DE112014003958T5

DE112014003958T5 - Wind-Stromerzeugungssystem

Info

Publication number: DE112014003958T5
Application number: DE112014003958.6T
Authority: DE
Inventors: Taketsune Nakamura; Toru Okazaki
Original assignee: Kyoto University; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Kyoto University; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2016-05-19
Also published as: US20160201650A1; JP6257960B2; CN105531918B; US9617980B2; RU2016110885A; CN105531918A; WO2015029562A1; JP2015046984A

Abstract

Eine Wind-Stromerzeugungssystem (1) beinhaltet: eine Windmühle (10), eine Induktions-Rotationsmaschine (20), die mit einer Rotationswelle der Windmühle (10) gekoppelt ist; eine Stromumwandlungsvorrichtung (30), die der Induktions-Rotationsmaschine (20) Erregerstrom zuführt; eine Wärmemediums-Zirkulationsstruktur (40), die ein Wärmemedium, das durch die Induktions-Rotationsmaschine (20) erzeugte Wärme aufnimmt, zirkuliert; einen Wärmeakkumulator (50), der Wärme im Wärmemedium akkumuliert; einen thermischen Stromgenerator (60), der die Wärme des in dem Wärmeakkumulator (50) akkumulierten Wärmemediums in Strom umwandelt, und eine Ankersteuereinheit, welche den Erregerstrom gemäß der Stromnachfrage des Stromsystems (100) steuert. Die Ankersteuereinheit führt eine Stromerzeugungs-Modussteuerung, in welcher die Induktions-Rotationsmaschine (20) als Stromgenerator betrieben wird, oder/und eine Wärmeerzeugungs-Modussteuerung, in welcher die Induktions-Rotationsmaschine (20) als Wärmegenerator betrieben wird, durch.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wind-Stromerzeugungssystem. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Wind-Stromerzeugungssystem, das elektrischen Strom mittels sowohl elektrischer Energie als auch Wärme unter Verwendung von Windkraft erzeugen kann, zu erzeugenden Strom anhand der elektrischen Stromnachfrage steuern kann, und Windenergie effektiv verwenden kann.
HINTERGRUND
In den letzten Jahren haben Stromerzeugungssysteme, die erneuerbare Energie verwenden, die Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Als eins von solchen Stromerzeugungssystemen ist ein Wind-Stromerzeugungssystem bekannt gewesen, das Drehenergie einer Windmühle unter Verwendung eines Stromgenerators in elektrische Energie umwandelt. Darüber hinaus ist jüngstens ein windbetriebenes thermisches Strom-Erzeugungssystem vorgeschlagen worden, in welchem Drehenergie einer Windmühle in Wärmeenergie umgewandelt wird, durch einen Wärmegenerator, der Wärmeerzeugung durch Induktionsheizung (Eddy-Strom) verwendet, und die Wärme wird in elektrische Energie umgewandelt (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-102576 (Patentdokument 1) und japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-43728 (Patentdokument 2)).
Weiter schlagen beispielsweise die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-120505 (Patentdokument 3) und die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-63930 (Patentdokument 4) eine Technik der Verbesserung der Stromerzeugungseffizienz und eine Technik des effektiven Einsetzens von erzeugtem Strom in Stromerzeugungssystemen, die erneuerbare Energien verwenden, vor. Das Patentdokument 3 schlägt eine Technik der Verbesserung der Effizienz einer Wind-Stromerzeugungsvorrichtung vor, indem eine Turbine unter Verwendung von Abgaswärme, die aus dem Verlust eines Stromgenerators herrührt, der mit einer Windmühle über eine Welle gekoppelt ist, angetrieben wird, und indem Strom als erzeugter Strom aus dem mit der Turbine über eine Welle in der Windstrom-Erzeugungsvorrichtung gekoppelten Stromgenerator wiedergewonnen wird. Andererseits schlägt Patentdokument 4 eine Technik des effektiven Einsetzens von erzeugtem Strom als Wärmeenergie in einem Stromerzeugungssystem, das natürliche Energie verwendet, vor, in der vorliegenden Weise: ein Überschuss an durch ein Stromerzeugungsmittel (Photovoltaik-Stromerzeugung oder Windstromerzeugung) erzeugter elektrischer Strom wird durch einen thermoelektrischen Körper in Wärme umgewandelt und die Wärme wird in einem Wärmeakkumulierungsmittel (elektrischer Wasserheizer) akkumuliert.
ZITATELISTE
PATENTDOKUMENTE

PTD 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-102576
PTD 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-43728
PTD 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-120505
PTD 4: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-63930

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Ein solches Wind-Stromerzeugungssystem verwendet Wind, welcher ein natürliches Phänomen ist, als eine Kraftquelle und erzeugt daher Strom instabil. Darüber hinaus erzeugt das Wind-Stromerzeugungssystem Strom ohne Beachtung der Stromnachfrage und kann daher nicht steuern, dass Strom entsprechend der Stromnachfrage erzeugt wird. Das heißt, dass das Wind-Stromerzeugungssystem Nachteile aufweist, dass Strom nicht bei hoher Nachfrage nach Strom erzeugt werden kann und daher nicht geliefert werden kann, und dass ein Überschuss von Strom erzeugt wird, weil bei niedriger Nachfrage nach Strom eine Menge von Strom erzeugt wird, welche die Nachfrage übersteigt. Entsprechend ist ein Backup erforderlich, um ein Gleichgewicht zwischen Nachfrage und Lieferung im Stromsystem aufrecht zu erhalten, und Beispiele eines solchen Backups sind wie folgt: der Überschuss an Strom wird in einer Speicherbatterie gespeichert und wird aus der Speicherbatterie im Falle einer Knappheit von Strom geliefert, und Fluktuation von erzeugtem Strom wird durch Kombinieren des Wind-Stromerzeugungssystems mit einer befeuerten Stromerzeugungseinrichtung eingestellt. Jedoch sind Speicherbatterien teuer und daher nicht ökonomisch. Andererseits muss die befeuerte Stromerzeugungseinrichtung immer in Bereitschaft gehalten werden, damit sie unmittelbar gestartet werden kann, und während der Bereitschaft verbraucht sie Kraftstoff und emittiert CO₂.
Das in jedem der Patentdokumente 1 und 2 beschriebene windbetriebene thermische Stromerzeugungssystem ist in der Lage, durch einen Wärmegenerator erzeugte Wärme in einem Wärmeakkumulator zu akkumulieren, und ist fähig, elektrischen Strom zu erzeugen, indem die Wärme eingesetzt wird. Daher kann Strom entsprechend der Stromnachfrage ohne teure Speicherbatterien geliefert werden. Jedoch wandelt ein solches windbetriebenes thermisches Stromerzeugungssystem die Drehenergie der Windmühle in Wärmeenergie um und wandelt sie dann in elektrische Energie um und daher weist sie eine Stromerzeugungseffizienz auf, die jener konventioneller Wind-Stromerzeugungssysteme unterlegen ist, in denen stets die Drehenergie einer Windmühle direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Darüber hinaus ist es notwendig, den darin beinhalteten Stromgenerator komplett neu zu entwerfen, was zu einem Anstieg bei den Kosten führen kann.
Andererseits ist die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-120505 beschriebene Technik auf das Erhöhen von Stromerzeugungseffizienz der Windstrom-Erzeugungsvorrichtung gerichtet, indem Strom unter Verwendung von Abwärme erzeugt wird, die aus dem Verlust des Stromgenerators resultiert, und durch Widergewinnen des erzeugten Stroms. Darüber hinaus ist die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-63930 beschriebene Technik auf das effektive Verwenden erzeugten Stroms als Wärmeenergie gerichtet, indem ein Überschuss an Strom, der konventioneller Weise verworfen worden ist, in Wärme umgewandelt wird, die Wärme gespeichert wird und sie als Wärme eingesetzt wird. Darüber hinaus erzielt keine der Techniken eine stabile Stromversorgung und trägt zur Stabilisierung beim Stromsystem bei.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben beschriebenen Umstände gemacht worden und hat als Aufgabe die Bereitstellung eines Wind-Stromerzeugungssystems, welches elektrischen Strom mittels sowohl Strom als auch Wärme unter Verwendung von Windkraft erzeugen kann, das anhand der Stromnachfrage zu erzeugenden Strom steuern kann und Windenergie effektiv einsetzen kann.
PROBLEMLÖSUNG
Ein Wind-Stromerzeugungssystem der vorliegenden Anmeldung beinhaltet eine Windmühle, eine Induktionsrotationsmaschine, eine Stromwandlungsvorrichtung, eine Wärmemediums-Kreislaufstruktur, einen Wärmeakkumulator, einen thermischen Stromgenerator und eine Ankersteuereinheit. Die Induktions-Rotationsmaschine ist mit einer Rotationswelle der Windmühle gekoppelt. Die Stromumwandlungsvorrichtung ist konfiguriert, Erregerstrom der Induktionsrotationsmaschine zu liefern. Die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur ist konfiguriert, ein Wärmemedium zu zirkulieren, um durch die Induktions-Rotationsmaschine erzeugte Wärme aufzunehmen. Der Wärmeakkumulator ist konfiguriert, Wärme des in der Wärmemediums-Zirkulationsstruktur zirkulierenden Wärmemediums zu akkumulieren. Der thermische Stromgenerator ist konfiguriert, um die Wärme des in dem Wärmeakkumulator akkumulierten Wärmemediums in elektrischen Strom zu wandeln. Die Ankersteuereinheit ist konfiguriert, den Erregerstrom gemäß der Stromnachfrage eines Stromsystems zu steuern. Die Ankersteuereinheit ist konfiguriert, eine Stromerzeugungs-Modussteuerung oder/und Wärmeerzeugungs-Modussteuerung durchzuführen, wobei die Induktionsrotationsmaschine als ein Stromgenerator im Stromerzeugungsmodus betrieben wird, indem gesteuert wird, Reaktivstrom aus dem elektrischen Stromsystem als den Erregerstrom zu liefern, wobei die Induktionsrotationsmaschine bei der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung als ein Wärmegenerator betrieben wird, indem gesteuert wird, als den Erregerstrom einen Drehmomentstrom zu liefern, der einen Schlupf verursacht, der Lastdrehmoment erzeugt.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Das Wind-Stromerzeugungssystem kann Strom mittels sowohl elektrischer Leistung als auch Wärme, die Windkraft verwendet, erzeugen, kann in Übereinstimmung mit einer Stromnachfrage zu erzeugenden Strom steuern und kann Windenergie effektiv verwenden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte Gesamtkonfiguration eines Wind-Stromerzeugungssystems der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine beispielhafte Konfiguration einer Induktions-Rotationsmaschine in einer ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine erläuternde Illustration, die eine beispielhafte Verbindung einer Ankerspule in einem Anker zeigt.
4 ist eine erläuternde Illustration, die einen beispielhaften Erregerstrom in dem Fall zeigt, bei dem die Induktions-Rotationsmaschine als ein Stromgenerator betrieben wird.
5 ist eine erläuternde Illustration, die einen beispielhaften Erregerstrom in dem Fall zeigt, bei dem die Induktions-Rotationsmaschine sowohl als Stromgenerator als auch auch Wärmegenerator betrieben wird.
6 ist eine schematische Ansicht, welche eine Konfiguration eines Feldmagneten in einer Modifikation 1 zeigt.
7 ist eine erläuternde Illustration, die eine beispielhafte Geschwindigkeits-Drehmoment-Charakteristik einer typischen Induktions-Rotationsmaschine zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegenden Erfinder ersannen die Verwendung einer existierenden Induktions-Rotationsmaschine (Induktionsgenerator) in einem Windstromerzeugungssystem und erfanden ein Anregungsverfahren der Induktions-Rotationsmaschine, um eine einzelne Induktions-Rotationsmaschine als einen normalen Stromgenerator und einen Wärmegenerator zu betreiben. Basierend auf dieser Idee fanden die vorliegenden Erfinder heraus, dass zu erzeugender Strom anhand der Stromnachfrage gesteuert werden kann und Windenergie effektiv maximal ausgenutzt werden kann, indem die Induktions-Rotationsmaschine anhand der Stromnachfrage als ein Stromgenerator oder ein Wärmegenerator verwendet wird, wodurch das Wind-Stromerzeugungssystem der vorliegenden Anmeldung komplettiert ist.
[Beschreibung und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Zuerst werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufgelistet und geschrieben.

