DE19850565B4 - Electric self-service consumer and load control method for such a consumer - Google Patents

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Abstract

Elektrischer Selbstversorgungsverbraucher für den Inselbetrieb, mit einer Windkraftanlage (3) als Stromerzeugungseinheit zur Einspeisung in ein angeschlossenes dezentrales Netz an das wenigstens ein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist, der mit einer Steuer- und/oder Reglereinheit (10) derart in Wirkverbindung steht, dass dessen tatsächliche Bezugslast jeweils der augenblicklich von der Stromerzeugungseinheit angebotenen Nutzlast zumindest annähernd entspricht, wobei der elektrische Verbraucher hierzu ein Ensemble aus parallel geschalteten Arbeitseinheiten (16a...f) umfasst, die jeweils separat zu- und abschaltbar sind, wobei der elektrische Verbraucher eine Meerwasserentsalzungsanlage (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Meerwasserentsalzungsanlage (2) nach dem Verfahren der Umkehrosmose arbeitet, wobei die Meerwasserentsalzungsanlage (2) mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (15) und wenigstens zwei parallel zueinander mit der Hochdruckpumpe (15) strömungsverbundenen Osmosekammern (16a...f) ausgerüstet ist, wobei diese Strömungsverbindung zwischen den Osmosekammern (16a...f) und der Hochdruckpumpe (15) mittels entsprechender Absperrvorrichtungen (24a...f) jeweils separat zu öffnen und zu schließen ist.Electric self-supply consumer for island operation, with a wind turbine (3) as power generation unit for feeding into a connected decentralized network to which at least one electrical load is connected, which is in operative connection with a control and / or regulator unit (10) such that its actual Reference to each of the momentarily offered by the power generating unit payload at least approximately, wherein the electrical load for this purpose comprises an ensemble of parallel working units (16a ... f), which are separately switched on and off, the electrical consumer a desalination plant (2 ), characterized in that the seawater desalination plant (2) operates according to the method of reverse osmosis, wherein the seawater desalination plant (2) with at least one high pressure pump (15) and at least two parallel to each other with the high pressure pump (15) flow connected Osmosekammern (16a ... f) is equipped, and this flow connection between the osmosis chambers (16a ... f) and the high-pressure pump (15) by means of corresponding shut-off devices (24a ... f) is to be opened and closed separately.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Selbstversorgungsverbraucher für den Inselbetrieb, mit einer Stromerzeugungseinheit, vorzugsweise einer Windkraftanlage zur Einspeisung in ein angeschlossenes dezentrales Netz an das wenigstens ein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist, der mit einer Steuer- und/oder Reglereinheit derart in Wirkverbindung steht, dass dessen tatsächliche Bezugslast jeweils der augenblicklich von der Stromerzeugungseinheit angebotenen Nutzlast zumindest annähernd entspricht, wobei der elektrische Verbraucher hierzu ein Ensemble aus parallel geschalteten Arbeitseinheiten umfasst, die jeweils separat zu- und abschaltbar sind, wobei der elektrische Verbraucher eine, vorzugsweise Meerwasserentsalzungsanlage umfasst, sowie ein Lastregelungsverfahren zum Betrieb dieses Verbrauchers.The invention relates to an electrical self-supply consumer for island operation, with a power generation unit, preferably a wind turbine for feeding into a connected decentralized network to which at least one electrical load is connected, which is in operative connection with a control and / or regulator unit such that its actual Reference load in each case at least approximately corresponds to the payload currently offered by the power generation unit, wherein the electrical load for this purpose comprises an ensemble of parallel operating units, each separately switched on and off, wherein the electrical load comprises a, preferably desalination plant, and a load control method for operation this consumer.

Eine solche Anlage ist grundsätzlich aus der DE 36 13 871 A1 bekannt. Es handelt sich dabei um eine Anlage zur Nutzung von Windenergie, die zur Dampf- oder Gasverdichtung, aber auch alternativ zur Meerwasserentsalzung genutzt werden soll, wobei durch das Zu- und Abschalten von Lastkreisen der Anlage, in beiden Anwendungsfällen die jeweilige Lastabnahme an die jeweilige Generatorleistung, die wiederum von der aktuell eingespeisten Windenergie abhängt, angepasst werden kann.Such a plant is basically from the DE 36 13 871 A1 known. It is a system for the use of wind energy, which is to be used for steam or gas compression, but also as an alternative to seawater desalination, by switching on and off of load circuits of the system, in both applications, the respective load loss to the respective generator power , which in turn depends on the currently fed wind energy, can be adjusted.

Die Meerwasserentsalzungsanlage arbeitet dabei nach dem an sich bekannten Verdampfungsprinzip. Dabei ist eine Verdampfer-Kondensatoreinheit mit einem Verdampfersumpf vorgesehen, wobei sowohl ein Kreiselverdichter zwischen Verdampfer und Kondensator, wie auch die im Verdampfersumpf angeordnete Elektroheizung über einen windkraftgetriebenen Synchrongenerator angetrieben werden.The seawater desalination plant works according to the known evaporation principle. In this case, an evaporator-condenser unit is provided with an evaporator sump, wherein both a centrifugal compressor between evaporator and condenser, as well as the arranged in the evaporator sump electric heater are driven by a wind power synchronous generator.

