrechung versorgt werden.
Die zuschaltbare Gleichstrommaschine hat in der Stromerzeugungsanlage für Windkraftwerke nach der Erfindung nicht nur die von den Notstromanlagen her bekannte Aufgabe. als Motor des Umformeraggregates bei Flaute die Wechselstromverbraucher unter-1>rechuiigsfrei zu versorgen, sondern bietet darüber hinaus die Möglichkeit, als Generator die Energie-@pitzen bei stärkerem Windangebot in die Batterie speichern zu können, welche sonst ungenutzt bleiben müßten.
In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Darin ist 1 da# Windrad, von dem über eine Wellet die Puttipe 3 direkt angetrieben wird. Von diesem gehen die Rohrleitungen 4, in die gegebenenfalls eine Freilaufschaltung5 eingebaut sein kann, zum Punipenmotor 6, der Tiber eine Welle 7 den Wechselstromgenerator 8 antreibt. Mit diesem ist gegebenenfalls über eine lösbare Kupplung 9 eine Gleichstrommaschine 10 gekuppelt. Der Wechselstromgenerator speist die Wechselstromsammelschiene 11, von der einesteils die Verbraucher a bis d abzweigen und über eine Regeleinrichtung 12 und einen Gleichrichter 13 die Batterie 14 geladen wird. Die Ladung kann ge-#ebenenfalls auch oder zusätzlich durch die als Generator laufende Gleichstrommaschine erfolgen. Durch eine beispielsweise von der Spannung des Generators 8 abhängiges Schaltgerät 15 kann hei ungenügender Leistungsabgabe vom Windrad i her das hydraulische Getriebe durch die Umschaltvorrichtung 5 auf Freilauf geschaltet und die Gleichstrommaschine 10 durch den Schalter 16 an die Batterie 14 gelegt werden. Die Wechselstromversorgung des Netzes (Verbraucher a bis d) geht dann ohne Umschaltpause weiter. Da die Drehzahl des Generators gleichbleibt, ist eine Synchronisierung der Windkraftanlage mit vorhandenen Netzen ohne allzu großen Aufwand möglich. Als Windrad kann grundsätzlich jede gebräuchliche Bauart verwendet werden, jedoch können die Regelvorrichtungen gegenüber den bisherigen Bauarten, welche eine möglichst flach verlaufende Drehzahlcharakteristik bewirken sollten, vereinfacht werden, weil es infolge der "Zwischenschaltung des hydraulischen Getriebes möglich ist, einen großen Drehzahlbereich des Windrades zur Energieerzeugung auszunutzen.

Claims

PATENTANSPRUCH. Stromerzeugungsanlage für Windkraftwerke mit einem über eine hydraulische Kraftübertragung gekuppelten und mit gleichbleibender Drehzahl altgetriebenen \Z'echselstroingenerator, welcher neben sonstigen Wechselstroinverbrauchern über ein vorzugsweise spannungsabhängiges Schaltgerät und einen Gleichrichter eine Pufferbatterie speist, dadurch gekennzeichnet. daß der Wechselstromgenerator über eine lösbare Kupplung mit einer Gleichstrommaschine verbunden werden kann, welche entweder hei norntaletn Wind unbenutzt stillsteht oder hei stärkerem Windangebot ebenfalls die Pufferbatterie speist, bei Flaute aber als au. der Batterie gespeister Motor den Wechselstromgenerator treibt, wobei die hydraulische Kraftübertragung auf Freilauf geschaltet wird, so daß die Wechselstromverbraucher ohne Unterbrechung versorgt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Buch: »Windkraftwerke« von Hans W i t t e, 1950, S. 108; Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Ausgabe 1. 11. 1948, Bd.9 (Anmeldung G 1085391 a /88 c); deutsche Patentschriften Nr. 911 840, 417 088, 421 877, 279 655, 459 958, 870 680, 755 225, 902 648; »Bulletin Oerlikon«, Okt. 195-1, Nr. 306, S. 83; belgische Firmenzeitschrift ACEC-Charleroi, Nr. 1, 1951,S.19.