DE202020000775U1 - An apparatus that encloses a wind energy converter and an airflow device that are locally exposed and interconnected - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Steuern und Voreinstellen von Windparametern in niedrigerer Höhe zum Zweck der Erzeugung elektrischer Leistung durch Bereitstellung eines gesteuerten und eingestellten Luftstromeingangs, der lokal auf einen Windenergiekonverter gerichtet ist. Der Apparat umfasst die folgenden Komponenten:
- Eine Luftstromvorrichtung (einschließlich Sensoren, Regler und Stellglieder)
- Ein Windenergiekonverter (einschließlich Sensoren und Regler)
- Gehäuse zum Einschließen aller Komponenten
- Elektrische Komponenten zum Anschluss von Geräten im Gerät.
Device for controlling and presetting wind parameters at a lower altitude for the purpose of generating electrical power by providing a controlled and adjusted air flow input which is directed locally to a wind energy converter. The device comprises the following components:
- An airflow device (including sensors, controllers and actuators)
- A wind energy converter (including sensors and controllers)
- Housing for enclosing all components
- Electrical components for connecting devices in the device.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Erzeugung von Elektrizität durch erneuerbare Energiequellen mittels der Steuerung der Parameter, die die Erzeugung von Elektrizität durch Windenergiekonverter beeinflussen, und einer Luftstromvorrichtung, die mit anderen Komponenten in einer Vorrichtung verbunden ist, die eine bessere Steuerung und Nutzung der Windenergie in niedrigeren Windhöhen auf energieeffiziente und umweltfreundliche Weise ermöglicht.The present invention relates generally to the generation of electricity from renewable energy sources by controlling the parameters that affect the generation of electricity by wind energy converters and an airflow device that is connected to other components in a device that has better control and use that enables wind energy in lower wind heights in an energy-efficient and environmentally friendly manner.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Heute ist der Bedarf an Innovationen im Bereich der erneuerbaren Energien aufgrund der hohen Kohlendioxidemissionen und der dringenden Notwendigkeit, die Klimakrise zu bewältigen, von großer Bedeutung. Innovationen im Bereich der erneuerbaren Energien tragen grundlegend zur Lösung dieser Krise bei, und die Fülle ihrer Quellen hat vielen die Tür geöffnet, Lösungen zur Verringerung der Kohlendioxidemissionen vorzulegen und den Weg zu einer saubereren und umweltfreundlicheren Stromerzeugung zu ebnen. Die Bedeutung des Ideenaustauschs und der Präsentation von Innovationen in diesem Sektor ist zu einer Verantwortung für alle Beteiligten geworden, und die Dringlichkeit, Lösungen zu finden, ist die Hauptmotivation für diese Erfindung.Today, the need for innovation in the field of renewable energies is of great importance due to the high carbon dioxide emissions and the urgent need to cope with the climate crisis. Innovations in renewable energy are fundamental to solving this crisis, and the abundance of their sources has opened the door for many to come up with solutions to reduce carbon dioxide emissions and to pave the way for cleaner and greener electricity generation. The importance of exchanging ideas and presenting innovations in this sector has become a responsibility for all concerned, and the urgency to find solutions is the main motivation for this invention.

Eine der saubersten verfügbaren erneuerbaren Energiequellen ist die Windenergie. Windenergiekonverter werden seit Jahren eingesetzt, um Strom aus einer erneuerbaren, kostenlosen, reichlich vorhandenen und sauberen Quelle zu erzeugen: dem Wind.One of the cleanest renewable energy sources available is wind energy. Wind energy converters have been used for years to generate electricity from a renewable, free, abundant and clean source: the wind.

Ein typischer Windenergiekonverter besteht aus einer Nabe und Rotorblättern, einem Getriebe, einem Generator, einer Gondel, einem starken Fundament zur Gewährleistung der Stabilität, einem Turm, der errichtet wird, um Wind in größeren Höhen einzufangen, und einem Transformator, Elektronik und Steuerungen.A typical wind energy converter consists of a hub and rotor blades, a gearbox, a generator, a nacelle, a strong foundation to ensure stability, a tower that is built to catch wind at higher altitudes, and a transformer, electronics and controls.

In der Zwischenzeit werden viele Windenergieanlagen unterschiedlicher Typen und Bauart gebaut, um Windenergie in höheren Lagen zu nutzen und saubere Stromerzeugung durch eine erneuerbare Energiequelle zu erzeugen. Die Stromerzeugung durch Windenergiekonverter ist sehr bedeutend und trägt zu einem großen Anteil der Stromerzeugung durch erneuerbare Energiequellen bei.In the meantime, many wind turbines of different types and designs are being built in order to use wind energy at higher altitudes and to generate clean electricity from a renewable energy source. Electricity generation from wind energy converters is very significant and contributes to a large proportion of electricity generation from renewable energy sources.

