-
Die
Erfindung betrifft eine Windkraftanlage, mit mehreren, an einer
gemeinsamen Ursprungs-Ständerkonstruktion übereinander
angeordneten Rotorblattaggregaten, wobei wenigstens ein erstes Rotorblattaggregat
kopfseitig der Ursprungs-Ständerkonstruktion und zumindest
ein weiteres zweites Rotorblattaggregat entlang der Ständerkonstruktion
unterhalb des ersten Rotorblattaggregates vorgesehen ist. – Im
Allgemeinen ist das erste Rotorblattaggregat fest an bzw. kopfseitig
auf der Ursprungs-Ständerkonstruktion montiert.
-
Im
Stand der Technik sind derartige Windkraftanlagen bekannt, wozu
beispielsweise auf die beiden gattungsbildenden Schriften
US 5 419 683 und
DE 200 22 913 U1 verwiesen
sei. Solche gleichsam Windkraftanlagentürme mit mehreren übereinander
angeordneten Rotorblattaggregaten haben sich bewährt und
dienen primär dazu, den vorhandenen Wind maximal auszunutzen.
In diesem Zusammenhang werden einerseits übereinander angeordnete
Rotorblattaggregate in der Ausführungsform als H-Rotoren
eingesetzt, wie sie die beiden vorgenannten Veröffentlichungen
zeigen. Andererseits beschreibt die
DE 198 05 667 A1 eine ähnliche Windkraftanlage,
bei welcher sich die Rotorblätter in Vertikalebene drehen,
die also als Propellerrotoren ausgebildet sind.
-
Die
bekannten Windkraftanlagen haben sich bewährt, wenn es
darum geht, den an einem Landschaftsort vorhandenen Wind optimal
auszunutzen. Allerdings sind hierzu zum Teil relativ aufwändige Ständerkonstruktionen
erforderlich, wie die
DE
198 05 667 A1 belegt. Zwar sind die anderen Ständerkonstruktionen
des genannten Standes der Technik demgegenüber einfacher
aufgebaut. Allerdings lassen sie eine flexible Handhabung und Auslegung nicht
zu.
-
Darüber
hinaus ist zu berücksichtigen, dass bestehende Windkraftanlagen
von der möglichen Energieerzeugung her eingeschränkt
sind, weil diese überwiegend nur auf ein Rotorblattaggregat
zurückgreifen. Hier könnte man zwar in der Nachbarschaft weitere
Windkraftanlagen bauen. Diese stoßen jedoch zunehmend auf
Widerstand in der Bevölkerung, der sich an den mit Windkraftanlagen
verbundenen Geräuschen, einem etwaigen Schattenwurf, der Landschaftszerstörung
etc. manifestiert. D. h., die bestehenden Windkraftanlagen können
zur Steigerung der Energieerzeugung kaum flächenmäßig
ausgeweitet werden. Hier setzt die Erfindung an.
-
Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Windkraftanlage
des eingangs beschriebenen Aufbaus so weiter zu entwickeln, dass die
Energieausbeute verbessert ist und möglichst planungsrechtliche
Probleme vermieden werden.
-
Zur
Lösung dieser technischen Problemstellung ist eine gattungsgemäße
Windkraftanlage im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Rotorblattaggregat nachrüstbar ausgebildet ist.
Meistens handelt es sich bei diesem zweiten und nachrüstbar
ausgeführten Rotorblattaggregat um ein solches, welches
als H-Rotor ausgeführt ist. Der H-Rotor verfügt über
jeweils vertikal angeordnet Rotorblätter.