(1) Ein Wind-Stromerzeugungssystem gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine Windmühle, eine Induktions-Rotationsmaschine, eine Stromwandlungsvorrichtung, eine Wärmemediums-Zirkulationsstruktur, einen Wärmeakkumulator, einen thermischen Stromerzeuger und eine Ankersteuereinheit. Die Induktions-Rotationsmaschine ist mit einer Rotationswelle der Windmühle gekoppelt. Die Stromumwandlungsvorrichtung ist konfiguriert, der Induktions-Rotationsmaschine Erregerstrom zu liefern. Die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur ist konfiguriert, ein Wärmemedium zu zirkulieren, um durch die Induktions-Rotationsmaschine erzeugte Wärme aufzunehmen. Der Wärmeakkumulator ist konfiguriert, Wärme des in der Wärmemediums-Zirkulationsstruktur zirkulierenden Wärmemediums zu akkumulieren. Der thermische Stromgenerator ist konfiguriert, um die in dem Wärmeakkumulator akkumulierte Wärme des Wärmemediums in elektrischen Strom zu wandeln. Die Ankersteuereinheit ist konfiguriert, den Erregerstrom anhand der elektrischen Stromnachfrage eines Stromsystems zu steuern. Die Ankersteuereinheit ist konfiguriert, ein oder beide von Sromerzeugungs-Modussteuerung und Wärmeerzeugungs-Modussteuerung durchzuführen, wobei die Induktions-Rotationsmaschine als ein Stromgenerator in der Stromerzeugungs-Modussteuerung betrieben wird, durch Steuern der Zufuhr von Reaktivstrom aus dem Stromsystem als den Erregerstrom, und wobei die Induktions-Rotationsmaschine als ein Wärmegenerator in der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung betrieben wird, durch Steuern der Zufuhr, als dem Erregerstrom, von Drehmomentstrom, der Schlupf verursacht, der Lastdrehmoment erzeugt.

Gemäß dem Wind-Stromerzeugungssystem kann die Induktions-Rotationsmaschine als ein Stromgenerator, ein Wärmegenerator oder beides betrieben werden, durch die Anker-Steuereinheit, wodurch stabile Stromversorgung erreicht wird. Wenn beispielsweise die Stromnachfrage des Stromsystems auf einer Spitze ist und die Windmühle durch Aufnehmen von Wind rotiert, wird die Induktions-Rotationsmaschine als ein normaler Stromgenerator verwendet, wodurch Strom aus der Induktions-Rotationsmaschine geliefert werden kann. Durch Betreiben der Induktions-Rotationsmaschine als einen Stromgenerator wird die Rotationsenergie der Windmühle direkt in elektrische Energie umgewandelt, wie bei einem Induktionsgenerator, der in einem konventionellen Wind-Stromerzeugungssystem verwendet wird, wodurch höhere Stromerzeugungseffizienz und eine größere Menge an erzeugtem Strom erhalten wird als jener des Wind-betriebenen thermischen Stromerzeugungssystem. Wenn andererseits die Stromnachfrage des Stromsystems jenseits der Spitze ist und die Windmühle durch Aufnehmen von Wind rotiert, wird die Induktions-Rotationsmaschine als ein Wärmegenerator betrieben, mit dem Ergebnis, dass durch die Induktions-Rotationsmaschine erzeugte Wärme in dem Wärmeakkumulator über die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur akkumuliert werden kann.
Hier wird im Wind-Stromerzeugungssystem der Ausführungsform der Erregerstrom an die Induktions-Rotationsmaschine (Induktionsgenerator) in einer anderen Weise als bei der konventionellen Steuerung gesteuert, wodurch Lastdrehmoment-Behinderungsrotation der Induktionsrotationsmaschine zwangsweise bereitgestellt wird, um die Menge an erzeugter Wärme zu vergrößern. Spezifisch tritt beispielsweise durch Anlegen von Gleichstrom als Erregerstrom, obwohl Reaktivstrom (kommerzieller Dreiphasen-Wechselstrom) als aus dem Stromsystem (kommerzielle Stromquelle) während des Normalzustands (Stromerzeugungsmodus) anzulegen angenommen dieselbe Situation wie beim Starten der Induktionsrotationsmaschine auf, wodurch ein Lastdrehmoment so groß wie das Startdrehmoment bereitgestellt wird. Darüber hinaus können, wenn die Induktions-Rotationsmaschine auch als Stromgenerator betrieben wird, um Strom direkt zu erhalten, der kommerzielle Dreiphasen-Wechselstrom und der Gleichstrom überlagert und angelegt werden. Weiterhin, wenn die Stromnachfrage des Stromsystems auf einer Spitze ist, aber die Windmühle nicht rotiert wird, kann der thermische Stromgenerator (beispielsweise ein Turbinengenerator) Strom unter Verwendung der in dem Wärmeakkumulator akkumulierten Wärme erzeugen, wodurch Strom aus dem thermischen Stromgenerator geliefert werden kann. Darüber hinaus kann eine Fluktuation von durch die Induktions-Rotationsmaschine erzeugtem Strom durch den thermischen Stromgenerator eingestellt werden.
Das heißt, dass im Wind-Stromerzeugungssystem der Ausführungsform die Induktions-Rotationsmaschine als Stromgenerator mit hoher Stromerzeugungseffizienz betrieben wird, wenn elektrischer Strom erforderlich ist, wodurch eine effiziente Stromerzeugung erhalten wird. Andererseits, wenn kein Strom benötigt wird, kann die Induktions-Rotationsmaschine als Wärmegenerator betrieben werden und kann im Wärmeakkumulator Wärme akkumuliert werden. Dann, wenn Strom nachgefragt wird, kann der thermische Stromgenerator Strom unter Verwendung der in dem Wärmeakkumulator akkumulierten Wärme erzeugen. Daher kann das Wind-Stromerzeugungssystem der Ausführungsform gemäß der Stromnachfrage zu erzeugenden Strom steuern, mit dem Ergebnis, dass Windenergie effektiv maximal eingesetzt werden kann.
Darüber hinaus kann im Wind-Stromerzeugungssystem der Ausführungsform durch Zuführen von Erregerstrom, der eine Reaktivstromkomponente und eine Drehmoment-Stromkomponente einschließt, an die Induktions-Rotationsmaschine die Induktions-Rotationsmaschine auch als sowohl Stromgenerator als auch Wärmegenerator betrieben werden. Entsprechend kann auch die Menge an erzeugtem Strom und die Menge an erzeugter Wärme der Induktions-Rotationsmaschine gesteuert werden. Wenn beispielsweise nicht so viel Strom benötigt wird, kann ein Teil der Rotationsenergie der Windmühle als elektrische Energie erhalten werden und kann der Rest durch die Induktions-Rotationsmaschine als Wärmeenergie erhalten werden.
Derweil kann im konventionellen Wind-Stromerzeugungssystem keine Ausgabe erhalten werden, die größer als die Kapazität (Nennausgabe) des Stromgenerators ist. Wenn die Nennwindgeschwindigkeit überstiegen wird, wird die Windmühle gesteuert, Wind in einem gewissen Ausmaß auszulassen, mittels Anstell-(Pitch)-Steuerung oder dergleichen. Das heißt, dass im Falle von starkem Wind Windenergie ausgelassen wird. Andererseits kann im Wind-Stromerzeugungssystem der Ausführungsform die Induktions-Rotationsmaschine als ein Wärmegenerator betrieben werden, während die Induktions-Rotationsmaschine als Stromgenerator betrieben wird, und werden sowohl Erzeugung von Strom als auch Erzeugung von Wärme durch die Induktions-Rotationsmaschine im Falle eines starken Winds durchgeführt, wodurch eine größere Ausgabe als die Nennausgabe für den Stromgenerator erhalten wird. Daher kann Energie im Maximum wiedergewonnen werden, ohne die Windenergie vergeblich auszulassen. Darüber hinaus kann ein Bereich von verwendbarer Windgeschwindigkeit breit werden, mit dem Ergebnis, dass eine Grenzwert-Windgeschwindigkeit auch hoch gemacht werden kann.
Weiterhin kann im Wind-Stromerzeugungssystem der Ausführungsform die Induktions-Rotationsmaschine, welche die Wärme erzeugt hat, durch Zirkulation des Wärmemediums durch die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur abgekühlt werden, wodurch verhindert wird, dass die Induktions-Rotationsmaschine durchbrennt.
Es ist anzumerken, dass die Induktions-Rotationsmaschine auch als „Induktionsmaschine“ bezeichnet wird, was ein allgemeiner Ausdruck für Induktionsgenerator und Induktionsmotor ist. Im Wind-Stromerzeugungssystem der Ausführungsform wird eine existierende Technik des Induktionsgenerators (Induktionsmotor) für die Induktions-Rotationsmaschine verwendet, wodurch die Induktions-Rotationsmaschine preisgünstig und einfach konstruiert sein kann. Ein Beispiel der Induktions-Rotationsmaschine ist ein Spaltrohrmotor. Im Allgemeinen beinhaltet solch eine Induktions-Rotationsmaschine: einen Feldmagneten mit einem Feldkern und einem darum angeordneten Feldleiter; und einen Anker, der mit einem zwischen dem Anker und dem Feldmagneten eingefügten Raum angeordnet ist, und der einen Ankerkern mit einem vorspringenden Pol aufweist, der zum Feldmagnet weist, und einer Ankerspule, die um den vorspringenden Pol gewickelt ist. Die Induktions-Rotationsmaschine weist eine solche Struktur auf, dass entweder der Feldmagnet oder der Anker als mit der Rotationswelle der Windmühle gekoppelter Rotor dient und der andere als ein Stator dient. Darüber hinaus beinhaltet die Induktions-Rotationsmaschine: eine Primärseiten-Ankerspule, die extern mit dem Erregerstrom versorgt wird; und einen Sekundärseiten-Leiter (wie etwa ein Käfigläufermotor), der nicht elektrisch mit Außen verbunden ist und beide Ende kurzgeschlossen aufweist. Hier, da diese Sekundärseite im Wesentlichen als Feldmagnet arbeitet, wird die Sekundärseite als „Feldmagnet“ bezeichnet und wird der Kern und Leiter der Sekundärseite als „Feldkern“ bzw. „Feldleiter“ bezeichnet.

