DE202009009654U1 - Windkraftanlage - Google Patents

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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D15/00Transmission of mechanical power
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

Windkraftanlage mit wenigstens zwei Rotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (5, 8) an einer Seite eines vertikalen Drehgestelles (4) in einer vertikalen Ebene übereinanderliegend montiert sind, wobei das Drehgestell drehbar auf einem im Erdreich verankerten Basisturm (1) befestigt ist.

Description

  • Die Neuerung betrifft eine Windkraftanlage, die wenigstens zwei Rotoren aufweist. Eine solche Windkraftanlage ist aus der EP 0 761 964 B1 vorbekannt.
  • In dieser älteren europäischen Patentschrift sind die beiden Rotoren auf je einem Traggerüst angeordnet, welche unten auf einer Platte montiert sind. Unterhalb der Platte befindet sich ein Wälzlager, mit der diese Platte auf einer in das Erdreich eingelassenen Plattform drehbeweglich befestigt ist.
  • Obwohl diese Windkraftanlage energetisch durchaus den richtigen Weg beschreitet, erweist sie sich als außerordentlich ungünstig bezüglich des Strömungsverhaltens. Es hat sich nämlich gezeigt, dass durch die Turbolenzen bzw. Randwirbel, die die vorderen Rotorblätter erzeugen, die dahinter liegenden nur noch vermindert Windenergie ausnutzen können, so dass diese Anlage zumindest im Rahmen der in 1 gezeigten Ausführung keinen besonders hohen Wirkungsgrad aufweisen dürfte. Darüber hinaus ist die ganze Anlage fertigungstechnisch sehr ungünstig aufgebaut, sodass hier ein schlechtes Verhältnis zwischen Aufwand und Ertrag zu erwarten ist.
  • Aus der DE 94 19 057 U1 ist ebenfalls eine Windkraftanlage mit vier Rotoren bekannt, wobei aus je zwei Paaren koaxiale Rotoren gebildet sind. Hier sind jeweils zwei Rotoren vor einem horizontalen Drehgestellt mit vertikaler Achse und zwei Rotoren hinter diesem Drehgestellt auf diesem Drehgestell montiert. Auch hier ergibt sich wieder der erhebliche Nachteil, dass die Rotoren, die hinter dem Drehgestell montiert sind, nur vermindert Windenergie aufnehmen können, so dass insgesamt auch bei dieser Anlage ein schlechter Wirkungsgrad erwartet werden darf. Darüber hinaus ist auch diese Anlage mit vielen individuell herzustellen Einzelteilen ausgerüstet, so dass neben dem zu erwartenden schlechten Wirkungsgrad auch ein erheblicher Fertigungs- und Montageaufwand zu erwarten ist.
  • Schließlich ist aus der DE 549 618 C1 eine Windkraftanlage mit einem Doppelrotor bekannt, wobei hier die Rotoren unmittelbar zur Erzeugung von elektrischem Strom ausgestattet sind. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kranz der Rotoren, an dem die Flügel des Windrades befestigt sind, als Poljoch, Polkranz oder -anker eines Stromerzeugers ausgebildet sind, so dass unter Fortfall jeglicher weitere Getriebeeinrichtungen diese Rotoren die Aufgabe des Generators mit übernehmen und somit der Aufbau insgesamt deutlich günstiger ausfällt, als die oben weiter zum Stand der Technik genannten Anlagen.
  • Allerdings ist diese Einrichtung mit dem deutlichen Nachteil verbunden, dass dies Spezialrotoren sind, deren Erstellung einen erheblichen Fertigungsaufwand mit sich bringen.
  • Schließlich zeigt die DE 200 14 950 U1 eine Windkraftanlage, bei der ein kleinerer Rotor mittig innerhalb eines größeren Rotors integriert ist. Der im Drehzentrum kleinere Innenflügel hat dabei die Aufgabe, die zurückbleibende Verwirbelung in der Luft energetisch auszunutzen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage zu schaffen, mit der einerseits die Vorteile der energetischen Ausbeute des Windes unter Zuhilfenahme zweier Rotoren gem. Stande der Technik ausgenutzt werden, dies aber auf eine Art und Weise, bei der Standardelemente weitestgehend benutzt werden können und bei der die Rotoren so angeordnet sind, dass die zur Verfügung stehende Windenergie optimal ausgenutzt werden kann.
  • Dies schafft die Erfindung mit den Maßnahmen, wie sie im Kennzeichen des Anspruches 1 angegeben sind.
  • Die Unteransprüche beziehen sich auf Ausgestaltungsmaßnahmen, die den Gegenstand nach Anspruch 1 in vorteilhafter Weise weiterbilden.
  • Anhand von drei Figuren soll der Erfindungsgegenstand beispielhaft erläutert werden:
  • Dabei zeigt die 1 eine Windkraftanlage, so, wie sie sich dem Beschauer darstellt
  • 2 einen Schnitt durch eine derartige Windkraftanlage mit einer alternativen Übertragungsmechanik und einem im unteren Fuß des Basisturmes angeordneten Generator, und
  • 3 eine Ansicht zweier montierter Rotoren mit unterschiedlich großen Rotorköpfen.