-
Die
Erfindung geht zunächst einmal von der Erkenntnis aus,
dass bestehende Windkraftanlagen in der Regel mit einer Ursprungs-Ständerkonstruktion
und einem daran kopfseitig fest angebrachten ersten Rotorblattaggregat
ausgerüstet sind. Bei diesem Rotorblattaggregat kann es
sich um einen H-Rotor handeln. Regelmäßig kommen
jedoch Propellerrotoren mit im Wesentlichen vertikal zur Ursprungs-Ständerkonstruktion
angeordneter Drehachse für die Rotorblätter zum
Einsatz. Solche Propellerrotoren werden auch als Horizontalpropeller
bezeichnet. Eine Windkraftanlage mit Horizontalpropeller kopfseitig
einer Ursprungs-Ständerkonstruktion kann nun erfindungsgemäß gleichsam
aufgerüstet werden, und zwar zu einer Windkraftanlage mit übereinander
angeordneten mehreren Rotorblattaggregaten.
-
Zu
diesem Zweck wird das zweite Rotorblattaggregat nachgerüstet,
und zwar in einer Anordnung entlang der Ursprungs-Ständerkonstruktion.
Dabei versteht es sich, dass zwischen den Rotorblättern von
einerseits dem ersten Rotorblattaggregat kopfseitig der Ständerkonstruktion
und andererseits den Rotorblättern des zweiten nachgerüsteten
Rotorblattaggregates ein Freiraum vorgesehen ist. Dieser Freiraum
stellt sicher, dass einerseits die jeweiligen Rotorblätter
nicht miteinander kollidieren und andererseits etwaige mit den Rotorblättern
verbundene oder von diesen ausgehende Windströmungen das benachbarte
Rotorblattaggregat nicht stören.
-
Im
Rahmen der Nachrüstung hat es sich besonders bewährt,
wenn das zweite Rotorblattaggregat als H-Rotor mit jeweils vertikal
angeordneten Rotorblättern ausgebildet ist. Denn ein solches
Rotorblattaggregat mit vertikal angeordneten Rotorblättern lässt
sich besonders vorteilhaft nachrüsten. Das liegt daran,
dass der Schwerpunkt eines solchen H-Rotors bzw. eines betreffenden
Rotorblattaggregates meistens zentral im Vergleich zu einem Zylindermantel
angeordnet ist, welcher von den sich drehenden Rotorblättern
beschrieben wird. D. h., das betreffende Rotorblattaggregat verfügt über
eine ausgewogene Gewichtsverteilung im Vergleich zu dem Schwerpunkt
bzw. einer durch diesen Schwerpunkt gehenden Zentralachse im Vergleich
zu dem angesprochenen Zylindermantel. – Demgegenüber
weist ein Propellerrotor eine solche gleichmäßige
Gewichtsverteilung nicht auf und erzeugt kopfseitig der Ständerkonstruktion
im Allgemeinen einen Kippmoment, welchem durch entsprechende konstruktive
Auslegung mit Widerlagern begegnet werden muss.
-
Jedenfalls
ermöglicht die gleichmäßige Gewichtsverteilung
des zweiten Rotorblattaggregates bzw. des H-Rotors und dessen Schwerpunktanordnung
auf der Zentralachse des von den Rotorblättern beschriebenen
Zylindermantels eine problemlose Anbringung und Nachrüstung
an einer bereits bestehenden Ursprungs-Ständerkonstruktion.
Das stellt jedoch eine in der Praxis nicht oft realisierte Variante dar.
Tatsächlich wird man hier meistens mit einer eigenen Nachrüst-Ständerkonstruktion
arbeiten, wie dies nachfolgend noch näher erläutert
wird. Jedenfalls ist es im Rahmen der zuvor beschriebenen Option
der Anbringung und Nachrüstung an der bereits bestehenden
Ursprungs-Ständerkonstruktion lediglich erforderlich, die
bereits angesprochene Zentralachse des zweiten Rotorblatt-Aggregates
bzw. des H-Rotors mit derjenigen der Ursprungs-Ständerkonstruktion
zur Deckung zu bringen.