Darüber hinaus ist es aus der EP 0 046 530 A1 ebenfalls grundsätzlich bekannt, in Verbindung mit schwer beherrschbaren dezentralen Energiequellen zum Ausgleich kurzfristiger Schwankungen der Einspeiselistung mit einer Puffereinheit zu betreiben, die zum Zweck der Energiezwischenspeicherung dient.In addition, it is from the EP 0 046 530 A1 also basically known to operate in conjunction with hard-to-control decentralized energy sources to compensate for short-term fluctuations in the feed with a buffer unit, which serves for the purpose of energy caching.

Wegen der zeitlichen Schwankungen des Energieangebotes werden Windkraftanlagen überwiegend mit zentralen Stromversorgungsnetzen verbunden, durch die eine kontinuierliche und leistungsstabile Stromversorgung auch in Schwachwindzeiten gewährleistet ist.Because of the temporal fluctuations of the energy supply, wind turbines are mainly connected to central power supply networks, which ensures a continuous and stable power supply even in low wind periods.

Insellösungen kamen für Windkraftanlagen bislang nur in Ausnahmefällen in Betracht und erwiesen sich insbesondere zur Versorgung von Verbrauchern, die eine hohe und gleichmäßige Netzleistung erfordern, als unbefriedigend. So sind zwar etwa Meerwasserentsalzungsanlagen, die nach dem Wirkungsprinzip der Umkehrosmose arbeiten, wegen ihres verhältnismäßig geringen Energieverbrauchs von etwa 6 kWh pro m3 gewonnenem Süßwasser konventionellen Verdampfertechniken, die ca. 16–18 kWh/m3 erfordern, deutlich überlegen; sie erfordern jedoch einen gleichmäßigen, hohen Umkehrosmosedruck, der mit im Inselbetrieb arbeitenden Windkraftanlagen ohne Netzunterstützung bislang nicht gewährleistet werden konnte.Isolated solutions have only been considered in exceptional cases for wind turbines and have proven to be unsatisfactory in particular for supplying consumers who require a high and even network performance. Thus, for example, seawater desalination plants that operate on the principle of reverse osmosis, because of their relatively low energy consumption of about 6 kWh per m3 of fresh water obtained conventional evaporation techniques that require about 16-18 kWh / m3, clearly superior; However, they require a uniform, high reverse osmosis pressure that could not be guaranteed with operating in island operation wind turbines without grid support.

Bekannt sind dezentrale Energieumwandlungssysteme, bei der ein Windgenerator mit einem oder mehreren Dieselgeneratoren kombiniert wird, der/die bei Windausfall die Energieversorgung der mit dem System elektrisch verbundenen Verbraucher übernimmt/übernehmen. Dabei lässt sich die Häufigkeit der in Schwachwindzeiten erforderlichen Anläufe des Dieselmotors durch Zwischenschaltung eines Batteriepuffers vermindern.Decentralized energy conversion systems are known, in which a wind generator is combined with one or more diesel generators, which / takes over the energy supply of consumers electrically connected to the system in case of wind failure. In this case, it is possible to reduce the frequency of starting of the diesel engine required in light-wind periods by interposing a battery buffer.

Die Dieselaggregate dieser Systeme gewährleisten auch bei Windflauten ein gleichmäßiges Leistungsangebot im dezentralen Netz.The diesel generators of these systems guarantee a uniform performance in the decentralized network even in windy weather.

Hierdurch erhöht sich jedoch der bautechnische Aufwand und Wartungsumfang solcher Anlagen erheblich und erfordert zudem eine regelmäßige Versorgung mit Treibstoff, die insbesondere in abgelegenen Regionen oder bei Fehlen einer entsprechenden Infrastruktur nicht immer ohne weiteres gewährleistet werden kann.As a result, however, increases the structural complexity and maintenance of such facilities considerably and also requires a regular supply of fuel, which can not always be guaranteed, especially in remote regions or in the absence of an appropriate infrastructure.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren für den Inselbetrieb zu schaffen, die/das einerseits netzautark und ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Ersatzversorgern, wie Dieselaggregaten, arbeitet und innerhalb dessen andererseits auch solche Verbraucher, die über zumindest einen längeren Zeitraum hinweg mit konstanter Leistung betrieben werden müssen, integrierbar sind.The present invention is therefore an object of the invention to provide a device and a method for island operation, the / one hand netzautark and without the aid of additional Ersatzversorgern, such as diesel engines works, and within the other hand, such consumers who over at least a longer period be operated at a constant power can be integrated.

Gelöst ist diese Aufgabe bei einem elektrischen Selbstversorgungsverbraucher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einem Lastregelungsverfahren zum Betrieb desselben gemäß Anspruch 10.This object is achieved in an electrical self-supply consumer with the features of claim 1 and a load control method for operating the same according to claim 10.

Die Schwankungen des Nutzlastangebots einer Stromerzeugungseinheit im Inselbetrieb werden dabei erfindungsgemäß durch eine entsprechende Anpassung der von der Verbrauchseinheit abgegriffenen Bezugslast, die in vorbestimmten Soll-Werten einstellbar ist, ausgeglichen, indem der jeweilige Verbraucher in Arbeitseinheiten unterteilt ist, die zu- und abschaltbar sind. Somit ist sichergestellt, daß für sämtliche zugeschalteten Arbeitseinheiten auch die jeweils erforderliche Nutzlast bereitsteht, wobei die insgesamt angeforderte Bezugslast der augenblicklich bereitstehenden Nutzlast entspricht.The fluctuations in the payload of a power generating unit in island operation are inventively balanced by a corresponding adjustment of the consumed by the consumption unit reference load, which is adjustable in predetermined target values by the respective consumer is divided into working units that are switched on and off. Thus, it is ensured that the payload required in each case is also available for all connected working units, the total requested reference load of the currently available payload.