(2) Als ein Modus des Wind-Stromerzeugungssystems der Ausführungsform kann eine solche Konfiguration eingesetzt werden, dass bei der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung die Ankersteuereinheit den Drehmomentstrom als Gleichstrom oder Wechselstrom steuert.

7 zeigt eine beispielhafte Geschwindigkeits-Drehmoment-Charakteristik einer typischen Induktions-Rotationsmaschine und die horizontale Achse repräsentiert die Drehzahl und die vertikale Achse repräsentiert das Drehmoment. Wie in 7 gezeigt, ist in der Induktions-Rotationsmaschine normalerweise das Startdrehmoment größer als das Nenndrehmoment bei Ausgabe der Nennausgabe. Darüber hinaus ist die Ausgabe der Induktions-Rotationsmaschine proportional zum Produkt von Drehzahl (Anzahl von Rotationen) und Drehmoment. Wenn die Induktions-Rotationsmaschine (Rotor) bei der Nenndrehzahl (Nennanzahl von Rotationen) gemäß der Rotation der Windmühle rotiert wird und der Erregerstrom durch die Anker-Steuereinheit gesteuert wird, um den Gleichstrom als Drehmomentstrom zuzuführen, wird die Drehzahl eines in dem Anker erzeugten Magnetfelds 0, wodurch das Phänomen verursacht wird, welches dasselbe Prinzip hat wie ein Phänomen, welches „dynamische Bremse“ genannt wird. Unter der Annahme, dass der Rotor stationär ist und der Stator relativ rotiert wird, wird der Schlupf 100%, was derselbe Zustand ist wie der Zustand beim Starten der Induktions-Rotationsmaschine. Entsprechend wird ein Lastdrehmoment so groß wie das Startdrehmoment erhalten und wird dessen Arbeit (Ausgabe) durch die Erzeugung von Wärme verbraucht. Das heißt, dass durch Anlegen des Gleichstroms an die Induktions-Rotationsmaschine (Ankerwicklung) ein Drehmoment so groß wie das Startdrehmoment erhalten werden kann und daher der Verlust der Induktions-Rotationsmaschine erhöht wird, wodurch die Menge an erzeugter Wärme vergrößert wird. Es ist anzumerken, dass in diesem Fall die Induktions-Rotationsmaschine mit größerem Drehmoment als dem Nenndrehmoment betrieben wird, was eine Arbeit (Ausgabe) größer als die Nennausgabe für den Stromgenerator ergibt. Darüber hinaus kann nicht nur der Gleichstrom, sondern auch Wechselstrom als Drehmomentstrom angelegt werden, solange der Drehmomentstrom einen Schlupf verursacht, der das größere Lastdrehmoment als das Nenndrehmoment erzeugt.

(3) Als ein Modus des Wind-Stromerzeugungssystems der Ausführungsform kann eine solche Konfiguration eingesetzt werden, bei der in der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung die Ankersteuereinheit den Drehmomentstrom als Wechselstrom mit einer Frequenz steuert, die von Nenndrehmoment bis Abwürgedrehmoment gestattet.

Wie in 7 gezeigt, sind Drehmomente vom Nenndrehmoment bis zum Abwürgedrehmoment größer als das Nenndrehmoment. Insbesondere ist das Abwürgedrehmoment das maximale Drehmoment, welches durch die Induktions-Rotationsmaschine ausgegeben werden kann und ist größer als das Nenndrehmoment und das Startdrehmoment. Weiter, wenn die Induktions-Rotationsmaschine (Rotor) rotiert wird und die Nenndrehzahl (Nennanzahl von Rotationen) gemäß der Rotation der Windmühle rotiert wird, wird der Erregerstrom durch die Ankersteuereinheit gesteuert, um als Drehmomentstrom Wechselstrom mit einer Frequenz, die Schlupf gestattet, der das Lastdrehmoment veranlasst, so groß zu sein wie vom Nenndrehmoment bis zum Abwürgedrehmoment, zuzuführen, wodurch Arbeit (Ausgabe) größer als das Nenndrehmoment erhalten wird. Insbesondere wenn Wechselstrom mit einer Frequenz zugeführt wird, die Abwürgedrehmoment gestattet, kann eine größere Arbeit (Ausgabe) erhalten werden. Spezifisch wird durch Steuern als dem Wechselstrom mit einer Frequenz, die den Schlupf gestattet, der das Abwürgedrehmoment verursacht, und Justieren der Drehzahl des Magnetfelds, das in dem Anker erzeugt wird, ein Lastdrehmoment so groß wie das Abwürgedrehmoment erhalten, mit dem Ergebnis, dass die Arbeit (Ausgabe) davon durch die Erzeugung von Wärme konsumiert wird. Entsprechend wird der Verlust der Induktions-Rotationsmaschine weiter erhöht, wodurch die Menge an erzeugter Wärme gesteigert wird.

(4) Als ein Modus des Wind-Stromerzeugungssystems der Ausführungsform kann eine solche Konfiguration eingesetzt werden, dass das Wind-Stromerzeugungssystem einen Wärmeisolationsbehälter beinhaltet, der die Induktions-Rotationsmaschine enthält, während die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur das Wärmemedium im Wärmeisolationsbehälter zirkuliert.

Gemäß dieser Konfiguration kann die durch die Induktions-Rotationsmaschine erzeugte Wärme durch das Wärmemedium rückgewonnen werden, ohne die Wärme zu verpassen. Darüber hinaus, selbst wenn der Feldmagnet, der die Wärme erzeugt, als ein Rotor dient, kann die durch den Feldmagneten erzeugte Wärme leicht auf das Wärmemedium übertragen werden.

