DE202016008137U1

DE202016008137U1 - Hybrid-Windkraft-Offshore-Anlage

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Publication number: DE202016008137U1
Application number: DE202016008137.4U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-12-31
Filing date: 2016-12-31
Publication date: 2017-04-04
Anticipated expiration: 2027-01-01

Abstract

Geschlossener Ringwall um die Windkraftanlage Dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringwall (30), z. B. ein Betonring oder Spundwände mindestens eine Windkraftanlage, z. B. eine Hybridwindkraftanlage wasserdicht umschließen. Der Ringwall (30) ist gegen den Wasserdruck mit Abstützungen versehen und im Boden durch Anker (31) gegen den Auftrieb gesichert. Das Speichervolumen ergibt Umfang und Tiefe des Ringwalls (30). Dieser kann z. B. einteilig im Boden eingelassen sein. Denkbar ist auch eine Anordnung von abgestützten eingerammten Spundwänden im Boden. Diese haben dann die Funktion eines Wasserspeichers (Energiespeicher). Der Ringwall (30) Boden kann z. B. auch die Pumpe/Turbine (Francis) aufnehmen oder beinhalten. Der Zu/Abfluss der Pumpe/Turbine kann auch z. B. außerhalb, unterhalb des Ringwalls (30) verlaufen. Das Ventil (28) sitzt dann direkt unterhalb der Pumpe/Turbine.

Description

Windkraftanlagen sind heute für die regenerative Energiegewinnung ein wichtiger Beitrag um die CO² Reduktionsziele der gesetzlichen Vorgaben einzuhalten. Windkraftanlagen sollen möglicht permanent verfügbar sein um den Betreibern eine hohe Rendite sicherzustellen. Ausfallzeiten sind immer mit hohem finanziellem Verlust behaftet. Betriebsbedingt müssen die Windkraftanlagen in der Nähe von sicheren „Windverhältnissen” gebaut werden um den zuvor genanten Anforderungen gerecht zu werden.
Die Windkraftanlagen sollen aber von Seiten der Energieversorger jederzeit zu – und abschaltbar sein um Belastungsspitzen im Betreibernetz abfangen zu können. Bei Energieüberschuss sollen diese auch ganz vom Netz genommen werden damit Großkraftwerke effizient arbeiten können. Zukünftige Windkraftanlagen sollen schnell auf die Anforderungen des Netzanbieters reagieren und möglicht lange am Netz bleiben um die Wirtschaftlichkeit dem Betreiber zu garantieren. Ein Kernthema dieser Aufgabe ist die Zwischenspeicherung bei einem Energieüberangebot der Windkraftanlagen um diese später bei Bedarf wieder abzugeben. Werden die Hybrid-Windkraftanlagen (Geb. Nr.: 20 2016 004 067) in einem Offshore Park aufgestellt, besteht die Möglichkeit den Wasserspeicher der Umgebung als Energiespeicher zu verwenden.
Der im Schutzanspruch 1–4 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, das die neuen Anforderungen durch herkömmliche Windkraftwerke nicht durchführbar sind. Hybrid-Windkraftwerke brauchen einen speziellen Unterbau und einen Ringwall um eine Differenz der Wasserpegel innen – außen zur Energiespeicherung sicherzustellen. Ventile steuern die Zu/Abflüsse der Pumpe/Turbine.
Dieses Problem wird durch den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Mit der Erfindung wird erreicht, dass Turbine bzw. die Pumpe, z. B. eine Francis-Turbine möglichst tief im dem Ringwall angebracht ist um eine hohe Druckdifferenz und ein großes Fluid-Volumen als Energiespeicher zu nutzen. Der Ringwall kann z. B. aus Beton oder Spundwänden bestehen. Ein Bodenankern wirkt dem Auftrieb entgegen.
Der im Schutzanspruch 2 aufgeführten Merkmale wird das Problem der Wasserregulierung gelöst. Durch Ventile, z. B. ein Zwei oder Dreiwegeventil kann der Zufluss zur Pumpe gestoppt oder geregelt werden. Besonders vorteilhaft ist hier, das ein Umschaltventil den Zufluss aus dem Gewässer stoppt und gleichzeitig einen alternativen Zufluss in dem Ringwall freigibt. Dadurch kommt es nie zu Kavitation im Ansaugbereich der Pumpe. Ein Pegelmessgerät im Ringwall angebracht, überwacht den Pegelstand und vermeidet eine Fehlfunktion. Der Auslauf ist oberhalb des Wasserspiegels angebracht. Besonders vorteilhaft ist, das der Tidenhub am Meer bei richtigem Einsatz des Speicherkraftwerks die Energiebilanz noch vorteilhaft unterstützt.
Besonders vorteilhaft ist hier, das ein Umschaltventil den Abfluss aus dem Ringwall stoppt und gleichzeitig einen alternativen Abfluss in dem Ringwall freigibt. Dadurch kommt es nie zu Staudruck im Abflussbereich der Pumpe. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, die Pumpe als Turbine einzusetzen. Hierbei wird der Volumenstrom durch die Pumpe umgekehrt, die dann z. B. als Francis-Turbine arbeitet. So kann jetzt mit dem Fluid und dem Pegelunterschied zwischen innerem Ringwallpegel und äußerem Fluidstand (z. B. Meerwasserpegel) Energie über das Differentialgetriebe in den Generator des Hybrid-Windkraftwerks zurückgespeist werden.
Die Ausführung der Erfindung wird mit Anhand der 1 erläutert.
Fig. 1 Hybrid-Windkraft-Offshore-Anlage
Bezugszeichenliste