Die nach dem Verfahren der Umkehrosmose arbeitende Meerwasserentsalzungsanlage umfasst zweckmäßigerweise wenigstens eine Hochdruckpumpe und mehrere Osmosekammern, die mit der Hochdruckpumpe in paralleler Wirkungsanordnung strömungsverbindbar sind. Die Strömungsverbindungen zwischen der Hochdruckpumpe und den einzelnen Osmosekammern sind dabei jeweils unabhängig voneinander trennbar und wiederherstellbar. Die elektrische Bezugslast der Hochdruckpumpe ist dabei durch die Wahl der Anzahl der mit ihr strömungsverbundenen Osmosekammern direkt einstellbar.The operating according to the method of reverse osmosis desalination plant expediently comprises at least one high-pressure pump and a plurality of osmosis chambers, which are connected to the high-pressure pump in parallel action arrangement flow. The flow connections between the high pressure pump and the individual osmosis chambers are each independently separable and recoverable. The electrical reference load of the high-pressure pump is directly adjustable by the choice of the number of flow-connected with her osmosis chambers.

Dies ermöglicht auch bei starken Schwankungen der von der Windkraftanlage bereitgestellten Nutzlast in den verbliebenen, jeweils mit dem entsprechendem Druck von der Hochdruckpumpe weiterhin beaufschlagten Osmosekammern die geforderte Druckkonstanz zu wahren Dabei erfolgt die Zu- und Abschaltung der Osmosekammern am besten mittels eines geschlossenen Druckregelkreises gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3.This makes it possible to maintain the required pressure stability even in the event of strong fluctuations in the payload provided by the wind power plant in the remaining osmosis chambers which continue to be acted upon by the corresponding pressure from the high pressure pump. The osmosis chambers are switched on and off best by means of a closed pressure control circuit according to the features of claim 3.

Vorteilhafterweise sind der Hochdruckpumpe Vorrichtungen zum Filtern und/oder Reinigen des zur Entsalzung vorgesehenen Meerwassers vorgeschaltet.Advantageously, the high-pressure pump are preceded by devices for filtering and / or purifying the seawater intended for desalting.

Für den Fall länger anhaltender Windflauten ist es angeraten, dass die Steuer und/oder Reglereinheit und/oder die angeschlossenen Verbraucher in einen Stand-by-Modus überführt werden kann, in dem einerseits der Energieverbrauch minimiert ist, durch den andererseits die Möglichkeit besteht, die Meerwasserentsalzung bzw. Energieerzeugung jederzeit rasch anfahren zu können.In the event of prolonged wind storms, it is advisable that the control and / or regulator unit and / or the connected consumers can be converted into a stand-by mode, in which on the one hand the energy consumption is minimized, on the other hand, the possibility exists, the Desalination of seawater or power generation can start quickly at any time.

Vorteilhafterweise ist das dezentrale Netz dabei mit einer Ersatzversorgung und/oder einer Batterieeinheit elektrisch verbunden, die die für den Stand-by-Betrieb notwendige elektrische Energie liefert. Auch im Stand-by Betrieb kann also auf einen Anschluss an ein zentrales Stromnetz verzichtet werden.Advantageously, the decentralized network is electrically connected to a replacement supply and / or a battery unit which supplies the electrical energy necessary for stand-by operation. Even in stand-by operation can therefore be dispensed with a connection to a central power grid.

Als eine besonders zuverlässige und wartungsarme Ersatzversorgung bietet sich eine Photovoltaikanlage an, bei der auf jedwede, auf die Zulieferung von Treibstoffen gerichtete Infrastruktur verzichtet werden kann.A particularly reliable and low-maintenance replacement supply is a photovoltaic system that can dispense with any infrastructure aimed at the supply of fuels.

Bei im Inselbetrieb arbeitenden Windkraftanlagen ist ein Synchrongenerator zur Erzeugung elektrischer Energie besonders zweckmäßig.When operating in island operation wind turbines, a synchronous generator for generating electrical energy is particularly useful.

Vorteilhafterweise ist die Windkraftanlage als Hochleistungsanlage mit wenigstens 100 kW ausgelegt, die einen effizienten und hohe Nutzenergieertrag an der Verbrauchseinheit gewährleistet.Advantageously, the wind turbine is designed as a high-performance system with at least 100 kW, which ensures an efficient and high useful energy yield at the consumption unit.

Gelöst ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch durch ein Lastregelungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.The problem underlying the invention is also solved by a load control method having the features of patent claim 10.