(5) Als ein Modus des Wind-Stromerzeugungssystems der Ausführungsform kann eine solche Konfiguration eingesetzt werden, dass das Wind-Stromerzeugungssystem eine Stromsteuereinheit beinhaltet, die durch den thermischen Stromgenerator zu erzeugenden elektrischen Strom anhand der Stromnachfrage des Stromsystems steuert.

Gemäß der Konfiguration, wenn die Stromnachfrage des Stromsystems auf einem Spitzenwert ist und die Windmühle nicht rotiert wird, wird Strom aus dem thermischen Stromgenerator geliefert, während, wenn die Windmühle rotiert wird, aber eine größere Menge an Strom erzeugt werden muss, Strom simultan aus der Induktions-Rotationsmaschine und dem thermischen Stromgenerator geliefert werden kann. Mit anderen Worten ist es durch Hinzufügen von durch den thermischen Stromgenerator erzeugtem Strom möglich, eine größere Menge an Strom zu liefern als den Strom, der durch die als Stromgenerator dienende Induktions-Rotationsmaschine erzeugt wird. Darüber hinaus, wenn die Stromnachfrage des Stromsystems nicht auf Peak ist, kann die Stromerzeugung durch den thermischen Stromgenerator gestoppt werden, so dass sie in einen Bereitschaftszustand geht, wobei Wärme akkumuliert wird.
[Details von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
Das Nachfolgende beschreibt spezifische Beispiele der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren. Es sollte angemerkt werden, dass die gleichen oder entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen erhalten und nicht wiederholt beschrieben werden.
[Erste Ausführungsform: Feldmagnet = Rotor (Innenseite), Anker = Stator (Außenseite)]
Gesamtkonfiguration von Wind-Stromerzeugungssystem
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 wird ein Wind-Stromerzeugungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. Ein Wind-Stromerzeugungssystem 1, das in 1 gezeigt ist, beinhaltet eine Windmühle 10, eine Induktions-Rotationsmaschine 20, eine Stromwandlervorrichtung (Wechselrichter) 30, eine Wärmemediums-Zirkulationsstruktur 40, einen Wärmeakkumulator 50 und einen thermischen Stromgenerator 60. Die Induktions-Rotationsmaschine 20 ist in einem Wärmeisolationsbehälter 250 enthalten (siehe 2). In diesem Beispiel, wie in 1 gezeigt, ist die Windmühle 10 an einem auf einem oberen Bereich eines Turms 91 angeordneten Maschinenhaus angebracht und sind Induktions-Rotationsmaschine 20 und Stromwandlervorrichtung 30 im Maschinenhaus 92 enthalten. Darüber hinaus sind der Wärmeakkumulator 50 und der thermische Stromerzeuger 60 in einem Gebäude 93 angeordnet, das an einem unteren Bereich (Basis) des Turms 91 gebaut ist. Die Induktions-Rotationsmaschine 20 und der thermische Stromgenerator 60 sind mit einem Stromsystem (kommerzieller Strom) 100 verbunden und miteinander verbunden.
(Windmühle)
Die Windmühle 10 weist eine solche Struktur auf, dass drei Flügel 12 an einer Rotationswelle 11 angebracht sind, radial in Bezug auf die Rotationswelle 11, die sich horizontal erstreckt. Ein Rotationsdetektor 13 (siehe 2) ist an der Rotationswelle 11 der Windmühle 10 angebracht, um die Drehzahl (Anzahl von Umdrehungen) zu detektieren.
(Induktions-Rotationsmaschine)
Die Induktions-Rotationsmaschine 20 ist unter Verwendung einer existierenden Rotationsmaschine (Spaltrohrmotor, der für eine Hochtemperaturpumpe verwendet wird) konstruiert. In diesem Beispiel ist die Induktions-Rotationsmaschine 20 eine Käfig(„squirrel cage“)-Dreiphasen-Induktionsmaschine (Stromgenerator oder Motor) und beinhaltet einen Feldmagneten 210, einen Anker 220, der mit einem Raum zwischen Feldmagnet 210 und Anker 220 angeordnet ist, wie in 2 gezeigt. Der Feldmagnet 210 ist ein Rotor, der mit der Rotationswelle 11 der Windmühle 10 verbunden ist und der Anker 220 ist ein Stator. Spezifisch beinhaltet der Feldmagnet (Rotor) 210: einen Feldkern 211, der mit der Rotationswelle 11 der Windmühle 10 verbunden ist; und einen Feldleiter 215, der darum herum angeordnet ist. Der Feldmagnet 210 wird entsprechend der Rotation der Windmühle 10 rotiert. Darüber hinaus ist der Anker (Stator) 220 auswärts des Feldmagneten 210 angeordnet, mit einem dazwischen eingefügten Raum, und beinhaltet: einen Ankerkern 221, der einen vorspringenden Pol aufweist, der zum Feldmagneten 210 weist, und eine um den vorspringenden Pol gewickelte Ankerspule 225. In diesem Beispiel ist die Induktions-Rotationsmaschine 20 (Feldmagnet 210) direkt mit der Rotationswelle 11 der Windmühle 10 gekoppelt; jedoch kann die Induktions-Rotationsmaschine 20 mit einer Ausgabewelle eines geschwindigkeitserhöhenden Getriebes (nicht gezeigt) über das geschwindigkeitserhöhende Getriebe gekoppelt sein. Wenn kein geschwindigkeitserhöhendes Getriebe verwendet wird, kann ein mit dem geschwindigkeitserhöhenden Getriebe einhergehendes Problem vermieden werden.
Die Induktions-Rotationsmaschine 20 ist mit dem Stromsystem 100 über die Stromumwandlungsvorrichtung 30 verbunden. Entsprechend kann die Induktions-Rotationsmaschine 20 existierenden Strom aus dem Stromsystem 100 erhalten, um Strom zu erzeugen, und kann den erzeugten Strom an das Stromsystem 100 liefern.
Im Feldmagnet (Rotor) 210 ist ein Leiter in Form eines Käfigs um den Feldkern 211 mit einer zylindrischen Form angeordnet und dieser Käfigleiter bildet den Feldleiter 215. Dieser Käfigleiter (Feldleiter 215) ist in der folgenden Weise gebildet: Leiterstäbe 215b sind in einer Mehrzahl von Schlitzen vorgesehen, die auf dem äußeren Umfang des Feldkerns 211 vorgesehen sind, mit einem dazwischen eingefügten Raum; und Leiter-Endringe 215r sind an beiden Enden des Feldkerns 211 vorgesehen, um diese Leiterstäbe 215b kurz zu schließen. Ein solcher Käfigrotor weist eine sehr einfache Struktur auf und es ist daher vorteilhafter Weise weniger wahrscheinlich, dass er ausfällt. In diesem Beispiel wird der Käfigrotor, der einen Käfigleiter für Feldleiter 215 verwendet, eingesetzt; jedoch kann ein Spulentyprotor eingesetzt werden, der eine Spule verwendet, in der ein Leiter als Felderleiter 215 mit seinen beiden Enden kurzgeschlossen gewickelt ist. Der Feldkern 211 kann gebildet sein, indem beispielsweise elektromagnetische Stahlblätter wie etwa Silizium-Stahlblätter aufeinander bereitgestellt werden. Der Feldleiter 215 kann beispielsweise unter Verwendung von Kupfer oder Aluminium gebildet sein.
In dem Anker (Stator) 220 ist eine Dreiphasen-Ankerwicklung 225 (U-Phase, V-Phase und W-Phase) in einer verteilten Wicklungs-Manier um den vorragenden Pol des Ankerkerns 221 gewickelt. In diesem Beispiel, wie in 3 gezeigt, sind die entsprechenden Phasen der Ankerwicklung 225 miteinander in Form einer Y-Verbindung verbunden. Darüber hinaus weist in diesem Beispiel der Ankerkern 221 eine Struktur auf, die beinhaltet: einen Jochbereich mit einer zylindrischen Form, und eine vorspringenden Pol, der von diesem Jochbereich einwärts zum Feldmagneten 210 vorragt. Die Ankerspule 225 ist in der Form einer verteilten Wicklung, kann aber auch in der Form einer konzentrierten Wicklung sein. Zurückkehrend zu 2 kann der Ankerkern 221 ausgebildet werden, indem beispielsweise elektromagnetische Stahlplatten wie etwa Silizium-Stahlplatten aufeinander bereitgestellt werden. In diesem Beispiel wird es bevorzugt, beispielsweise eine super-wärmeresistente Spule zu verwenden, die eine keramische Isolationsschicht aufweist, weil die Ankerwicklung 225 in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird, wie etwa innerhalb des Wärmemediums 400 mit einer hohen Temperatur. Als solch eine super-wärmeresistente Spule ist eine super-wärmeresistente Spule bekannt, die eine Widerstandsfähigkeit aufweist, die eine Verwendung bis zu 400°C gestatten. In dem Fall, bei dem die Temperatur in Verwendung niedrig ist, könnte ebenfalls ein Emaille-Draht, wie etwa ein Polyamidoimid-Kupferdraht oder ein Polyimid-Kupferdraht verwendet werden.
(Wärmeisolationsbehälter)
Der Wärmeisolationsbehälter 250 enthält die Induktions-Rotationsmaschine 20 (Feldmagnet (Rotor) 210 und Anker (Stator) 220). Der Wärmeisolationsbehälter 250 kann konstruiert sein, indem beispielsweise ein Wärmeisolationsmaterial um einen Metallbehälter herum bereitgestellt wird. Beispiele eines solchen Wärmeisolationsmaterials beinhalten Steinwolle, Glaswolle, aufgeschäumten Kunststoff, Ziegel, Keramik oder Kompositmaterialien, die aus angemessenen Kombinationen dieser Materialien gebildet sind.
Der Wärmeisolationsbehälter 250 ist mit einer Welleneinführöffnung 253 versehen, in welche die Rotationswelle 11 eingeführt ist, und die Rotationswelle 11 ist mit dem Feldmagneten (Rotor) 210 der Induktions-Rotationsmaschine 20 über die Welleneinführöffnung 253 gekoppelt. In diesem Beispiel ist ein Durchgangsloch längs der zentralen Achse des Feldkerns 211 gebildet. Die Rotationswelle 11 wird in das Durchgangsloch eingeführt und der Feldmagnet 210 wird an der Rotationswelle 11 fixiert. Darüber hinaus sind im Wärmeisolationsbehälter 250 Lager 261, 262 an zwei Orten vorgesehen, nämlich der Seite, an welcher die Rotationswelle 11 eingeführt wird und der dazu entgegengesetzten Seite. Die Rotationswelle 11 wird durch die Lager 261, 262 drehbar gehaltert.
Weiterhin ist der Wärmeisolationsbehälter 250 mit einem Einlassbereich 251 versehen, über welchen Wärmemedium 400 zugeführt wird, und einem Auslassbereich 252, über welchen Wärmemedium 400 abgegeben wird, und das Wärmemedium 400 wird darin zirkuliert, um durch die Induktions-Rotationsmaschine 20 erzeugte Wärme aufzunehmen. In diesem Beispiel ist der Einlassbereich 251 an der Seite des Wärmeisolationsbehälters 250 vorgesehen, an welchem die Rotationswelle 11 eingeführt ist, und ist der Auslassbereich 252 am entgegengesetzten Ende vorgesehen. Ein Zufuhrrohr und ein Ableitrohr 42 der Wärmemedium-Zirkulationsstruktur 40 sind jeweils mit dem Einlassbereich 251 und dem Auslassbereich 252 verbunden. Darüber hinaus ist ein Wellendichtbereich 263 an der Welleneinführöffnung 253 des Wärmeisolationsbehälters 250 angeordnet. Hier weist aus dem Einlassbereich 251 zugeführtes Wärmemedium 400 in den Wärmeisolationsbehälter 250 vorzugsweise eine Temperatur von nicht mehr als 100°C auf (beispielsweise normale Temperatur). Entsprechend kann die Induktions-Rotationsmaschine 20, welche die Wärme erzeugt hat, effektiv gekühlt werden. Darüber hinaus, wenn die Temperatur nicht mehr als 100°C beträgt, reicht es aus, das der in der Nähe des Einheitsbereich 251 angeordnete Wellendichtbereich 263 einen Wärmewiderstandswert von etwa 100°C aufweist, so dass eine kommerziell verfügbare Fluiddichtung als Wellendichtbereich 263 eingesetzt werden kann. Das Wärmemedium 400, das auf eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 200°C bis 350°C) aufgeheizt worden ist, durch Aufnehmen der durch die Induktions-Rotationsmaschine 20 erzeugten Wärme, wird aus dem Auslassbereich 252 nach außerhalb des Wärmeisolationsbereichs 250 abgegeben.
(Wärmemedium)
Beispiele des Wärmemediums 400 beinhalten Wasser, Öl, geschmolzenes Salz und dergleichen. In dem Fall, bei dem Wasser als Wärmemedium 400 verwendet wird, steigt der Innendruck des Wärmeisolationsbehälters 250, wenn das Wärmemedium 400 auf eine Temperatur von mehr als 100°C erhitzt wird, über welcher Wasser sich in Dampf verwandelt. Andererseits, in dem Fall, bei dem Öl oder geschmolzenes Salz mit einem Siedepunkt von mehr als 100°C bei Atmosphärendruck als Wärmemedium 400 verwendet wird, kann verhindert werden, dass der Innendruck des Wärmeisolationsbehälters 250 ansteigt, selbst wenn das Wärmemedium 400 auf eine Temperatur von mehr als 100°C erhitzt wird. Das Wärmemedium 400 weist vorzugsweise einen Siedepunkt von mehr als 200°C bei Atmosphärendruck auf, und bevorzugterer Weise weist es einen Siedepunkt von mehr als 350°C auf. Insbesondere ist das Wärmemedium 400 vorzugsweise in einem Verwendungs-Temperaturbereich flüssig (beispielsweise Normaltemperatur bis 350°C). In diesem Beispiel wird Öl mit einem Siedepunkt von mehr als 350°C bei Atmosphärendruck als Wärmemedium 400 verwendet und das Wärmemedium 400 kann im Wärmeisolationsbehälter 250 zirkuliert werden und kann durch die Induktions-Rotationsmaschine 20 auf etwa 350°C erhitzt werden.