-
Das
geschieht meistens einfach dadurch, dass das zweite Rotorblattaggregat
mit seiner Zentralachse auf der Achse der Ursprungs-Ständerkonstruktion
angeordnet wird. Hierzu schlägt die Erfindung im Wesentlichen
zwei verschiedene Vorgehensweisen vor. So kann das zweite Rotorblattaggregat
eine eigene Nachrüst-Ständerkonstruktion aufweisen
bzw. von einer solchen getragen werden. Alternativ hierzu ist es
aber auch möglich, dass das zweite Rotorblattaggregat eine
geteilte Anschlussnabe zur unmittelbaren und nachrüstbaren
Festlegung an der Ursprungs-Ständerkonstruktion aufweist.
-
In
beiden Fällen wird gleichsam automatisch erreicht, dass
das zweite Rotorblattaggregat mit seiner Zentralachse auf der Achse
der Ursprungs-Ständerkonstruktion eine Anordnung erfährt
und folglich das zweite Rotorblattaggregat gleichsam gewichts- und
drehmomentneutral an der Ursprungs-Ständerkonstruktion
entweder direkt angebracht wird oder diese gleichsam mit der eigenen
Nachrüst-Ständerkonstruktion umschließt.
Denn im ersten Fall werden etwaige Gewichtskräfte des zweiten
Rotorblattaggregates von der bereits vorhandenen Ursprungs-Ständerkonstruktion
aufgenommen und in eine vorhandene Bodenplatte oder ein vergleichbares
Fundament eingeleitet. Bei der zweiten Alternative sorgt die Nachrüst-Ständerkonstruktion
für die notwendige Stabilität.
-
In
beiden Fällen nutzt die Erfindung mit dem nachrüstbaren
zweiten Rotorblattaggregat wenigstens zum Teil bereits vorhandene
Einrichtungen, und zwar entweder die Ursprungs-Ständerkonstruktion und/oder
ein Fundament dieser Ursprungs-Ständerkonstruktion als
Basis für die Nachrüst-Ständerkonstruktion.
Denn regelmäßig ist die Ursprungs-Ständerkonstruktion
im Zentrum der Nachrüst-Ständerkonstruktion angesiedelt.
D. h., die Nachrüst-Ständerkonstruktion und die
Ursprungs-Ständerkonstruktion werden im Allgemeinen konzentrisch
zueinander angeordnet.
-
Dabei
hat sich als besonderer Vorteil herausgestellt, dass erfindungsgemäß die
Leistung einer bestehenden Windkraftanlage mit einem ersten und kopfseitig
der Ständerkonstruktion vorhandenen Rotorblattaggregat
mit eigenem Energiewandler deutlich gesteigert werden kann. Denn
das nachrüstbare weitere zweite Rotorblattaggregat entlang
der Ständerkonstruktion sorgt mit seinem eigenen Energiewandler
zur Konversion von Windenergie in andere Energieformen ergänzend
dafür, dass die Energieeffizienz der gesamten Windkraftanlage
deutlich gesteigert wird. Das alles gelingt, ohne dass umfangreiche
Neubaumaßnahmen ergriffen werden müssen. Vielmehr
wird auf bestehende Einrichtungen zurückgegriffen.
-
Da
darüber hinaus das nachrüstbare weitere zweite
Rotorblattaggregat optional die vorhandene Aufstellfläche
der bestehenden Windkraftanlage nutzt, ergeben sich keinerlei Probleme
im Hinblick auf die Genehmigung einer solchen weiteren Windkraftanlage.