Die im Betrieb einer dezentralen Energieerzeugung unausweichlichen Leistungsschwankungen werden dabei durch das Abgreifen vordefinierter und der momentan bereitgestellten Nutzlast angepassten Bezugslast des oder der angeschlossenen Verbraucher sublimiert. Hierdurch wird auch der Einsatz solcher Verbraucher ermöglicht, die große Anforderungen hinsichtlich zeitlicher Leistungskonstanz stellen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Anlage zur Entsalzung von Meerwasser nach dem Umkehrosmoseprinzip betrieben. Die Meerwasserentsalzungsanlage umfasst eine Hochdruckpumpe und mehrere mit dieser strömungsverbindbare Osmosekammern, wobei die Osmosekammern jeweils wirkungsparallel zueinander angeordnet werden. Das Verfahren der Umkehrosmose erfordert hohe, zeitlich konstante Drücke in einer oder mehreren an der Hochdruckpumpe angeschlossenen Osmosekammer/n, weshalb dieses Verfahren bislang nur im zentralen Netzbetrieb oder in Verbindung mit dezentralen, eine konstante Leistung abgebenden Stromerzeugern, wie Dieselaggregaten, betrieben werden konnte. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich die Möglichkeit der Stromversorgung einer Umkehr-Osmoseanlage aus einer autark betriebenen Windkraftanlage. Das sukzessive Zuschalten bzw. Abtrennen einzelner Osmosekammern gewährleistet, trotz der unvermeidlichen Leistungsschwankungen im dezentralen Netz, in den mit der Hochdruckpumpe weiterhin verbundenen Osmosekammern einen gleichmäßig hohen Druck über einen längeren Zeitraum hinweg. Anhand der Zeichnungen soll nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.The unavoidable power fluctuations in the operation of a decentralized power generation are thereby sublimated by the tapping of predefined and the currently provided payload adapted reference load of the connected consumer or consumers. As a result, the use of such consumers is made possible, which make great demands in terms of temporal performance. In the context of the process according to the invention, a plant for the desalination of seawater is operated according to the reverse osmosis principle. The seawater desalination plant comprises a high-pressure pump and a plurality of osmosis chambers which can be flow-connected thereto, the osmosis chambers being arranged in each case in an effect-parallel manner. The method of reverse osmosis requires high, constant time pressures in one or more connected to the high-pressure pump osmosis / n, which is why this method could previously only in central network operation or in conjunction with decentralized, a constant power emitting power generators, such as diesel engines operated. By means of the method according to the invention, there is the possibility of powering a reverse osmosis system from a self-powered wind turbine. The successive connection or disconnection of individual osmosis chambers ensures, despite the unavoidable power fluctuations in the decentralized network, in the osmosis chambers further connected to the high-pressure pump, a uniformly high pressure over an extended period of time. With reference to the drawings, an embodiment of the invention will be explained in more detail below.

In schematischen Ansichten zeigen:In schematic views show:

1: in einem Blockdiagramm das Wirkungsprinzip einer Vorrichtung zur windkraftbetriebenen Meerwasserentsalzung und 1 in a block diagram, the principle of operation of a device for wind power operated seawater desalination and

2: das Wirkungsprinzip einer umkehrosmotischen Meerwasserentsalzungsanlage. 2 : the operating principle of a reverse osmotic desalination plant.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Meerwasserentsalzungsanlage 2, die, wie unten näher erläutert wird, als mehrstufige Umkehrosmoseanlage ausgebildet ist.The device 1 includes a seawater desalination plant 2 , which, as will be explained in more detail below, is designed as a multi-stage reverse osmosis system.

Die Versorgung der Meerwasserentsalzungsanlage 2 mit elektrischer Energie erfolgt mittels einer Windkraftanlage 3, die mit einem Synchrongenerator 4 zur Stromerzeugung ausgerüstet ist. Bei der Windkraftanlage 3 handelt es sich um ein Aggregat hoher Leistung von beispielsweise 250 kW. Eine Kontrolleinheit 5 überwacht laufend die von der Windkraftanlage 3 abgegebene elektrische Leistung.The supply of seawater desalination plant 2 with electrical energy by means of a Wind turbine 3 that with a synchronous generator 4 equipped for power generation. At the wind turbine 3 it is a high power aggregate of, for example, 250 kW. A control unit 5 constantly monitors the wind turbine 3 delivered electrical power.

Im Falle eines Leistungsabfalls der Windkraftanlage 3 wird von der Kontrolleinheit 5 ein Signal an einen Batteriepuffer 6 abgegeben und dieser somit aktiviert. Der Batteriepuffer 6 ist derart ausgelegt, dass er für eine begrenzte Zeitdauer, etwa einige Minuten, die Stromversorgung der Meerwasserentsalzungsanlage 2 anstelle der Windkraftanlage 3 ohne Leistungsabfall zu übernehmen in der Lage ist. Dabei wird der Strom aus dem Batteriepuffer 6 über einen Wechselrichter 8 der Meerwasserentsalzungsanlage 2 zugeführt.In case of a power loss of the wind turbine 3 is from the control unit 5 a signal to a battery buffer 6 delivered and thus activated this. The battery buffer 6 is designed to supply power to the seawater desalination plant for a limited period of time, such as a few minutes 2 instead of the wind turbine 3 without power loss is able to take over. The current from the battery buffer 6 via an inverter 8th the seawater desalination plant 2 fed.