(Stromumwandlungsvorrichtung, Ankersteuereinheit)
Die Stromumwandlungsvorrichtung 30 liefert Erregerstrom an die Induktions-Rotationsmaschine 20 (Ankerspule 225). Eine Ankersteuereinheit 310 (siehe 2) ist mit der Stromumwandlungsvorrichtung 30 verbunden, um den Erregerstrom an die Induktions-Rotationsmaschine 20 (Ankerspule 225) entsprechend der Stromnachfrage des Stromsystems 100 zu steuern. Die Ankersteuereinheit 310 führt die Stromerzeugungs-Modussteuerung oder/und die Wärmeerzeugungs-Modussteuerung durch. In der Stromerzeugungs-Modussteuerung wird die Induktions-Rotationsmaschine 20 als ein Stromgenerator gesteuert, indem gesteuert wird, dass Reaktivstrom aus dem Stromsystem 100 als Erregerstrom zugeführt wird. In der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung wird die Induktions-Rotationsmaschine 20 als Wärmegenerator betrieben, indem gesteuert wird, dass als Erregerstrom Drehmomentstrom zugeführt wird, der einen Schlupf gestattet, der Lastdrehmoment verursacht.
Bei der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung wird eine Drehzahl des in dem Anker 220 erzeugten Magnetfeldes durch Steuern des Erregerstroms an die Induktions-Rotationsmaschine 20 (Ankerspule 225) gesteuert, um so den Schlupf zu verursachen, der das Lastdrehmoment erzeugt, wenn der Rotor (hier der Feldmagnet 210) gemäß der Rotation der Windmühle 10 rotiert wird. Entsprechend wird das Lastdrehmoment zwangsweise dem Rotor bereitgestellt und induzierter Strom gemäß dem Lastdrehmoment fließt daher im Feldleiter 215 des Feldmagneten 210, mit dem Ergebnis, dass der Feldleiter 215 Wärme erzeugt. Mit anderen Worten wird die Arbeit (Abgabe) durch die Lastdrehmoment-behindernde Rotation der Induktions-Rotationsmaschine 20 (Rotor) in Wärme als Verlust umgewandelt. Es sei anzumerken, dass der Wert des Drehmomentstroms (die Größe des Stroms) an die Ankerspule 225 angemessen anhand der Spezifikation der Induktions-Rotationsmaschine 20 festgelegt werden kann, um so ein vorbestimmtes Lastdrehmoment zu erhalten, und der Wert des Drehmomentstroms beispielsweise auf denselben Stromwert wie der Nennstrom (Entwurfswert) eingestellt werden kann. Im Prinzip wird das Lastdrehmoment vergrößert, wenn der Wert des Drehmomentstroms größer wird; jedoch führt ein zu großer Wert des Drehmomentstroms zu einer Magnetsättigung des Ankerkerns 221, mit dem Ergebnis, dass das Lastdrehmoment „anschlägt“. Der Stromwert des Drehmoments mag beispielsweise nicht weniger als 50% und nicht mehr als 110% des Nennstromwertes betragen.
Beispielsweise kann die Induktions-Rotationsmaschine 20 als normaler Stromgenerator betrieben werden, indem der Reaktivstrom (Dreiphasen-Wechselstrom), wie etwa der in 4 gezeigte, als der Erregerstrom aus dem Stromsystem 100 zugeführt wird, während die Windmühle 10 rotiert, und die Induktions-Rotationsmaschine 20 rotiert. Es sollte angemerkt werden, dass die horizontale Achse von 4 Zeit (t) repräsentiert und die vertikale Achse den Stromwert (i) repräsentiert. Bezüglich der horizontalen Achse und der vertikalen Achse gilt dasselbe auch für jene in 5 unten beschriebenen. Andererseits, wenn der den Schlupf, der das Lastdrehmoment erzeugt, verursachende Drehmomentstrom zugeführt wird, wird der Verlust (Menge an erzeugter Wärme) in der Induktions-Rotationsmaschine 20 vergrößert, wodurch die Induktions-Rotationsmaschine 20 als Wärmegenerator betrieben werden kann. In diesem Beispiel wird bei der Wärmerzeugungs-Modussteuerung der Drehmomentstrom als Gleichstrom, das heißt als Drehmomentstrom, gesteuert, Gleichströme fließen in zumindest zwei von U-Phase, V-Phase und W-Phase der Ankerwicklung 225 und Gleichstrom wird zwischen der U-Phase und der V-Phase, zwischen der U-Phase und der W-Phase oder zwischen der V-Phase und der W-Phase angelegt. Spezifisch kann beispielsweise der Gleichstrom so fließen, dass gleiche Gleichströme von zwei (beispielsweise der U-Phase und der W-Phase) der drei Phasen eingegeben werden und aus den zweien resultierender Gleichstrom aus der verbleibenden (beispielsweise der V-Phase) der Phasen ausgegeben wird, oder kann der Gleichstrom so fließen, dass Gleichstrom aus irgendeiner der drei Phasen eingegeben wird und Gleichstrom aus einer anderen der drei Phasen ausgegeben wird.
Das Nachfolgende beschreibt ein Prinzip, bei welchem in diesem Fall die Induktions-Rotationsmaschine 20 als Wärmegenerator arbeitet. Wenn beispielsweise der Gleichstrom als der Drehmomentstrom aus der Stromumwandlungsvorrichtung 30 durch die Ankersteuereinheit 310 angelegt wird, während der Feldmagnet (Rotor) 210 bei einer Nenndrehzahl (Nennanzahl von Umdrehungen) gemäß Rotation der Windmühle rotiert wird, wird ein Lastdrehmoment so groß wie das Startdrehmoment erhalten. Dann fließt induzierter Strom im Feldleiter 215 des Feldmagneten 210 und seine Arbeit (Abgabe) wird als Wärmeerzeugung im Feldleiter (215) verbraucht. Hier, wie oben unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, ist das Startdrehmoment im Allgemeinen größer als das Nenndrehmoment, so dass Arbeit (Abgabe) größer als die Nennabgabe der Induktions-Rotationsmaschine 20 erhalten werden kann, was zu einer großen Menge an erzeugter Wärme führt.
Darüber hinaus kann die Induktions-Rotationsmaschine 20 auch als sowohl Stromgenerator als auch Wärmegenerator betrieben werden, indem die Ankersteuereinheit 310 sowohl die Stromerzeugungs-Modussteuerung als auch die Wärmeerzeugungs-Modussteuerung durchführt. In diesem Fall kann die Menge an erzeugtem Strom und die Menge an erzeugter Wärme der Induktions-Rotationsmaschine 20 gesteuert werden, indem Erregerstrom, der eine Reaktivstromkomponente und eine Drehmomentstromkomponente beinhaltet, zugeführt wird und ein Verhältnis der Reaktivstromkomponente und der Drehmomentstromkomponente eingestellt wird. Wie beispielsweise in 5 gezeigt, kann der Drehmomentstrom (Gleichstrom) dem Reaktivstrom (Dreiphasen-Wechselstrom) überlagert werden. Unter der Annahme, dass der Nennstromwert 10 beträgt, zeigt 5 den Erregerstrom, in welchem der Gleichstrom von 1 („i + 1“ in der Figur) der U-Phase und der W-Phase überlagert ist, und Erregerstrom, in welchem Gleichstrom von –2 („i – 2“ in der Figur) der V-Phase überlagert ist. Wenn die Drehmomentstromkomponente erhöht wird, wird das Verhältnis der Menge an erzeugter Wärme der Induktions-Rotationsmaschine 20 vergrößert.
(Wärmemediums-Zirkulationsstruktur)
Die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur 40 zirkuliert im Wärmeisolationsbehälter 250 das Wärmemedium 400, um die durch die Induktions-Rotationsmaschine 20 erzeugte Wärme aufzunehmen (siehe 1 und 2). In diesem Beispiel beinhaltet die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur 40: Zufuhrrohr 41, das ein Ende mit dem Anlassbereich 251 des Wärmeisolationsbehälters 250 verbunden aufweist und das Wärmemedium 400 in den Wärmeisolationsbehälter 250 liefert; ein Abgaberohr 42, das ein Ende mit dem Auslassbereich 252 des Wärmeisolationsbehälters 250 verbunden hat und das Wärmemedium 400 nach außerhalb des Wärmeisolationsbehälters 250 abgibt, und eine Umwälz- bzw. Zirkulationspumpe 43, die am Zufuhr 41 vorgesehen ist. Darüber hinaus ist sowohl das andere Ende des Zufuhrrohrs 41 als auch das andere Ende des Abgaberohrs 42 mit dem Wärmeakkumulator 50 verbunden. Die Wärmezirkulationsstruktur 40 verwendet die Zirkulationspumpe 43, um Wärmemedium 400 zwischen der Induktions-Rotationsmaschine 20 (Wärmeisolationsbehälter 250) und dem Wärmeakkumulator 50 zu zirkulieren, wodurch das Wärmemedium 400 in dem Wärmeisolationsbehälter 250 zirkuliert wird. Hier wird es bevorzugt, die Flussrate des Wärmemediums 400 unter Verwendung der Zirkulationspumpe 43 anhand der Temperatur des Wärmemediums 400 einzustellen, welches durch die, durch die Induktions-Rotationsmaschine 20 erzeugte Wärme erhitzt wird. Spezifisch wird die Flussrate des Wärmemediums 400 erhöht, wenn das Wärmemedium 400 eine höhere Temperatur als eine vorbestimmte Temperatur aufweist, während die Flussrate gesenkt wird, wenn das Wärmemedium 400 eine niedrigere Temperatur als die vorbestimmte Temperatur aufweist. Entsprechend kann die Induktions-Rotationsmaschine 20 im Temperaturbereich zur Verwendung gehalten werden.
Das durch die Induktions-Rotationsmaschine 20 erwärmte Wärmemedium 400 wird im Wärmeakkumulator 50 durch das Abgaberohr 42 bereitgestellt. In diesem Beispiel wird der Wärmeakkumulator 50 mit wärmeakkumulierendem Material befüllt und sind darin ein erstes Wärmetauschrohr 51 und ein zweites Wärmetauschrohr 52 vorgesehen, so dass der Wärmeakkumulator 50 eine Wärmetauscherfunktion hat. Das erste Wärmetauschrohr 51 hat ein Ende mit dem Abgaberohr 42 verbunden, und das Wärmemedium 400 (beispielsweise Öl) das auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt worden ist, wird im ersten Wärmeaustauschrohr 51 zirkuliert, um einen Wärmetausch zwischen dem Wärmemedium 400 und dem wärmeakkumulierenden Material zu erzielen, mit dem Ergebnis, dass die Wärme des Wärmemediums 400 im wärmeakkumulierenden Material akkumuliert wird. Andererseits wird ein sekundäres Wärmemedium (beispielsweise Wasser) im zweiten Wärmetauschrohr 52 zirkuliert, um einen Wärmeaustausch zwischen dem wärmeakkumulierenden Material und dem sekundären Wärmemedium zu erzielen, mit dem Ergebnis, dass das im zweiten Wärmetauschrohr 52 zirkulierende sekundäre Wärmemedium sich in Dampf umwandelt. Der Dampf (beispielweise Hochdruck, Hochtemperaturdampf) des sekundären Wärmemediums, das so erzeugt wird, wird dem thermischen Stromgenerator 60 über das zweite Wärmetauschrohr 52 bereitgestellt. Das heißt, dass der Akkumulator 50 auch eine Funktion eines Wärmetauschers aufweist. Als wärmeakkumulierendes Material kann ein latent wärmeakkumulierendes Material oder ein sensibles wärmeakkumulierendes Material verwendet werden oder sie können in Kombination verwendet werden. Allgemein involviert das latente wärmeakkumulierende Material einen Phasenwechsel zwischen fest und flüssig und gestattet eine höhere Wärmeakkumulierungsdichte als diejenige des sensiblen wärmeakkumulierenden Materials. Hier ist das Zufuhrrohr 41 mit dem anderen Endes des ersten Wärmeaustauschrohrs 51 verbunden. Das Wärmemedium 400, das als Ergebnis des Wärmetauschs abgekühlt ist, wird der Induktions-Rotationsmaschine 20 (Wärmeisolationsbehälter 250) wieder durch das Zufuhrrohr 41 durch die Zirkulationspumpe 43 bereitgestellt.
(Thermischer Stromgenerator, Stromsteuereinheit)
Der thermische Stromgenerator 60 wandelt die Wärme des Wärmemediums, welches durch die Induktions-Rotationsmaschine 20 erhitzt ist, in Strom um. In diesem Beispiel wird die im Wärmeakkumulator 50 akkumulierte Wärme in Strom umgewandelt. Der in 1 gezeigte thermische Stromgenerator 60 weist eine Konfiguration in Kombination mit einer Dampfturbine 61 und einem Stromgenerator 62 auf, kann elektrischen Strom erzeugen weil der Stromgenerator 62 mit der Dampfturbine 61 angetrieben wird, welche durch aus den Wärmeakkumulator 50 gelieferten Dampf rotiert wird, und kann den erzeugten Strom dem Stromsystem 100 zuführen. Darüber hinaus ist die Stromsteuereinheit 80 mit dem thermischen Stromgenerator 60 verbunden, so dass der durch den thermischen Stromgenerator 60 zu erzeugende Strom anhand der Stromnachfrage des Stromsystems 100 gesteuert wird.
Der Dampf des aus dem thermischen Stromgenerators 60 (Dampfturbine 61) abgegebenen sekundären Wärmemediums wird gekühlt und wird durch den Dampfkondensator 71 in Flüssigkeit verwandelt und wird dann dem Wärmeakkumulator 50 (zweites Wärmetauschrohr 52) durch die Umwälzpumpe 72 zugeführt. Entsprechend wird das sekundäre Wärmemedium zwischen dem Wärmeakkumulator 50 und dem thermischen Stromgenerator 60 zirkuliert.
Wirkung des Wind-Stromerzeugungssystems Das Wind-Stromerzeugungssystem 1 der ersten Ausführungsform, wie oben beschrieben, zeigt die folgenden Wirkungen.