  • In 1 ist mit (1) der Basisturm bezeichnet, der im Erdreich (2) fest verankert ist. Am oberen Ende des Basisturmes ist ein Drehlager (3) angeordnet, über das ein vertikales Drehgestell (4) drehbar befestigt ist. Das Drehgestell (4) trägt an seinem oberen Ende einen Rotor (5) und darunter in einem Abstand, der so bemessen sein muss, dass die Flügel (6) der Rotoren während ihrer Drehung sich, bzw. ihre jeweiligen Rotorköpfe (7) nicht berühren, einen weiteren Rotor (8).
  • Zum Betrieb der Rotoren gibt es verschiedene Möglichkeiten, nämlich:
    Die Rotoren können so an dem Drehgestellt (4) in horizontaler Ebene befestigt sein, dass die Rotorblätter (7) des oben liegenden Rotors (5) in einer Ebene rotieren, die hinter der Ebene der Rotorblätter des unteren Rotors (8) liegt (3). Bei dieser Montageart muss lediglich der Rotorkopf (7) des unten liegenden Rotors länger gestaltet sein, als der des darüberliegenden, was die 3 deutlich zeigt.
  • Denkbar wäre auch eine Montage, bei der die Rotoren soweit voneinander beabstandet sind, dass sich ihre Rotorblätter frei und unabhängig voneinander drehen können. Dies hätte allerdings den Nachteil einer sehr großen Bauhöhe. Diese Art der Montage erlaubt ein autarkes Betreiben der Rotoren, d. h. hier können beide Rotoren völlig unabhängig voneinander arbeiten und zwar sowohl was die Drehgeschwindigkeit anbelangt, wie auch das Umsetzen in elektrische Energie. Mithin wären hier Rotoren einsetzbar, wie sie zu Tausenden in Windkraftanlagen üblich sind.
  • Es ist aber auch denkbar, dass sich beide Rotoren hinsichtlich ihrer energetischen Ausbeute unterstützen, d. h. nur ein Rotor trägt den Generator und der andere wird zur mechanischen Unterstützung dieses Rotors herangezogen.
  • Zu diesem Zweck müssen beide Rotoren über ein Getriebe, Kettenräder oder andere Übertragungselemente untereinander verbunden sein. Besonders geeignet ist hier eine Verbindung über Kegelräder und eine Verbindungswelle, eine Technik also, die weitestgehend ausgereift und sehrwohl erprobt ist.
  • Hier wäre es im übrigen durchaus denkbar, dass die beiden Rotoren mit ihren Rotorblättern vertikal in einer Ebene angeordnet sind und die Rotorblätter so über die getriebeartige Verbindung miteinander zusammenwirken, dass die unten liegenden Rotorblätter während ihrer Drehung in die Lücken der sich darüber drehenden Rotorblätter des oben liegenden Rotors greifen, so dass die beiden Rotorachsen in entgegengesetzter Richtung rotieren.
  • Im Zusammenhang dieser bevorzugt anzusehenden Montageart wäre es ebenfalls denkbar, beide Rotoren ohne Generatoren auszustatten und diesen unten im Fuße des Basisturmes zu montieren, wobei die Energie der beiden Rotoren über eine gemeinsame Verbindungswelle, bei der entsprechende Kegelräder mit den Achsen der Rotoren gekoppelt sind, auf den Generator übertragen wird.
  • Zum Verständnis dieser Technik dient die 2:
    Die Rotorachsen (9, 10) der Rotoren (5, 8) sind über Kegelräder (11, 12) mit einer gemeinsamen Verbindungswelle (13) verbunden. Die Verbindungswelle, deren schwingungsfreier Lauf durch Stützlager (14) gewährleistet wird, steht unten mit einem elektrischen Generator (15) in Verbindung und treibt diesen zwecks Energiegewinnung an.
  • Ein Anpassen der Rotoren an die jeweilige Windrichtung erfolgt in an sich bekannter Weise durch Windrichtungssensoren, die unter Zuhilfenahme einer Steuerung Stellmotoren aktivieren, mit denen das vertikale Drehgestell (4) in den Wind gestellt wird. Auch ein Verstellen der Rotorflügel bis hin zu einem „völlig aus dem Wind drehen” erfolgt durch Sensoren, eine Technik, die dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet aber völlig vertraut ist. Eine solche Steuerung ist hier mehr symbolhaft mit dem Teil (16) angedeutet.
  • Von besonderem Vorteil ist es, dass hier standardisierte Bauelemente benutzt werden können, im einfachsten Fall Rotoren, wie sie tausendfach bereits installiert sind und welche hinsichtlich ihrer technischen Möglichkeiten als absolut erprobt anzusehen sind. Denkbar wäre allerdings auch eine Anordnung von Rotoren, die zwar auch standardisiert hinsichtlich ihrer Geometrie ausgebildet, aber wie zuvor geschildert, ohne Generator sind, der dann separat unten in dem Basisturm montiert ist. Diese Variante hat den außerordentlichen Vorteil, dass die beiden Rotoren leicht und somit auch leicht zu transportieren und montieren sind. Das Mehrgewicht des zusätzlichen Rotors dürfte damit durch die Montage des Generators unten im Basisturm sicherlich kompensiert sein.
  • 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
    • - EP 0761964 B1 [0001]
    • - DE 9419057 U1 [0004]
    • - DE 549618 C1 [0005]
    • - DE 20014950 U1 [0007]