Ein im Batteriepuffer 6 integrierter Laderegler 7 sorgt umgekehrt in dem Falle, daß die Leistungsabgabe der Windkraftanlage 3 die Leistungsaufnahme durch die Meerwasserentsalzungsanlage 2 übersteigt, oder bei abgeschalteter Meerwasserentsalzungsanlage 2 für das Wiederaufladen des Batteriepuffers 6.One in the battery buffer 6 integrated charge controller 7 Conversely, in the event that the power output of the wind turbine 3 the power consumption by the seawater desalination plant 2 exceeds or with the desalination plant switched off 2 for recharging the battery buffer 6 ,

Im Falle einer längerandauernden Windflaute wird nach einer vorbestimmten Zeitspanne die Meerwasserentsalzungsanlage 2 von einer Steuereinheit 10 kontrolliert in einen Stand-by-Modus überführt, in dem der Energieverbrauch der Meerwasserentsalzungsanlage 2 minimiert, jedoch jederzeit ein rasches Anfahren der Meerwasserentsalzungsanlage 2 möglich ist. Die für das ordnungsgemäße Zurückfahren der Meerwasserentsalzungsanlage 2 in den Stand-by-Betrieb erforderliche elektrische Energie wird dem Batteriepuffer 6 entnommen.In the case of a long-lasting wind drought after a predetermined period of time, the seawater desalination plant 2 from a control unit 10 controlled transferred into a stand-by mode, in which the energy consumption of the seawater desalination plant 2 minimized, but anytime a quick start of the seawater desalination plant 2 is possible. The for the proper return of the seawater desalination plant 2 in the stand-by mode required electrical energy is the battery buffer 6 taken.

Die für den Stand-by-Betrieb der Meerwasserentsalzungsanlage 2 laufend notwendige elektrische Energie wird in einer separaten Stromversorgungseinheit, im Ausführungsbeispiel eine Photovoltaikanlage 9, erzeugt und über einen zweiten Batteriepuffer 11, der in einer dem Batteriepuffer 6 entsprechenden Weise mit einem Laderegler 12 und einem Wechselrichter 13 ausgestattet ist, der Meerwasserentsalzungsanlage 2 über die Steuereinheit 10 zugeführt. Der Batteriepuffer 11 ist derart ausgelegt, daß die Stand-by-Stromversorgung der Meerwasserentsalzungsanlage 2 auch nachts sowie bei geringer Sonneneinstrahlung dauerhaft gewährleistet ist.The for the standby operation of the seawater desalination plant 2 continuously necessary electrical energy is in a separate power supply unit, in the embodiment, a photovoltaic system 9 , generated and via a second battery buffer 11 in one of the battery buffers 6 corresponding way with a charge controller 12 and an inverter 13 equipped, the seawater desalination plant 2 via the control unit 10 fed. The battery buffer 11 is designed so that the standby power supply of desalination plant 2 is also permanently ensured at night and in low sunlight.

Kernstück der Meerwasserentsalzungsanlage 2 ist eine Hochdruckpumpe 15, die mit einer Anzahl – im Ausführungsbeispiel sechs – Osmosekammern 16a – 16f in paralleler Wirkungsanordnung strömungsverbunden ist. Die Osmosekammern 16a–16f dienen in an sich bekannter Weise dazu, zugeführtem, zu entsalzendem Meerwasser im Wege der Umkehrosmose unter der Wirkung hohen Drucks salzarmes Wasser zu entziehen, wobei ein Salzwasserkonzentrat zurückbleibt.Core of the desalination plant 2 is a high pressure pump 15 , with a number - in the exemplary embodiment six - osmosis chambers 16a - 16f in flow-connected parallel arrangement. The osmosis chambers 16a - 16f serve in a conventional manner to extract supplied, to be desalinated seawater by way of reverse osmosis under the effect of high pressure low-salt water, leaving a salt water concentrate remains.

Vor Durchlaufen der Hochdruckpumpe 15 sowie der Osmosekammern 16a–16f wird das zu entsalzende Meerwasser durch Filtereinrichtungen 17, 18 zur Grob- (17) und Feinfiltration (18) sowie einem Tank 19 zur Zwischenlagerung grab vorgereinigten Meerwassers geleitet. Das aus den Osmosekammern 16a–16f austretende Süßwasser wird – ebenso wie das entstehende Salzwasserkonzentrat – in geeigneten Tanks 21, 22 für Süßwasser (21) bzw. für Salzwasserkonzentrat (22) zur weiteren Verwendungen gespeichert.Before passing through the high-pressure pump 15 as well as the osmosis chambers 16a - 16f becomes the seawater to be desalinated by filtering means 17 . 18 to the coarse 17 ) and fine filtration ( 18 ) and a tank 19 directed to the intermediate storage grave pre-purified seawater. This from the osmosis chambers 16a - 16f escaping fresh water is - as well as the resulting salt water concentrate - in suitable tanks 21 . 22 for fresh water ( 21 ) or for salt water concentrate ( 22 ) for further use.

Das Verfahren der Umkehrosmose erfordert einen gleichmäßig hohen Druck in den Osmosekammern einer Meerwasserentsalzungsanlage. Bislang erwies es sich dabei als problematisch, daß bei autark betriebenen Windkraftanlagen erhebliche Leistungsschwankungen unvermeidlich sind. So erschien es unmöglich, einen derartigen gleichmäßigen Druck bei windkraftbetriebenen Umkehrosmoseanlagen bereitzustellen, ohne zugleich einen Anschluß der Meerwasserentsalzungsanlage an ein zentrales Stromnetz oder zusätzliche, leistungsstabilisierende Stromerzeuger, wie etwa Dieselaggregate, vorzusehen.The reverse osmosis process requires a consistently high pressure in the osmosis chambers of a seawater desalination plant. So far, it has proven to be problematic that in autonomously operated wind turbines significant power fluctuations are inevitable. Thus, it has appeared impossible to provide such uniform pressure in wind power operated reverse osmosis plants without at the same time providing for connection of the seawater desalination plant to a central power grid or additional power stabilizing power generators, such as diesel gensets.