(1) Da die Induktions-Rotationsmaschine 20 durch die Ankersteuereinheit 310 als Stromgenerator, Wärmegenerator oder beides betrieben werden kann, kann zu erzeugender Strom anhand der Stromnachfrage gesteuert werden, wodurch Windenergie effektiv maximal ausgenutzt werden kann. Wenn beispielsweise die Stromnachfrage des Stromsystems 100 auf einem Spitzenwert ist und die Windmühle 10 rotiert wird, wird die Induktions-Rotationsmaschine 20 als Stromgenerator mit hoher Stromerzeugungseffizienz (Stromerzeugungs-Modussteuerung) betrieben, wodurch Strom aus der Induktions-Rotationsmaschine 20 geliefert werden kann. Wenn andererseits die Stromnachfrage des Stromsystems 100 jenseits der Spitze ist („off peak“) und die Windmühle 10 angetrieben wird, wird die Induktions-Rotationsmaschine 20 als Wärmegenerator (Wärmeerzeugungs-Modussteuerung) betrieben, wodurch die durch die Induktions-Rotationsmaschine 20 erzeugte Wärme im Wärmeakkumulator 50 über die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur 40 akkumuliert werden kann. Darüber hinaus, wenn die Stromnachfrage des Stromsystems 100 auf Spitzenwert ist, aber die Windmühle 10 nicht rotiert wird, erzeugt der thermische Stromgenerator 60 Strom unter Verwendung mit der im Wärmeakkumulator 50 gespeicherten Wärme, wodurch Strom aus dem thermischen Stromgenerator 60 geliefert werden kann. Daher kann gemäß dem Wind-Stromerzeugungssystem 1 eine stabile Stromversorgung erzielt werden, ohne Backup, wie Speicherbatterien oder befeuerte Stromerzeugungseinrichtungen.
(2) In dem Fall, bei dem die Induktions-Rotationsmaschine 20 als sowohl Stromgenerator als auch Wärmegenerator betrieben wird, kann die Menge erzeugten Stroms und die Menge erzeugter Wärme der Induktions-Rotationsmaschine 20 ebenfalls gesteuert werden. Entsprechend, wenn nicht so viel Strom benötigt wird, kann ein Teil der Rotationsenergie der Windmühle 10 als elektrische Energie erhalten werden und kann der Rest als Wärmeenergie erhalten werden, durch die Induktions-Rotationsmaschine 20. Darüber hinaus werden durch auch Betreiben der Induktions-Rotationsmaschine 20 als Wärmegenerator, während die Induktions-Rotationsmaschine 20 als Stromgenerator betrieben wird, sowohl die Erzeugung von Strom als auch die Erzeugung von Wärme durch die Induktions-Rotationsmaschine 20 im Falle starken Winds durchgeführt, wodurch eine Abgabe größer als die Nennabgabe für den Stromgenerator erhalten wird. Daher kann Energie maximal wiedergewonnen werden, ohne Windenergie vergeblich auszulassen. Darüber hinaus wird der verwendbare Windgeschwindigkeitsbereich breit, mit dem Ergebnis, dass eine Grenzwindgeschwindigkeit auch hoch angesetzt werden kann.
(3) Wenn die Stromnachfrage des Stromsystems 100 auf einem Spitzenwert ist und die Windmühle 10 nicht rotiert wird, wird Strom aus dem thermischen Stromgenerator 60 geliefert, während, wenn die Windmühle 10 rotiert wird, aber eine größere Strommenge erzeugt werden muss, Strom simultan aus der Induktions-Rotationsmaschine 20 und dem thermischen Stromgenerator 60 geliefert werden kann.
(4) Zusätzlich kann eine existierende Technik einer Induktionsmaschine als Induktions-Rotationsmaschine verwendet werden und daher kann die Induktions-Rotationsmaschine preisgünstig und einfach aufgebaut sein.