1: Pumpen-Turbinendeckel
2: Pumpen-Turbinenflügelrad
3: Schwingungsdämpfer
4: Pumpen/Turbinengehäuse
5: Fundament
6: Verbindungswelle
7: Turm
8: Freilauf
9: Kupplungs-Bremsen Aktuator
10: Kabine
11: Generator
12: Generator-Welle
13: Kupplungs-Bremsen Aktuator
14: Differenzialgetriebe Abtrieb 1
15: Differenzialgetriebe Gehäuse
16: Differenzialgetriebe Antrieb 2
17: Kupplungs-Bremsen Aktuator
18: Windrad
19: Differenzialgetriebe Abtrieb 3
20: Abtriebskupplung Turbine
21: Wellenlager
22: Führungsrohr
23: Kardangelenk
24: Turbinenlager
25: Dichtung
26: Pumpen-Turbinenwelle
27: Auslauf
28: Ventil
29: Filter
30: Ringwall
31: Anker
32: Schwingungsdämpfer

Claims

Geschlossener Ringwall um die Windkraftanlage Dadurch gekennzeichnet, dass ein Ringwall (30), z. B. ein Betonring oder Spundwände mindestens eine Windkraftanlage, z. B. eine Hybridwindkraftanlage wasserdicht umschließen. Der Ringwall (30) ist gegen den Wasserdruck mit Abstützungen versehen und im Boden durch Anker (31) gegen den Auftrieb gesichert. Das Speichervolumen ergibt Umfang und Tiefe des Ringwalls (30). Dieser kann z. B. einteilig im Boden eingelassen sein. Denkbar ist auch eine Anordnung von abgestützten eingerammten Spundwänden im Boden. Diese haben dann die Funktion eines Wasserspeichers (Energiespeicher). Der Ringwall (30) Boden kann z. B. auch die Pumpe/Turbine (Francis) aufnehmen oder beinhalten. Der Zu/Abfluss der Pumpe/Turbine kann auch z. B. außerhalb, unterhalb des Ringwalls (30) verlaufen. Das Ventil (28) sitzt dann direkt unterhalb der Pumpe/Turbine.
Ventile Dadurch gekennzeichnet, das die Ventile (28) als 2/2 Wege-Absperrventile, oder vorteilhaft als 3/2 Wege-Umschaltventil ausgeführt werden. Diese arbeiten als Zu/Abflussventile je nach Betriebmodi des Speicherkraftwerks. Die Ventile (28) können z. B. als Proportional/oder als Absperr-Ventil, auch mit z. B. „faile-Safe” ausgeführt sein.
Schwingungsdämpfer Dadurch gekennzeichnet, das ein Schwingungsdämpfer (32) oberhalb des Turms (7) auf der Verbindungswelle (6) kraft oder formschlüssig angeordnet ist. Der Schwingungsdämpfer (32) kann auch als Schwungmasse ausgeführt werden.
Freilauf Dadurch gekennzeichnet, das der Freilauf (8) schaltbar ausgeführt ist. Dieser kann z. B. auch an der Pumpenwelle-Turbinenwelle (26) montiert sein.