Bei dem erfindungsgemäßen Energieumwandlungssystem 1 dagegen erfolgt – gesteuert von der Steuereinheit 10 – eine automatische Anpassung der von der Meerwasserentsalzungsanlage 2 gezogenen Last an das elektrische Leistungsangebot der Windkraftanlage 3.In the energy conversion system according to the invention 1 on the other hand takes place - controlled by the control unit 10 - an automatic adaptation of the seawater desalination plant 2 drawn load to the electrical power supply of the wind turbine 3 ,

Hierzu sind die Osmosekammern 16a–16f der Meerwasserentsalzungsanlage 2 jeweils mittels Ventilen 24a–24f ausgerüstet, mittels denen die Strömungsverbindungen zwischen den Osmosekammern 16a–16f und der Hochdruckpumpe 15 jeweils separat herstellbar oder unterbrechbar sind. Die von der Hochdruckpumpe 15 bezogene Last hängt dabei von der Anzahl der jeweils angeschlossenen Osmosekammern 16a–16f ab. Diese Anzahl wird von der Steuereinheit 10 in Abhängigkeit von der momentanen elektrischen Leistung der Windkraftanlage 3 durch entsprechendes Einstellen der Ventile 24a–24f bestimmt. Alternativ könnte die Steuereinheit 10 auch in einem geschlossenen Druckregelkreis eingesetzt sein, wobei die Regelgröße der jeweils in den Osmosekammern herrschende Druck wäre. Hierzu müßte lediglich anstelle der jeweils bereitgestellten Nutzlast, der in den Osmosekammern herrschende Druck oder wenigstens der Druck einer Referenzkammer überwacht werden.These are the osmosis chambers 16a - 16f the seawater desalination plant 2 each by means of valves 24a - 24f equipped, by means of which the flow connections between the osmosis chambers 16a - 16f and the high pressure pump 15 each separately manufactured or interruptible. The from the high pressure pump 15 related load depends on the number of each connected osmosis chambers 16a - 16f from. This number is taken from the control unit 10 depending on the instantaneous electrical power of the wind turbine 3 by adjusting the valves accordingly 24a - 24f certainly. Alternatively, the control unit could 10 also be used in a closed pressure control loop, wherein the controlled variable would be the pressure prevailing in the osmosis chambers. For this purpose, instead of the respectively provided payload, the pressure prevailing in the osmosis chambers or at least the pressure of a reference chamber would have to be monitored.

Bei voller elektrischer Leistung der Windkraftanlage 3 sind alle Ventile 24a–24f geöffnet und somit alle Osmosekammern 16a–16f mit der Hochdruckpumpe 15 strömungsverbunden. Die Hochdruckpumpe 15 bezieht in diesem Zustand einer maximalen Last, die durch den gewählten Flüssigkeitsdruck po, der in allen Osmosekammern 16a–16f etwa gleichermaßen herrscht, mitbestimmt ist. Bei starkem Leistungsabfall der Windkraftanlage 3 kann diese maximale Bezugslast der Hochdruckpumpe 15 nicht mehr bereitgestellt werden. Um der Gefahr eines gleichzeitigen Druckabfalls in allen Osmosekammern 16a–16f zu begegnen, sperrt die Steuereinheit 10 nun eines oder mehrere der Ventile 24a–24f. Nur noch ein Teil der Osmosekammern 16a–16f ist somit mit der Hochdruckpumpe 15 strömungsverbunden, und die Hochdruckpumpe 15 arbeitet mit entsprechend reduzierter Last. Dabei jedoch herrscht in allen noch mit der Hochdruckpumpe 15 verbundenen Osmosekammern weiterhin der Flüssigkeitsdruck po. Bei Wiederanstieg der elektrischen Leistung der Windkraftanlage 3 erfolgt in entsprechender Weise ein sukzessives Zuschalten von Osmosekammern 16a–16f an die Hochdruckpumpe 15.At full electrical power of the wind turbine 3 are all valves 24a - 24f opened and thus all osmosis chambers 16a - 16f with the high pressure pump 15 flow-connected. The high pressure pump 15 In this state, a maximum load is obtained by the selected fluid pressure p o , which in all osmosis chambers 16a - 16f is about equally determined, is determined. In case of strong power loss of the wind turbine 3 this maximum reference load of the high pressure pump 15 no longer be provided. To avoid the risk of a simultaneous pressure drop in all osmosis chambers 16a - 16f To counter, the control unit locks 10 now one or more of the valves 24a - 24f , Only a part of the osmosis chambers 16a - 16f is thus with the high pressure pump 15 fluidly connected, and the high pressure pump 15 works with correspondingly reduced load. However, there is still in all with the high pressure pump 15 connected Osmosekammern continue the fluid pressure p o . When the electrical power of the wind turbine increases again 3 a successive connection of osmosis chambers takes place in a corresponding manner 16a - 16f to the high pressure pump 15 ,

Etwaig überschüssige elektrische Energie, die etwa bei starken Windböen erzeugt wird, wird in hier nicht gezeigter Weise über Lastwiderstände oder eine geeignete Regelungstechnik abgeführt.Any excess electrical energy that is generated approximately in strong gusts of wind is removed in a manner not shown here via load resistors or a suitable control technology.