[Zweite Ausführungsform: Feldmagnet = Rotor (Innenseite), Anker = Stator (Außenseite)]
In der ersten Ausführungsform wird beschrieben, dass bei der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung der Gleichstrom an die Induktions-Rotationsmaschine 20 (Ankerwicklung 225) als Drehmomentstrom durch die Ankersteuereinheit 310 angelegt wird. In der zweiten Ausführungsform wird beschrieben, dass bei der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung Wechselstrom mit einer Frequenz, welche vm Nenndrehmoment bis zum Abwürgedrehmoment gestattet, als der Drehmomentstrom an die Induktions-Rotationsmaschine 20 (Ankerwicklung 225) angelegt wird. Hier beschreibt als ein spezifisches Beispiel da Nachfolgende einen Fall der Steuerung des Drehmomentstroms als Wechselstrom mit einer Frequenz, die das Abwürgedrehmoment gestattet. Es ist anzumerken, dass die Konfiguration der zweiten Ausführungsform dieselbe wie die Konfiguration der ersten Ausführungsform ist, außer dass das Anregungsverfahren der Induktions-Rotationsmaschine 20 durch die Ankersteuereinheit 310 sich von demjenigen in der ersten Ausführungsform unterscheiden daher das Nachfolgende hauptsächlich den Unterschied beschreibt.
Spezifisch ist in der Wärmerzeugungs-Modussteuerung die Ankersteuereinheit 310 konfiguriert, einen Dreiphasen-Wechselstrom zu steuern, der eine vorbestimmte Frequenz hat, die einen Schlupf gestattet, der das Abwürgedrehmoment verursacht, und diesen an die Ankerspule 225 als den Drehmomentstrom anzulegen.
Das Nachfolgende beschreibt ein Prinzip, bei welchem in diesem Fall die Induktions-Rotationsmaschine 20 als ein Wärmegenerator betrieben wird. Wenn beispielsweise der Wechselstrom mit der Frequenz, die das Abwürgedrehmoment gestattet, aus der Stromumwandlungsvorrichtung 30 durch die Ankersteuereinheit 310 angelegt wird, während der Feldmagnet (Rotor) 210 bei einer Nenndrehzahl (Nennanzahl von Umdrehungen) entsprechend der Rotation der Windmühle 10 rotiert wird, wird ein Lastdrehmoment entsprechend dem Abwürgedrehmoment erhalten. Dann fließt induzierter Strom im Feldleiter 215 des Feldmagneten 210 und es wird Arbeit (Abgabe) derselben als Wärmeerzeugung im Feldleiter 215 verbraucht. Hier, wie oben unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, ist das Abwürgedrehmoment im Allgemeinen viel größer als das Nenndrehmoment und das Startdrehmoment, so dass Arbeit (Abgabe), welche viel größer ist als die Nennabgabe der Induktions-Rotationsmaschine 20, erhalten werden kann, was zu einer größeren Menge an erzeugter Wärme führt.
[Modifikation 1: Magnetfeld = Stator (Außenseite), Anker = Rotor (Innenseite)]
In jeder der ersten und zweiten Ausführungsformen ist die Konfiguration (rotierender Feldmagnettyp), in welchem der Feldmagnet 210 als der Rotor dient und der Anker 220 als der Stator dient, in der Induktions-Rotationsmaschine 20 beschrieben. Die Induktions-Rotationsmaschine 20 kann weiter modifiziert sein, eine Konfiguration (Rotationsankertyp) aufzuweisen, in welcher die Positionsbeziehung zwischen dem Feldmagneten 210 und dem Anker 220 umgekehrt ist, der Feldmagnet 210 als der Stator dient und der Anker 220 als der Rotor dient.
Wie beispielsweise in 6 gezeigt, ist im Feldmagneten (Stator) ein Leiter in Form eines Käfigs am inneren Umfang des Feldkerns 211 angeordnet, der eine zylindrische Form aufweist und dieser Käfigleiter kann als Feldleiter 215 dienen. Der Käfigleiter (Feldleiter 215) ist in der folgenden Weise ausgebildet: Leiterstäbe 215b sind in einer Mehrzahl von Schlitzen vorgesehen, die am inneren Umfang des Feldkerns 211 vorgesehen sind, mit einem darin eingefügten Abstand zwischen Ihnen; und Leiterendringe 215r sind an beiden Enden des Feldkerns 211 vorgesehen, um diese Leiterstäbe 215 kurzzuschließen. Andererseits ist der Anker (Rotor) innerhalb des Feldmagneten 210 mit einem dazwischen eingefügten Raum angeordnet und ist mit der Rotationswelle der Windmühle gekoppelt. Spezifisch kann solch eine Struktur verwendet werden, bei der der Ankerkern mit der der Rotationswelle der Windmühle gekoppelt ist und die Ankerspule um einen vorspringenden Pol des Ankerkerns gewickelt ist, der sich auswärts zum Feldmagneten hin vorstreckt. Die Ankerspule kann in Form einer verteilten Dreiphasen-Wicklung wie bei der ersten Ausführungsform sein. Darüber hinaus kann die Ankerspule mit Erregerstrom aus der Stromumwandlungsvorrichtung über einen Schlupfring versorgt werden.
Auch bei einer solchen Konfiguration, wenn der Rotor (hier der Anker) entsprechend der Rotation der Windmühle rotiert wird, wird der Erregerstrom an die Ankerspule durch die Ankersteuereinheit gesteuert, um den Schlupf zu verursachen, der das Lastdrehmoment erzeugt, mit dem Ergebnis, dass induzierter Strom gemäß dem Lastdrehmoment in den Feldleiter des Feldmagneten fließt. Als Ergebnis erzeugt der Feldleiter Wärme. Wenn beispielsweise der Anker (Rotor) bei der Nenndrehzahl (Nennanzahl von Umdrehungen) entsprechend der Rotation der Windmühle rotiert wird und der Gleichstrom an der Ankerwicklung als der Drehmomentstrom angelegt wird, wie bei der ersten Ausführungsform, wird ein Lastdrehmoment so groß wie das Startdrehmoment erhalten, mit dem Ergebnis, dass Arbeit (Abgabe) derselben durch die Erzeugung von Wärme des Feldleiters verbraucht wird. Alternativ, wenn Wechselstrom mit einer Frequenz, die das Abwürgedrehmoment gestattet, an die Ankerwicklung als das Drehmoment angelegt wird, wie bei der zweiten Ausführungsform, wird ein Lastdrehmoment so groß wie das Abwürgedrehmoment erhalten, mit dem Ergebnis, dass Arbeit (Abgabe) davon durch die Erzeugung von Wärme des Feldleiters verbraucht wird.
Darüber hinaus ist bei dieser Konfiguration der die Wärme erzeugende Feldmagnet der Stator, so dass eine solche Konfiguration angewendet werden kann, bei der die Induktions-Rotationsmaschine nicht im Wärmeisolationsbehälter enthalten ist. Spezifisch wird der Feldmagnet mit einem Wärmemedium-Flusspfad versehen, indem ein Feldmagnet mit einem Loch versehen wird, in welchem das Wärmemedium zirkuliert, oder durch Anordnen eines Rohrs an der äußeren Umfangsoberfläche des Feldmagneten, um dem Wärmemedium zu gestatten, darin zu zirkulieren, und die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur unter Verwendung dieses Wärmemediums-Flusspfads konstruiert ist, wodurch durch die Induktions-Rotationsmaschine (Feldmagnet) erzeugte Wärme auf das Wärmemedium übertragen werden kann. In diesem Fall kann der Wärmeisolationsbehälter weggelassen werden, was eine schmalere Größe ergibt.
[Modifikation 2: Feldmagnet = Stator (Innenseite), Anker = Rotor (Außenseite)
In jeder der ersten und zweiten Ausführungsformen ist eine solche Konfiguration (innerer Rotortyp) beschrieben, dass der Rotor (Feldmagnet 210) einwärts des Stators (Anker 220) in der Induktions-Rotationsmaschine angeordnet ist. Die Induktions-Rotationsmaschine 20 kann weiter modifiziert sein, eine solche Konfiguration (Außenrotortyp) aufzuweisen, bei welcher der Feldmagnet 210 als der Stator dient, der Anker 220 als der Rotor dient und der Rotor (Anker 220) auswärts des Stators (Feldmagnet 210) angeordnet ist, ohne die Positionsbeziehung zwischen dem Feldmagneten 210 und dem Anker 220 zu verändern.
Beispielsweise kann eine solche Struktur eingesetzt werden, dass der Ankerkern mit der Rotationswelle gekoppelt ist, um den Anker zusammen mit der Rotationswelle der Windmühle zu rotieren, und dass der Feldmagnet (Feldkern) in einer Auslegerweise durch ein Gehäuse wie etwa den Wärmeisolationsbehälter gehaltert und daran fixiert ist. Darüber hinaus kann in diesem Fall die Ankerwicklung mit Erregerstrom aus der Stromumwandlungsvorrichtung über einen Schlupfring versorgt werden.
[Modifikation 3: Feldmagnet = Rotor (Außenseite), Anker = Stator (Innenseite)]
Auch in der Induktions-Rotationsmaschine von Modifikation 1, wie oben beschrieben, kann eine solche Konfiguration (Außenrotortyp) eingesetzt werden, in welchem der Anker als der Stator dient, der Feldmagnet als der Rotor dient und der Rotor (Feldmagnet) auswärts des Stators (Anker) angeordnet ist, wie bei Modifikation 2.
Es ist anzumerken, dass in jedem der oben beschriebenen Wind-Stromerzeugungssysteme der ersten und zweiten Ausführungsformen und Modifikationen 1 bis 3 in dem Fall der Konfiguration, in welcher die Induktions-Rotationsmaschine im Wärmeisolationsbehälter enthalten ist und das Wärmemedium darin zirkuliert, die Wärmeaustauscheffizienz zwischen dem Feldmagnet 210 und dem Wärmemedium 400 verbessert werden kann, indem eine Ungleichmäßigkeit oder Flossen in der Oberfläche des Feldkerns 211 vorgesehen sind, beispielsweise um die Oberfläche des Feldmagneten 210 zu vergrößern. Darüber hinaus kann die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur 40 als Wärmeakkumulator verwendet werden, durch Wickeln eines Wärmeisolationsmaterials um das Zufuhrrohr 41 oder das Abfuhrrohr 42 der Wärmemediums-Zirkulationsstruktur 40, um eine Wärmeisolationsfunktion bereitzustellen. In diesem Fall kann die Wärme des in der Wärmemediums-Zirkulationsstruktur 40 zirkulierenden Wärmemediums verwendet werden, um Strom durch den thermischen Stromgenerator 60 zu erzeugen.
Die hierin offenbarten Ausführungsformen sind illustrativ und in keinster Weise restriktiv. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist im Hinblick auf die Ansprüche definiert und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs und Bedeutungsäquivalenz zu den Ausdrücken in den Ansprüchen beinhalten.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das Wind-Stromerzeugungssystem der vorliegenden Erfindung ist geeigneter Maßen auf das Feld der Stromerzeugung, die erneuerbare Energie verwendet, anwendbar.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Wind-Stromerzeugungssystem; 10: Windmühle; 11: Rotationswelle; 12: Flügel; 13: Rotationsdetektor; 20: Induktions-Rotationsmaschine; 210: Feldmagnet; 211: Feldkern; 215: Feldleiter; 215b: Leiterstab; 215r: Leiterendring; 220: Anker; 221: Ankerkern; 225: Ankerspule; 250: Wärmeisolationsbehälter; 251: Einlassbereich; 252: Auslassbereich; 253: Welleneinführöffnung; 261, 262: Lager; 263: Wellendichtbereich; 30: Stromumwandlungsvorrichtung; 310: Ankersteuereinheit; 40: Wärmemediums-Zirkulationsstruktur; 400: Wärmmedium; 41: Zufuhrrohr; 42: Abgaberohr; 43: Zirkulationspumpe; 50: Wärmeakkumulator; 51: erstes Wärmetauschrohr; 52: zweites Wärmetauschrohr; 60: thermischer Stromgenerator; 61: Dampfturbine; 62: Stromgenerator; 71: Dampfkondensator; 72: Umwälzpumpe; 80: Stromsteuereinheit; 91: Turm; 92: Maschinenhaus; 93: Gebäude; 100: Stromsystem (kommerzielle Stromquellen).

