DE202008013631U1

DE202008013631U1 - Nutzung des Stahlturmes einer Windkraftanlage als Pressluftspeicher

Info

Publication number: DE202008013631U1
Application number: DE202008013631U
Authority: DE
Original assignee: BRANDMANN FRANK HENNO; BRANDMANN FRANK-HENNO
Current assignee: BRANDMANN FRANK HENNO; BRANDMANN FRANK-HENNO
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2009-01-22
Anticipated expiration: 2018-10-16

Abstract

Nutzung des Stahlturmes einer Windkraftanlage als Pressluftspeicher (Druckluftspeicher), dadurch gekennzeichnet, dass, der Stahlturm (1) oben und unten mit eingebauten Böden geschlossen ist.

Description

Der Nachteil von Windkraftanlagen besteht darin, dass Strom produziert wird wenn er nicht gebraucht wird oder Flaute herrscht bei Spitzenenergieabnahmezeiten. Eine Energiespeicherung wie bei der Wasserkraft in Pumpspeicherwerken ist bei der Windenergie noch nicht möglich.
Es gibt in den USA schon Windenergieanlagen, die nur mit Pressluft arbeiten (General Compression) aber nicht den Stahlturm als Pressluftspeicher nutzen.
In Deutschland gibt es seit den 70er Jahren in Huntorf bei Bremen ein Pressluftspeicherkraftwerk (CAES), das in unterirdischen Kavernen Pressluft speichert um sie bei Bedarf wieder in Strom umzuwandeln. Da hier die Wärme, die bei der Kompression entsteht, gespeichert wird und bei der Dekompression wieder zugeführt wird, arbeitet die Anlage mit einem ziemlich hohen Wirkungsgrad.
Der Nachteil der Speicherung der Pressluft in Kavernen besteht darin, dass die Windkraftanlagen in der Nähe der Kavernen stehen müssen, zu 100% dicht sein müssen und die salzhaltige Luft zu erhöhter Korrosion und zum Verschleiß der technischen Anlagen führen.
Der Stahlturm einer Windkraftanlage ist größtenteils leer und würde sich hervorragend als Pressluftspeicher eignen. Hierzu müsste das untere und obere Ende des Stahlturmes mit Böden geschlossen werden, in dem sich jeweils Luken für die Wartung befinden. In der Windkraftanlagengondel müsste ein Kompressor der auch als Pressluftmotor genutzt wird den Turm befüllen, wenn nicht viel Strom im Netz gebraucht wird, und die Pressluftenergie wieder abgeben, wenn viel Strom gebraucht wird oder Flaute ist. Damit der Generator nicht mitläuft wenn Pressluft produziert wird, bzw. das Windrad sich nicht dreht wenn der Pressluftmotor den Generator antreibt, müssen die einzelnen Aggregate durch Kupplungen zu trennen sein. Auch wenn der Wirkungsgrad einer solchen Anlage nicht so hoch sein sollte, ist es immer noch besser als Anlagen wegen Netzüberlastung abzuschalten oder bei Flaute keinen Strom produzieren zu können. Ferner könnte die gespeicherte Pressluft auf Agrarflächen oder in Autobahnnähe auch zum Betrieb von pressluftbetriebenen Arbeitsmaschinen oder Fahrzeugen Verwendung finden.
Mit der Erfindung wird erreicht, dass der Stahlturm (1) einer Windenergieanlage als Speicherbehälter für Pressluft (Druckluft) genutzt wird. Hierzu werden am oberen und unteren Ende des Stahlturmes Böden (4) mit eingebaut, in denen sich nach innen des Stahlturmes zu öffnende Wartungsluken (18) befinden. Damit keine Druckverlust auftritt werden Dichtungen beim Aufbau der einzelnen Stahlturmsegmente (17) verwendet. Die Versorgungsleitungen (13/14), die durch das Innere des Stahlturmes geleitet werden müssen ebenfalls gegen Druckverlust gesichert werden. Um bei Wartungsarbeiten den Turm betreten zu können, muss dieser vorher normalen Umgebungsdruck aufweisen.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Energiespeicherung zu ermöglichen ohne dabei auf Standortbedingungen (Kavernen, Pumpspeicherbecken o. ä.) Rücksicht nehmen zu müssen.
Wird der Windenergieanlage Energie zugeführt, treibt diese im Normalfall den Generator (5) an, der die elektrische Energie ins Stromnetz abführt. Wenn im Stromnetz aber nicht viel Energie gebraucht wird (nachts) oder bei starker Wind das Netz vor der Überlastung steht, kann in der Windkraftanlagengondel (2) der Generator (5) ausgekuppelt und der Kompressor (6) eingekuppelt werden. Der Kompressor (vorzugsweise Mehrkolbenkompressor, bei dem sich bei Druckzunahme im Turm Kolben abschalten können) befüllt dann den Stahlturm (1) mit Pressluft. Ein positiver Nebeneffekt des unter Druck stehenden Stahlturmes wäre seine höhere Stabilität.
Ist der Stahlturm dann mit Pressluft befüllt, kann diese bei wenig Wind oder Flaute oder bis zur nächsten Spitzenenergieabnahmezeit gespeichert werden. Der Generator wird dann von dem Kompressor der jetzt als Pressluftmotor (6) arbeitet angetrieben. Um ein „Mitdrehen" der Rotorblätter (3) zu verhindern müssen diese vorher ausgekuppelt werden. Um den Wirkungsgrad einer solchen Anlage zu erhöhen kann man die bei der Kompression entstehende Wärme speichern und bei der Dekompression wieder zuführen. Aber auch ohne diese zusätzliche Wirkungsgradsteigerung ist der wirtschaftliche Nutzen der Pressluftspeicherung im Stahlturm einer Windkraftanlage nicht von der Hand zu weisen.
Ferner könnte die gespeicherte Pressluft auf Agrarflächen oder in Autobahnnähe auch zum Antrieb von Pressluftbetriebenen Arbeitsmaschinen oder Fahrzeugen dienen. (Presslufttankstelle) Pressluft ist ein einfacher und günstiger Energieträger, der ohne großen finanziellen und technischen Aufwand in den Stahltürmen der Windkraftanlagen gespeichert werden kann.