Bei langanhaltenden Windflauten werden alle Ventile 24a–24f geschlossen und die Meerwasserentsalzungsanlage 2 in der oben beschriebenen Weise in einen Stand-by-Modus überführt. In diesem Zustand können auch anfallende Wartungsarbeiten, wie etwa die Reinigung der Filtereinrichtungen 17, 18 oder der Osmosekammern 16a–16f durchgeführt werden. Die hierzu erforderliche elektrische Energie wird dem Batteriepuffer 11 bzw. der Photovoltaikanlage 9 entnommen.In prolonged wind storms all valves 24a - 24f closed and the seawater desalination plant 2 in the manner described above in a stand-by mode. In this state, also incurred maintenance work, such as the cleaning of the filter devices 17 . 18 or the osmosis chambers 16a - 16f be performed. The required electrical energy is the battery buffer 11 or the photovoltaic system 9 taken.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
EnergieumwandlungssystemEnergy conversion system
22
Meerentsalzungsanlagesea desalination plant
33
WindkraftanlageWind turbine
44
Synchrongeneratorsynchronous generator
55
Kontrolleinheitcontrol unit
66
Batteriepufferbattery backup
77
Ladereglercharge controller
88th
Wechselrichterinverter
99
Photovoltaikanlagephotovoltaic system
1010
Steuer und/oder ReglereinheitControl and / or controller unit
1111
Batteriepufferbattery backup
1212
Ladereglercharge controller
1313
Wechselrichterinverter
1515
Hochdruckpumpehigh pressure pump
16a–16f16a-16f
Osmosekammernosmosis chambers
1717
Grobfilterungcoarse filtration
1818
Feinfilterungfine filtration
1919
Tanktank
2121
SüßwassertankFresh water tank
2222
Tank für SalzwasserkonzentratTank for salt water concentrate
24a–24f24a-24f
Ventilevalves

Claims (10)