Mittel zur Nutzung der Windenergie in niedrigeren Höhenlagen werden jedoch nicht im industriellen Maßstab eingesetzt. Das Problem mit dem Wind in geringerer Höhe ist, dass er nicht konstant ist, die Windgeschwindigkeit nicht so hoch ist wie in höheren Lagen und die Strömung des Windes in geringerer Höhe auch turbulenter ist, was Lärm verursacht und Energie verschwendet. Die Rauhigkeit des Windes in geringerer Höhe ist ebenfalls ein Faktor, der diese Nutzung verhindert. Die Rauhigkeit wird durch jede Struktur entlang des Weges beeinflusst, die die Effizienz der durch Wind in niedrigeren Höhen erzeugten Elektrizität verringert.However, means of using wind energy at lower altitudes are not used on an industrial scale. The problem with the wind at a lower altitude is that it is not constant, the wind speed is not as high as at higher altitudes and the flow of the wind at a lower altitude is also more turbulent, which causes noise and wastes energy. The roughness of the wind at a lower altitude is also a factor that prevents this use. The roughness is affected by any structure along the path that reduces the efficiency of electricity generated by wind at lower altitudes.

Die Formel der Windkraft lautet: P = 1 2 * ρ * A * v 3

Figure DE202020000775U1_0001
Aus der obigen Formel wird deutlich, dass die Kraft des Windes davon abhängt: der Dichte der Luft, der überstrichenen Fläche des Rotors, der Luftdichte und dem Würfel der Geschwindigkeit. Eine Änderung der Geschwindigkeit kann also die Leistung des Windes drastisch beeinflussen, d.h. wenn die Windgeschwindigkeit mit geeigneten Mitteln erhöht und konstant gehalten wird, kann eine höhere und konstante Leistung aus Windenergieanlagen erzeugt werden. Dadurch werden sie zuverlässiger und wetterunabhängiger.The formula for wind power is: P = 1 2nd * ρ * A * v 3rd
Figure DE202020000775U1_0001
It is clear from the above formula that the force of the wind depends on it: the density of the air, the swept area of the rotor, the air density and the cube of speed. A change in the speed can therefore have a drastic influence on the power of the wind, ie if the wind speed is increased and kept constant by suitable means, a higher and constant power can be generated from wind energy plants. This makes them more reliable and more weather-independent.

Die Windkraft ist eine der am meisten verfügbaren und im Überfluss vorhandenen Quellen erneuerbarer Energie, wurde aber bisher noch nicht in vollem Umfang genutzt. Die Hindernisse, die einer stärkeren Nutzung der Windkraft entgegenstehen, sind darauf zurückzuführen, dass Windenergieanlagen in großen Höhen gebaut werden müssen, um die Windkraft in diesen Höhen nutzen zu können, da der Wind in größeren Höhen eine höhere Geschwindigkeit hat, stetiger und weniger turbulent ist. Es gibt jedoch immer noch Anwendungen von Windenergieanlagen, die Wind in niedrigeren Höhen einfangen, aber sie sind aufgrund der geringen elektrischen Leistung, die sie erzeugen, nicht industriell einsetzbar.Wind power is one of the most available and abundant sources of renewable energy, but has not yet been fully exploited. The obstacles to greater use of wind power are due to the fact that wind turbines have to be built at high altitudes in order to be able to use wind power at these heights, because the wind has higher speeds, is more steady and less turbulent at higher altitudes . However, there are still applications of wind turbines that capture wind at lower altitudes, but they are not suitable for industrial use due to the low electrical power they generate.

Weitere Barrieren, die die Nutzung der Windenergie behindern, sind die Umweltauflagen für die Standorte, an denen die Windenergieanlagen errichtet werden. Messungen der Auswirkungen von Lärm und Schatten auf die Anwohner haben die Initiierung von Projekten verhindert. Bedrohungen von Wildtieren waren ebenfalls ein Hindernis für die Windenergienutzung, da Windkraftanlagen in großen Höhen nicht vogel- und fledermausfreundlich sind.Further barriers that hinder the use of wind energy are the environmental requirements for the locations at which the wind energy plants are installed. Measurements of the impact of noise and shadow on residents have prevented projects from being initiated. Wildlife threats have also been an obstacle to wind energy use, as wind turbines at high altitudes are not bird and bat friendly.