Claims

Nutzung des Stahlturmes einer Windkraftanlage als Pressluftspeicher (Druckluftspeicher), dadurch gekennzeichnet, dass, der Stahlturm (1) oben und unten mit eingebauten Böden geschlossen ist.
Stahlturm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die Rotorblätter (3) über die innere Welle (9) zugeführte Windenergie nicht den Generator (5), sondern den eingekuppelten (8) Kompressor (6) antreibt und somit den Stahlturm (1) mit Pressluft befüllt.
Stahlturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die Pressluft des befüllten Stahlturmes (1) bei Windstille den Kompressor (6) der jetzt als Pressluftmotor (6) arbeitet über die eingekuppelte (8) innere Welle (9) den Generator (5) antreibt, der Strom erzeugt ohne die ausgekuppelten (7) Rotorblättern (3) mitzudrehen.
Stahlturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die Rotorblätter (3) bei normalem Wind und normaler Stromabnahme über die äußere Hohlwelle (10) nur den Generator (5) antreibt.
Stahlturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, bei starker Wind oder eventuell vor geschaltetem Getriebe die Rotorblätter (3) den eingekuppelten (7) Generator (5) und eingekuppelten (8) Kompressor (6) antreiben.
Stahlturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die Wärmeenergie die bei der Kompression entsteht, zur Wirkungsgradsteigerung, in einem isolierten Tank der mit Rapsöl, Biodiesel, Bioethanol oder ähnlichem gefüllt ist, gespeichert werden kann und bei der Dekompression über Wärmetauscher oder direkte Verbrennung wieder zugeführt wird. (keine Zeichnung).
Stahlturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, ein Stahlrohr (11) durch den Stahlturmkörper geführt werden muss, in dem sich das Generatorstromkabel (13) und andere Versorgungsleitungen (14) bei normalem Umgebungsdruck befinden. An diesem Rohr das mit Verstrebungen (15) am inneren des Stahlturmes (1) befestigt ist, kann eine Wendeltreppe (12) angeordnet werden. Das innere Stahlrohr (11) und die daran befestigte Wendeltreppe (12) können schon im Werk vormontiert werden, sodass sie mit den einzelnen Stahlturmsegmenten (17) auf der Baustelle zusammengeflanscht werden. Die nach innen des Stahlturmes zu öffnenden Lucken (18) in den Böden (4) am Anfang und am Ende der Wendeltreppe und die Flansche (16) der Stahlturmsegmente (17) und des inneren Rohres (11) müssen mit Dichtungen gegen Druckverlust gesichert sein.
Stahlturm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, die gespeicherte Pressluft (Druckluft) auch zum Antrieb von Arbeitsmaschinen auf Agrarflächen oder Fahrzeugen in Autobahnnähe, auf Landstraßen oder Innenstädten genutzt wird (Presslufttankstelle)