Elektrischer Selbstversorgungsverbraucher für den Inselbetrieb, mit einer Windkraftanlage (3) als Stromerzeugungseinheit zur Einspeisung in ein angeschlossenes dezentrales Netz an das wenigstens ein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist, der mit einer Steuer- und/oder Reglereinheit (10) derart in Wirkverbindung steht, dass dessen tatsächliche Bezugslast jeweils der augenblicklich von der Stromerzeugungseinheit angebotenen Nutzlast zumindest annähernd entspricht, wobei der elektrische Verbraucher hierzu ein Ensemble aus parallel geschalteten Arbeitseinheiten (16a...f) umfasst, die jeweils separat zu- und abschaltbar sind, wobei der elektrische Verbraucher eine Meerwasserentsalzungsanlage (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Meerwasserentsalzungsanlage (2) nach dem Verfahren der Umkehrosmose arbeitet, wobei die Meerwasserentsalzungsanlage (2) mit wenigstens einer Hochdruckpumpe (15) und wenigstens zwei parallel zueinander mit der Hochdruckpumpe (15) strömungsverbundenen Osmosekammern (16a...f) ausgerüstet ist, wobei diese Strömungsverbindung zwischen den Osmosekammern (16a...f) und der Hochdruckpumpe (15) mittels entsprechender Absperrvorrichtungen (24a...f) jeweils separat zu öffnen und zu schließen ist.Electric self-supply consumer for island operation, with a wind turbine ( 3 ) is connected as power generation unit for feeding into a connected decentralized network to the at least one electrical load, which is connected to a control and / or regulator unit ( 10 ) is operatively connected in such a way that its actual reference load at least approximately corresponds to the payload currently offered by the power generation unit, the electrical load for this purpose being an ensemble of parallel operating units ( 16a ... f), which are each separately switched on and off, wherein the electrical load a desalination plant ( 2 ), characterized in that the desalination plant ( 2 ) works according to the method of reverse osmosis, whereby the desalination plant ( 2 ) with at least one high-pressure pump ( 15 ) and at least two parallel to each other with the high-pressure pump ( 15 ) flow-connected osmosis chambers ( 16a ... f), whereby this flow connection between the osmosis chambers ( 16a ... f) and the high-pressure pump ( 15 ) by means of appropriate shut-off devices ( 24a ... f) is to be opened and closed separately. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dezentrale Netz zum Ausgleichen kurzfristiger Energieschwankungen mit einer von der Steuer- und/oder Reglereinheit (10) angesteuerten Puffereinheit (11) zur wenigstens vorübergehenden Energiezwischenspeicherung versehen ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the decentralized network for balancing short-term energy fluctuations with one of the control and / or regulator unit ( 10 ) controlled buffer unit ( 11 ) is provided for at least temporary energy buffering. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Reglereinheit (10) mit Druckmessern zur Erfassung des jeweils in den Osmosekammern (16a...f) herrschenden Drucks in Signalverbindung und mit den genannten Absperrvorrichtungen (24a...f) in Wirkverbindung steht.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the control and / or regulator unit ( 10 ) with pressure gauges for detecting the respectively in the osmosis chambers ( 16a ... f) prevailing pressure in signal connection and with the said shut-off devices ( 24a ... f) is in operative connection. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckpumpe (15) Vorrichtungen zum Filtern und/oder Reinigen (17, 18) von zu entsalzendem Meerwasser vorgeschaltet sind.Apparatus according to claim 3, characterized in that the high-pressure pump ( 15 ) Devices for filtering and / or cleaning ( 17 . 18 ) are preceded by desalzalz seawater. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Reglereinheit (10) und/oder der Verbraucher in einen Stand-by Betriebszustand niedrigen Energieverbrauchs überführbar ist/sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control and regulating unit ( 10 ) and / or the consumer is / are in a stand-by operating condition low energy consumption feasible. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an das dezentrale Netz eine Ersatzversorgung und/oder eine Batterieeinheit angeschlossen ist/sind, mittels der die Versorgung der Steuereinheit und/oder der Verbrauchseinheit mit elektrischer Energie im Stand-by Betriebszustand durchführbar ist. Apparatus according to claim 5, characterized in that the decentralized network, a replacement supply and / or a battery unit is / are connected, by means of which the supply of the control unit and / or the consumption unit with electrical energy in the stand-by operating state is feasible. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ersatzversorgung eine Photovoltaikanlage (9) umfasst.Apparatus according to claim 6, characterized in that the replacement supply is a photovoltaic system ( 9 ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (3) mit einem Synchrongenerator (4) versehen ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the wind turbine ( 3 ) with a synchronous generator ( 4 ) is provided. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Windkraftanlage (3) um eine Hochleistungsanlage mit wenigstens 100 kW Leistung handelt.Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is in the wind turbine ( 3 ) is a high-performance system with at least 100 kW power. Verfahren zur Lastregelung elektrischer Verbraucher im Inselbetrieb, – bei dem mittels einer Stromerzeugungseinheit elektrische Energie erzeugt und als Nutzlast in ein dezentrales Netz mit wenigstens einem angeschlossenen Verbraucher, der mehrere parallel geschaltete Arbeitseinheiten umfasst, eingespeist wird, – bei dem eine der jeweils erzeugten elektrischen Leistung und damit der bereitgestellten Nutzlast entsprechende Messgröße kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitabständen gemessen wird, – und die jeweilige Bezugslast wenigstens eines Teils der angeschlossenen elektrischen Verbraucher der aktuell eingespeisten Nutzlast jeweils mittels einer Steuer und/oder Regeleinheit dadurch angepasst, dass einzelne Arbeitseinheiten zu- oder abgeschaltet werden, – wobei als Stromerzeugungseinheit eine Windkraftanlage (3) elektrische Energie in das dezentrale Netz einspeist und als elektrischer Verbraucher eine Meerwasserentsalzungsanlage (2) an dieses Netz angeschlossen ist, die eine Hochdruckpumpe (15) und mehrere mit dieser strömungsverbindbare Osmosekammern (16a...f) umfasst, die einander wirkungsparallel angeordnet sind, – wobei die Hochdruckpumpe (15) das zu entsalzende Meerwasser in die Osmosekammern (16a...f) mit jeweils im wesentlichen konstantem Druck zur Durchführung eines Umkehrosmosevorgangs presst und – bei dem mittels der Steuer- und/oder Reglereinheit (10) je nach Schwankung der bereitgestellten Nutzlast die Strömungsverbindungen zwischen der Hochdruckpumpe (15) und den einzelnen Osmosekammern (16a...f) jeweils derart trennt und/oder herstellt, dass die Drücke in den mit der Hochdruckpumpe (15) in Strömungsverbindung stehenden Osmosekammern (16a...f) jeweils auf einen im wesentlichen konstanten Wert gehalten werden und hierdurch eine im wesentlichen der aktuellen Nutzlast entsprechende Bezugslast abgegriffen wird.Method for load control of electrical loads in island operation, - generated in the means of a power generating unit electrical energy and as payload in a decentralized network with at least one connected load, which includes several parallel operating units, is fed - in which one of each electrical power generated and so that the payload provided corresponding load measured continuously or at predetermined time intervals, - and the respective reference load of at least a portion of the connected electrical load of the currently fed payload each adjusted by means of a control and / or control unit characterized in that individual working units are switched on or off, In which a wind turbine is used as power generation unit ( 3 ) feeds electrical energy into the decentralized network and as an electrical consumer a desalination plant ( 2 ) is connected to this network, which is a high-pressure pump ( 15 ) and a plurality of osmosis chambers ( 16a ... f), which are arranged in parallel to each other, - wherein the high-pressure pump ( 15 ) the seawater to be desalinated into the osmosis chambers ( 16a ... f) each presses at a substantially constant pressure for performing a reverse osmosis process and - in which by means of the control and / or regulator unit ( 10 ) depending on the variation of the payload provided the flow connections between the high-pressure pump ( 15 ) and the individual osmosis chambers ( 16a ... f) in each case separates and / or produces such that the pressures in the high-pressure pump ( 15 ) in flow-connected osmosis chambers ( 16a ... f) are each kept at a substantially constant value and thereby a substantially corresponding to the current payload reference load is tapped.
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