Claims

Wind-Stromerzeugungssystem umfassend: eine Windmühle, eine Induktionsrotationsmaschine, die mit einer Rotationswelle der Windmühle gekoppelt ist; eine Stromwandlungsvorrichtung, die konfiguriert ist, Erregerstrom zur Induktionsrotationsmaschine zu liefern; eine Wärmemediums-Kreislaufstruktur, die konfiguriert ist, ein Wärmemedium zu zirkulieren, um durch die Induktions-Rotationsmaschine erzeugte Wärme aufzunehmen; einen Wärmeakkumulator, der konfiguriert ist, Wärme des in der Wärmemediums-Zirkulationsstruktur zirkulierenden Wärmemediums zu akkumulieren; einen thermischen Stromgenerator, der konfiguriert ist, um die Wärme des in dem Wärmeakkumulator akkumulierten Wärmemediums in elektrischen Strom zu wandeln; und eine Ankersteuereinheit, die konfiguriert ist, den Erregerstrom gemäß der Stromnachfrage eines Stromsystems zu steuern, wobei die Ankersteuereinheit konfiguriert ist, eine Stromerzeugungs-Modussteuerung oder/und Wärmeerzeugungs-Modussteuerung durchzuführen, wobei die Induktionsrotationsmaschine als ein Stromgenerator im Stromerzeugungsmodus betrieben wird, indem gesteuert wird, Reaktivstrom aus dem Stromsystem als den Erregerstrom zu liefern, wobei die Induktionsrotationsmaschine bei der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung als ein Wärmegenerator betrieben wird, indem gesteuert wird, als den Erregerstrom einen Drehmomentstrom zu liefern, der einen Schlupf verursacht, der Lastdrehmoment erzeugt.
Wind-Stromerzeugungssystem gemäß Anspruch 1, wobei bei der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung die Ankersteuereinheit den Drehmomentstrom als Gleichstrom oder Wechselstrom steuert.
Wind-Stromerzeugungssystem gemäß Anspruch 1, wobei bei der Wärmeerzeugungs-Modussteuerung die Ankersteuereinheit den Drehmomentstrom als Wechselstrom mit einer Frequenz, welche von Nenndrehmoment bis Abwürgedrehmoment gestattet, steuert.
Wind-Stromerzeugungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend einen Wärmeisolationsbehälter, der die Induktions-Rotationsmaschine enthält, wobei die Wärmemediums-Zirkulationsstruktur das Wärmemedium in dem Wärmeisolationsbehälter zirkuliert.
Wind-Stromerzeugungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine Stromsteuereinheit, die konfiguriert ist, durch den thermischen Stromerzeuger zu erzeugenden Strom gemäß der Stromnachfrage des Stromsystems zu steuern.