DE202014100934U1

DE202014100934U1 - Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung

Info

Publication number: DE202014100934U1
Application number: DE202014100934.5U
Authority: DE
Original assignee: BIELIG HANS HENNING
Current assignee: BIELIG HANS HENNING
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2014-06-17
Anticipated expiration: 2024-02-29
Also published as: DE102014104675B3

Abstract

Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung, wobei die Windkraftanlage einen Druckspeicher und Vorrichtungen umfasst, welche überschüssige Windenergie zur Erzeugung eines Drucks im Druckspeicher nutzen und im Druckspeicher gespeicherte Energie in elektrische Energie umwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher durch mindestens ein Rohr mit einem unteren Abschluss (8) und einem oberen Abschluss (9) gebildet wird, wobei jedes der Rohre Teil der Gründung der Windkraftanlage ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einer zusätzlichen Energieerzeugungseinrichtung, wobei wesentliche Teile der Windkraftanlage für die zusätzliche Energieerzeugungseinrichtung Verwendung finden.
Darstellung der Erfindung
Windkraftanlagen werden immer häufiger zur Erzeugung der von Industrie und Privathaushalten benötigten Energie genutzt, da sie umweltschonend sind. Weite Bereiche Deutschlands aber auch der Nachbarländer weisen bereits große Windparks auf. Allerdings unterliegen auch die Windkraftanlagen den äußeren Bedingungen. Bei nur schwachen Winden oder gar Windstille wird keine Energie produziert.
Ein weiteres Problem stellt die Abnahme der erzeugten Energie dar. Die Energie aus Windkraftanlagen steht dann zur Verfügung, wenn sie produziert wird. Oft decken sich jedoch nicht die Zeiten der Energieerzeugung mit den Zeiten, in denen diese Energie benötigt wird. Gerade die Spitzenzeiten des Energieverbrauchs werden dann häufig mit Energie aus weniger umweltfreundlichen Kraftwerken abgedeckt. Neben den Umweltbeeinträchtigungen durch die herkömmlichen Kraftwerke sind insbesondere deren Instandhaltungskosten auch bei Nichtnutzung von hohem Einfluss auf die Stromkosten für den Endverbraucher. Zugleich hat sich das Problem gezeigt, dass die Windkraft zu Produktion von sehr viel Energie in der Lage war, die Abnehmer jedoch fehlten, so dass der Wind nahezu ungenutzt blieb.
Daher wurden verschiedene Entwicklungen offenbart, um Windkraftanlagen auch bei Windstille zur Energiegewinnung heranzuziehen und andererseits Speicher mit den Windkraftanlagen zu verbinden, um überschüssige Energie für den Bedarfsfall zu speichern.
Der Stand der Technik zeigt in der Offenbarung DE 20 2012 006 146 U1 eine Energieerzeugung mit einer Energiespeicheranlage im Inselbetrieb. Der Energiespeicher umfasst einen Druckgasbehälter, welcher ins Erdreich eingelassen wird, und. Auf oder neben dem Druckgasbehälter ist eine Windkraftanlage angeordnet, welche neben den herkömmlichen Vorrichtungen zur Erzeugung von Energie auch Vorrichtungen zur Erzeugung von Druckgas. Dadurch kann in den Zeiträumen, in denen kein Verbrauch der Windenergie durch externe Verbraucher erfolgt, der Druckgasbehälter mit Druckgas gefüllt werden, welches zu Spitzenzeiten oder bei Flaute zur Stromerzeugung heran gezogen wird. Nachteilig ist, dass zur Speicherung ein sehr aufwendig gestalteter Druckbehälter zusätzlich erstellt werden muss, welcher zusätzlich zur Anlage auch einer Wartung bedarf. Der Platzbedarf dieser Energiespeicheranlage ist immens, so dass in vielen Fällen eine Genehmigung scheitert.
Daneben ist aus der DE 20 2008 013 631 U1 die Nutzung des Stahlturmes einer Windkraftanlage als Pressluftspeicher bekannt. Dabei ist der Stahlturm mit Böden geschlossen, so dass sich ein Speicherbehälter aus Turm und Böden bildet. Dieser wird mit Pressluft gefüllt, die bei Bedarf in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Nachteilig ist, dass die konisch zulaufende Form herkömmlicher Windkraftanlage einen nur schwer herstellbaren und somit kostenintensiven Druckspeicher zulässt. Zudem verhindert ein Druckspeicher die einfache Wartung der Bauelemente innerhalb der Gondel der Windkraftanlage, so dass für den Wartungsfall entweder der Druck vom Speicher genommen werden muss, um ihn begehbar zu machen, oder die Wartung von außen erfolgen muss. Beides ist nicht praktikabel.
Ausführung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Windkraftanlage bereitzustellen, die einen Speicher aufweist, welcher in bestehende Elemente der Windkraftanlage eingefügt werden kann, ohne deren Betrieb zu behindern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Windkraftanlage gelöst, welche über Monopile- oder Tripile-Gründung verfügt. Allerdings sind auch alle anderen Formen von Gründungen möglich, solange sie Stahlröhren aufweisen. Während früher derartige Gründungen durch Rammen der Stahlröhren erfolgt sind, werden diese nach dem Stand der Technik heute mit Hilfe von Bohrgeräten, die durch das Innere der Stahlröhre herabgelassen werden, durchgeführt. Die Bohrgeräte entfernen dabei anstehendes Erdreich und saugen dieses ab. Dabei wird ein Loch erzeugt, das einen größeren Durchmesser als die Stahlröhre aufweist. Die Stahlröhre wird schon während des Bohrvorganges in das entstehende Loch hinabgelassen. Dabei wird der beim Bohrvorgang entstehende Spalt zwischen Stahlrohr und Erdreich mit einem als Gleitmittel wirkenden Mörtel verfüllt. Bislang wurde das zuvor abgesaugte Material wieder in die Stahlröhre eingefüllt. Erfindungsgemäß erfolgt aber keine Verfüllung sondern ein Abschluss der Stahlröhre am unteren Ende durch Einfügen einer Stahlplatte oder eines anderen geeigneten, Druck aushaltenden Elements. Es ist auch denkbar, dass eine leicht konisch geformte Bodenplatte eingebracht wird, die durch das Gewicht der aufliegenden Stahlröhre und der darauf angeordneten Windkraftanlage zu einem ausreichenden druckdichten Verschluss führt. In Abhängigkeit von den geologischen Verhältnissen kann sogar auf den unteren Abschluss verzichtet werden.