Ferner werden Lärmemissionen kaum erhöht, so dass
ein besonders geeignetes Mittel zur Verfügung steht, um
die Energie effizienz bestehender und vorhandener Windkraftanlagen
deutlich zu steigern. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
-
Nach
vorteilhafter Ausgestaltung kann die geteilte Anschlussnabe des
zweiten Rotorblattaggregates im Rahmen der ersten Nachrüstvariante
mit zumindest einem eigenen Energiewandler zur Konversion der Windenergie
in andere Energieformen ausgerüstet sein. Diese Energiewandler
mag ggf. – wie die Anschlussnabe – ebenfalls geteilt
ausgeführt sein, was allerdings nicht zwingend ist. In
diesem Zusammenhang empfiehlt es sich ferner, wenn die Anschlussnabe
ring-/oder schalenförmig ausgebildet ist. Das gilt sowohl
für den Fall, dass die Anschlussnabe geteilt ausgelegt
ist als auch dann, wenn die Anschlussnabe einteilig ausgebildet
ist. In letztgenanntem Fall lässt sich die Anschlussnabe
beispielsweise auf die Ursprungs-Ständerkonstruktion von oben
her aufstecken. In jedem Fall gewährleistet die ring-/schalenförmige
Auslegung der Anschlussnabe, dass diese die Ursprungs-Ständerkonstruktion
problemlos in angebautem Zustand umfasst und umfassen kann.
-
Im
Rahmen der weiteren zweiten Ausführungsalternative hat
es sich bewährt, wenn die Nachrüst-Ständerkonstruktion
als Ständerfachwerk ausgebildet ist. Ein solches Ständerfachwerk
mag aus einzelnen fachwerkartig miteinander verbundenen Streben
aufgebaut sein. Besonders bevorzugt hat sich im Rahmen der Erfindung
eine Variante herausgestellt, bei welcher die Nachrüst-Ständerkonstruktion
als Dreibein ausgelegt ist, also drei Stützbeine aufweist,
auf denen kopfseitig das zweite nachrüstbare Rotorblattaggregat
ruht. Dadurch wird eine statisch bestimmte Anbringung des zweiten
nachrüstbaren Rotorblattaggregates zur Verfügung
gestellt.
-
Selbstverständlich
kann es sich bei der Nachrüst-Ständerkonstruktion
auch um einen Rohrständer handeln, der beispielsweise aus
mehreren Halbschalen zusammengesetzt ist. Diese Halbschalen können
zu jeweils übereinander angeordneten Zylindersegmenten
miteinander verbunden werden und den Rohrständer formen.
-
Wie
bereits beschrieben und nach besonders vorteilhafter Ausgestaltung
ist das zweite Rotorblattaggregat als H-Rotor ausgeführt.
Dessen jeweils vertikal angeordnete Rotorblätter sind vorteilhaft
um eine (gleich) beabstandete gemeinsame vertikale Achse drehbar
angeordnet. Diese vertikal drehbare Achse ist im Zentrum der Ursprungs-Ständerkonstruktion
angeordnet und fällt mit der Zentralachse des zweiten Rotorblattaggregates
zusammen, die wiederum auf der Achse der Ursprungs-Ständerkonstruktion
liegt bzw. ebenfalls mit dieser zusammenfällt.
-
Dadurch
wird im Ergebnis eine Windkraftanlage zur Verfügung gestellt,
die sich durch eine besonders hohe Energieeffizienz auszeichnet.
Diese wird im Kern dadurch erreicht, dass meistens zu dem bestehenden
wenigstens einen ersten Rotorblattaggregat kopfseitig der Ständerkonstruktion
mit eigenem Energiewandler ein weiteres zweites Rotorblattaggregat
entlang der Ständerkonstruktion mit ebenfalls eigenem Energiewandler
hinzutritt, welches im Vergleich zu der Ursprungs-Ständerkonstruktion nachrüstbar
gestaltet ist. Dadurch wird zum einen die Energieausbeute der vorhandenen
Windkraftanlage gesteigert und zum anderen auf bestehende Einrichtungen
zurückgegriffen. Hierin sind die wesentlichen Vorteile
zu sehen.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
-
1 eine
erfindungsgemäße Windkraftanlage in einer ersten
Ausführungsform und
-
2 die
erfindungsgemäße Windkraftanlage in einer abgewandelten
zweiten Ausführungsform.