Claims (7)

  1. Windkraftanlage mit wenigstens zwei Rotoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (5, 8) an einer Seite eines vertikalen Drehgestelles (4) in einer vertikalen Ebene übereinanderliegend montiert sind, wobei das Drehgestell drehbar auf einem im Erdreich verankerten Basisturm (1) befestigt ist.
  2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren mit je einem Generator nebst Steuerung, mithin also autark arbeitend ausgestattet sind und die Rotorblätter (6) jedes Rotors (5, 8) horizontal so weit voneinander beabstandet sind, dass sie sich während der Drehung nicht behindern.
  3. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwellen (9, 10) der Rotoren über eine Verbindungswelle (13) und zugeordneten Kegelrädern (11, 12) miteinander verbunden sind, also synchron laufen.
  4. Windkraftanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Rotor einen Generator nebst Steuerung aufweist und der andere Rotor diesen über eine Verbindungswelle nebst Kegelräder leistungsverstärkend unterstützt.
  5. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Rotoren ohne Generator ausgerüstet sind, dass die Rotoren über Kegelräder (11, 12) und eine gemeinsame Verbindungswelle (13) mit einem unten im Basisturm angeordneten Generator (15) verbunden sind.
  6. Windkraftanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren synchron, aber in entgegengesetzter Richtung drehen und die Rotorblätter des unten angeordneten Rotors in die Lücken der Rotorblätter des oberen Rotors eingreifen.
  7. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Standard-Rotoren sowie Standard-Generatoren nebst Steuerung (16) eingesetzt sind.
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