Das Stahlrohr verfügt an seiner Oberseite über einen Flansch, auf den der Turm der Windkraftanlage, welcher ebenfalls über einen Flansch verfügt, aufgesetzt wird. Zwischen den Flanschen von Stahlröhre und Turm der Windkraftanlage kann ein oberer Abschluss der Stahlröhre eingefügt werden, so dass aus der Stahlröhre ein abgeschlossener druckdichter Raum entsteht. In diesen Raum wird erfindungsgemäß bei Windlast auf der Windkraftanlage aber fehlender Abnahme der erzeugten Energie mit Hilfe dieser Überschussenergie eine Verdichtung der Luft herbeigeführt. Sobald Mehrmengen an elektrischer Energie benötigt werden oder eine Flaute vorherrscht, kann mit Hilfe der Druckluft wiederum ein Generator betrieben werden, der seinerseits Energie zur Abführung an den Verbraucher erzeugt.
Es ist aber auch denkbar, dass die Stahlröhre einfach nur als Luft-gefüllte, geschlossene Kammer ausgebildet ist und bei Überschüssen in der Energieproduktion Wasser in diese gefüllte Röhre eingepumpt wird. Auch dann wird eine Kompression der enthaltenen Luft erreicht, welche bei Flaute wiederum zur Energieproduktion herangezogen werden kann. Bei erneuter Energieproduktion oder sogar der Produktion von Überschussenergie mit der Windkraftanlage kann der Speicher dann leergepumpt werden und nach Füllen mit Luft sowie dem luftdichten Verschließen erneut zusätzlich mit Wasser gefüllt werden, so dass wieder ein Überdruck entsteht.
An der neuartigen Technik des Bohrens sind auch solche Regionen und Länder interessiert, die bislang auf Grund der geologischen Vorgaben keine Gründungen mit Stahlröhren in Erwägung gezogen haben. Insbesondere bei felsigem oder zumindest gesteinsreichem Untergrund war das Rammen bislang nur schwer möglich. Durch diese Technik kommen aber auch viele Onshore-Standorte für den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung in Betracht, da nun die Grundlagen geschaffen sind, Stahlröhren in nahezu jeden Untergrund einzubringen. Daher ist die erfindungsgemäße Lösung sowohl im Offshore- als auch im Onshore-Bereich umsetzungsfähig.
Gegebenenfalls muss das Stahlrohr durch druckstabilisierende Bauteile ergänzt werden, um den Druck insbesondere in den Bereichen, die aus dem Erdreich herausstehen, aufzufangen. Dort, wo das Stahlrohr vom Erdreich umgeben ist, werden Drücke an das Erdreich abgegeben. Damit ist auch eine nur unerhebliche Kostensteigerung gegenüber dem herkömmlichen Stahlrohr zu erwarten, so dass der zusätzliche Energiegewinnungseffekt eine Effizienzsteigerung der Gesamtanlage mit sich bringt.
Weiterhin ist es denkbar, dass auch andere Vorrichtungen im Zusammenhang mit der Energiegewinnung mit Windkraftanlagen mit vergleichbaren Druckspeichern ausgestattet sind. So verfügen insbesonder im Offshore-Bereich große Windkraftanlagen mit bis zu 5 MW über eigene Transformatorstationen, welche in der Nähe der Windkraftanlagen angeordnet sind. Diese besitzen meist eigene Gründungen, welche mit gleichen Druckspeichern ausgerüstet werden können, wie sie zuvor für Windkraftanlagen beschrieben worden sind.
Die Erfindung wird anhand von zwei Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine Windkraftanlage mit Monopile und der Erfindung und
2 eine Windkraftanlage mit Tripile und der Erfindung.
In 1 wird eine Windkraftanlage 1 gezeigt, die über eine Gondel 2 und Rotorblätter 3 verfügt. Bei Windlast treiben die Rotorblätter 3 einen Generator 4 an, der sich im Innern der Gondel 2 befindet. Erzeugte Energie wird über die Netzeinspeisung 5 abgegeben. Die Windkraftanlage 1 ist auf einem Monopile 7 gelagert, der im Erdreich 6 eingebracht ist. Dabei ist es unerheblich ob es sich bei dem Erdreich 6 um Landmasse oder den Meeresboden handelt. Der Monopile 7 verfügt über einen unteren Abschluss 8 und einen oberen Abschluss 9, wobei der Monopile 7 und die Abschlüsse (8, 9) einen Druckbehälter bilden. Sobald von der Windkraftanlage 1 mit Hilfe des Generators 4 überschüssige Energie produziert wird, die nicht über die Netzeinspeisung 5 abgegeben werden kann, wird ein Druckerzeuger 10 angesteuert, welcher das Medium im Druckbehälter über eine Druckerzeugung 12 unter Druck setzt. Hierbei kann es sich um einen Kompressor handeln, der Luft im Druckbehälter verdichtet, es kann aber auch eine Pumpe sein, die Wasser in den Druckbehälter pumpt, so dass die darin befindliche Luft verdichtet wird. Sobald wieder elektrische Energie benötigt wird, wird der Druckbehälter über eine Druckabgabe 13 entlastet und bei der Entlastung ein Speichergenerator 11 angetrieben, mit dem aus der Speicherenergie wieder elektrische Energie erzeugt wird. Diese kann dann über die Netzeinspeisung 5 abgegeben werden.
Die gleiche Anordnung ist in 2 zu erkennen, nur dass hier statt eines Monopiles ein Tripile dargestellt ist. Statt eines Druckbehälters sind hier drei Druckbehälter vorgesehen. Die Druckbehälter werden aus Stahlröhren 14 gebildet, welche jeweils über einen oberen Abschluss 9 und einen unteren Abschluss 8 verfügen. Der Druckerzeuger 10 und der Speichergenerator 11 sind dabei mit allen drei Stahlröhren 14 verbunden, wobei diese entweder in Reihe aber auch zusammengeschaltet sein können.
Da es sich bei den vorhergehenden, detailliert beschriebenen zusätzlichen Energiegewinnungseinrichtungen in Windkraftanlagen um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere können auch die konkreten Ausgestaltungen der Druckspeicher in anderer Form als in der hier beschriebenen folgen. Ebenso kann der Druckspeicher in einem anderen Material ausgefertigt sein, wenn dies technisch möglich ist und Kostenvorteile bietet. Weiter schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.
Bezugszeichenliste