-
In
den Figuren ist insgesamt eine Windkraftanlage dargestellt, die
mit mehreren Rotorblattaggregaten 1, 2 ausgerüstet
ist. Tatsächlich handelt es sich bei dem ersten Rotorblattaggregat 1 kopfseitig
einer gemeinsamen Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 um einen
Propellerrotor mit im Vergleich zur Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 bzw.
dessen Achse A vertikaler Drehachse P für Rotorblätter 1a.
Das erste Rotorblattaggregat 1 ist also als Horizontalpropeller ausgeführt.
Dagegen ist das zweite Rotorblattaggregat 2 als H-Rotor
mit jeweils vertikal angeordneten Rotorblättern 2a ausgerüstet,
die um eine im Vergleich zu den Rotorblättern 2a gleich
beabstandete gemeinsame vertikale Achse V drehen. Diese vertikale
Achse V ist nach dem Ausführungsbeispiel im Zentrum der
Urspurngs-Ständerkonstruktion 3 angeordnet bzw.
fällt mit der Achse A der Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 zusammen,
was selbstverständlich nicht zwingend erfüllt
sein muss.
-
Die
Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 ist im Rahmen
des gezeigten Beispiels und nicht einschränkend als rohr-
oder zylinderartiger Ständer ausgeführt. Dieser
mag aus einzelnen übereinander angeordneten Zylindersegmenten
aufgebaut sein, was selbstverständlich nicht zwingend ist.
Die Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 ruht auf einem
Fundament 4.
-
Man
erkennt, dass das erste Rotorblattaggregat 1 bzw. der dortige
Propellerrotor kopfseitig der Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 angeordnet und
dort fest installiert ist. Das erste Rotorblattaggregat 1 verfügt über
einen eigenen Energiewandler 1b, welcher im Innern einer
Nabe 1c des betreffenden ersten Rotorblattaggregates 1 angeordnet
ist. Bei dem Energiewandler 1b zur Konversion von Windenergie
in andere Energieformen handelt es sich um einen Generator, welcher
die Drehbewegungen der Rotorblätter 1a um ihre
Achse P in elektrischen Strom umsetzt.
-
Das
zweite und entlang der Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 angeordnete
Rotorblattaggregat 2, welches sich unterhalb des ersten
Rotorblattaggregates 1 befindet, verfügt ebenfalls über
einen eigenen Energiewandler 2b und eine Nabe 2c.
-
Zwischen
einer Unterkante der Rotorblätter 1a des ersten
Rotorblattaggregates 1 und einer Oberkante der Rotorblätter 2a des
darunter befindlichen zweiten Rotorblattaggregates 2 ist
ein Freiraum F vorgesehen. Dieser Freiraum F berücksichtigt, dass
sich die jeweiligen Rotorblätter 1a bzw. 2a der jeweiligen
Rotorblattaggregate 1 bzw. 2 nicht berühren
oder kollidieren. Außerdem stellt der Freiraum F sicher,
dass von den Rotorblättern 1a bzw. 2a herrührende
etwaige Turbolenzen nicht die jeweils benachbarten Rotorblätter 2a bzw. 1a beeinflussen.
-
Von
besonderer Bedeutung für die Erfindungslehre ist nun der
Umstand, dass das zweite Rotorblattaggregat 2 nachrüstbar
ausgebildet ist. Dazu ist im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels
nach der 1 vorgesehen, dass das zweite
Rotorblattaggregat 2 über eine geteilte Anschlussnabe 2c zur nachrüstbaren
Festlegung des zweiten Rotorblattaggregates 2 an der Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 verfügt.
-
Tatsächlich
ist die Nabe bzw. Anschlussnabe 2c nach dem gezeigten Beispiel
gemäß 1 insgesamt ring- oder schalenförmig
ausgebildet und setzt sich beispielsweise aus zwei Halbringschalen
zusammen, die nach ihrer außenseitigen Anbringung an der
Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 miteinander verbunden
werden, beispielsweise durch die beiden Halbringschalen koppelnde
Verbindungsschrauben. Selbstverständlich kann die Anschlussnabe 2c auch beispielsweise
aus drei Ringsegmenten aufgebaut werden, die miteinander zu der
Anschlussnabe 2c verbunden werden. Ebenso liegt es im Rahmen
der Erfindung, die einzelnen und zuvor angesprochenen Nabensegmente
nicht untereinander zu verbinden, sondern jeweils mit der Ursprungs-Ständerkonstruktion 3.
So oder so trägt die Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 das
nachrüstbare zweite Rotorblattaggregat 2.
-
Bei
der alternativen Ausgestaltung des nachrüstbaren zweiten
Rotorblattaggregates 2 entsprechend der 2 wird
dieses zweite Rotorblattaggregat 2 von einer eigenen Nachrüst-Ständerkonstruktion 5 getragen.
Diese Nachrüst-Ständerkonstruktion 5 nutzt
das Fundament 4 der Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 als
Basis und trägt kopfseitig das zweite Rotorblattaggregat 2.
-
Man
erkennt, dass die Nachrüst-Ständerkonstruktion 5 und
die Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 konzentrisch
zueinander angeordnet sind, nämlich im Vergleich zur gemeinsamen
Achse A. Dabei ist die Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 im
Zentrum der Nachrüst-Ständerkonstruktion 5 angesiedelt,
welche die Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 ringartig
umschließt. Die Nachrüst-Ständerkonstruktion 5 selbst mag
als Ständerfachwerk ausgebildet sein.
-
In
beiden beschriebenen Fällen ist das zweite Rotorblattaggregat 2 jeweils
als H-Rotor mit den vertikal angeordneten Rotorblättern 2a ausgebildet. Dadurch
stellt die Erfindung sicher, dass der Schwerpunkt S dieses solchermaßen
ausgestalteten zweiten Rotorblattaggregates 2 auf der vertikalen
Drehachse V der vertikalen Rotorblätter 2a angeordnet
ist, die ihrerseits mit der Achse A der Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 zusammenfällt.
Auf diese Weise werden die von dem zweiten Rotorblattaggregat 2 ausgeübten
Gewichtskräfte im Rahmen der Alternative nach 1 über
die Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 in das Fundament 4 eingeleitet,
ohne dass das zweite Rotorblattaggregat 2 die Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 mit
einem Dreh- oder Kippmoment beaufschlagt, wie dies beispielsweise
bei einem Propellerrotor der Fall wäre.
-
Ähnlich
gewichtsneutral verhält sich die Variante nach 2,
bei welcher die von dem zweiten Rotorblattaggregat 2 verursachten
Gewichtskräfte über die Nachrüst-Ständerkonstruktion 5 in
das gemeinsame Fundament 4 der Ursprungs-Ständerkonstruktion 3 sowie
der Nachrüst-Ständerkonstruktion 5 eingeleitet
werden. – Jedenfalls fällt die Zentralachse des
zweiten Rotorblattaggregates 2 bzw. die vertikale Drehachse
V der Rotorblätter 2a mit der Achse A der Ursprungs-Ständerkonstruktion
zusammen.
-
Jedes
Rotorblattaggregat 1, 2 mag nicht nur mit einem
eigenen Energiewandler 1b bzw. 2b ausgerüstet
sein, sondern kann auch über eine eigene und nicht dargestellte
Bremseinheit verfügen. Diese ist erforderlich, um das jeweilige
Rotorblattaggregat 1, 2 bei Fehlfunktionen ggf.
unabhängig voneinander festsetzen zu können. Die
jeweilige Bremseinheit sorgt auch dafür, dass ein Aufschaukeln
der Windkraftanlage bei bestimmten Windverhältnissen verhindert
wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5419683 [0002]
- - DE 20022913 U1 [0002]
- - DE 19805667 A1 [0002, 0003]