1: Windkraftanlage
2: Gondel
3: Rotorblatt
4: Gondelgenerator
5: Netzeinspeisung
6: Erdreich
7: Monopile
8: Unterer Abschluss
9: oberer Abschluss
10: Druckerzeuger
11: Speichergenerator
12: Druckerzeugung
13: Druckabgabe
14: Stahlröhre

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202012006146 U1 [0005]
DE 202008013631 U1 [0006]

Claims

Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung, wobei die Windkraftanlage einen Druckspeicher und Vorrichtungen umfasst, welche überschüssige Windenergie zur Erzeugung eines Drucks im Druckspeicher nutzen und im Druckspeicher gespeicherte Energie in elektrische Energie umwandeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher durch mindestens ein Rohr mit einem unteren Abschluss (8) und einem oberen Abschluss (9) gebildet wird, wobei jedes der Rohre Teil der Gründung der Windkraftanlage ist.
Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gründung der Windkraftanlage (1) ein Monopile ist.
Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gründung der Windkraftanlage ein Tripile ist.
Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gründung der Windkraftanlage eine Vielzahl von Rohren umfasst.
Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Abschluss (8) durch anstehendes Gestein gebildet wird.
Windkraftanlage mit zusätzlicher Energieerzeugungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Windkraftanlage, z.B. eine Transformatorstation, separat gegründet ist und diese Gründung aus Rohren mit Abschlüssen (8, 9) gebildet wird.