Die Kombination von Luftstromgeräten mit Windenergiekonvertern kann viele Hindernisse überwinden, die die Windenergienutzung jetzt beeinträchtigen. Beide Technologien sind Gegenstand umfangreicher Forschung und ständiger Verbesserung, und die Kombination dieser ausgereiften Technologien kann Ideen und Lösungen für viele der Barrieren, die der Stromerzeugung durch Wind im Wege stehen, hervorbringen.The combination of airflow devices with wind energy converters can overcome many obstacles that now affect wind energy use. Both technologies are the subject of extensive research and continuous improvement, and the combination of these mature technologies can provide ideas and solutions to many of the barriers that stand in the way of generating electricity from wind.

Eine Reihe von Patenten hat sich mit der Verbesserung von Windenergiekonvertern und Luftstromvorrichtungen befasst, um die kinetische Energie der bewegten Luft effizienter zu nutzen und die negativen Auswirkungen, die sie auf die Umwelt haben, zu reduzieren. Nachstehend sind einige Beispiele aufgeführt.A number of patents have addressed the improvement of wind energy converters and airflow devices to use the kinetic energy of moving air more efficiently and to reduce the negative effects they have on the environment. Some examples are shown below.

Die WO 01/14740 legt Methoden zur Verbesserung des Flügelprofils von Windenergieanlagen offen, um einen Strömungsabriss zu verhindern.The WO 01/14740 discloses methods for improving the airfoil profile of wind turbines to prevent stalling.

US 4408958A legt Methoden zur Verbesserung des Wirkungsgrades einer Windenergieanlage durch eine verstärkte Blattkonstruktion offen, die den gewünschten Auftrieb über ihre gesamte Länge vom nabennahen Teil bis zur Spitze liefert. US 4408958A discloses methods for improving the efficiency of a wind turbine by means of a reinforced blade construction, which provides the desired buoyancy over its entire length from the part near the hub to the tip.

US8308445B2 und CN201650890U enthüllt einen blattlosen Ventilator, der gleichmäßige und leistungsstarke geräuschlose Luft erzeugen kann. US8308445B2 and CN201650890U unveils a bladeless fan that can produce even, powerful, silent air.

JPH04234597A zeigt einen Lüfter mit laminarer Luftströmung zum Zweck der Bereitstellung eines Lüfters mit laminarer Strömung und ausgezeichneter Lüftereffizienz.JPH04234597A shows a laminar air flow fan for the purpose of providing a laminar flow fan and excellent fan efficiency.

US5419679A enthüllt einen Laminar-Flow-Ventilator, der so angepasst ist, dass er in den inneren Hohlraum eines Ventilatorgehäuses passt US5419679A unveils a laminar flow fan that is customized to fit within the interior cavity of a fan housing

WO2018007012A1 legt Steuerungssysteme für eine Windkraftanlage offen. WO2018007012A1 discloses control systems for a wind turbine.

US20160265512A1 legt ein System offen, das einen Turbinenregler enthält, der so konfiguriert ist, dass er einen Sollwert liefert, sowie ein Betriebssystem, das so konfiguriert ist, dass es einen Parameter steuert, der mit dem Betrieb einer Windturbine verbunden ist. US20160265512A1 discloses a system that includes a turbine controller configured to provide a setpoint and an operating system configured to control a parameter associated with the operation of a wind turbine.

US2016026551 0A1 legt Systeme und Methoden zur Anpassung von Signalanzeigen für einen Windturbinenregler zur Verbesserung der Energieerzeugung offen. US2016026551 0A1 discloses systems and methods for adjusting signal displays for a wind turbine controller to improve energy generation.

US7365447B2 enthüllt zur Reduzierung des Turmschatteneffekts einer Windturbine mit horizontaler Achse vor dem Wind. US7365447B2 revealed to reduce the tower shadow effect of a wind turbine with a horizontal axis before the wind.

*Informationen zur Windkraftformel, Komponenten und Prinzipien von Windenergieanlagen werden zitiert:

  • T. Burton, D. Sharpe, N. Jenkins und E. Bossanyi, Windenergie-Handbuch, Wiley, 2001.
* Information on the wind power formula, components and principles of wind turbines are cited:
  • T. Burton, D. Sharpe, N. Jenkins and E. Bossanyi, Wind Energy Handbook, Wiley, 2001.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Auf Ausführungsformen der Erfindung wird im Einzelnen eingegangen. Für den Fachmann wird ersichtlich sein, dass an der vorgestellten Erfindung verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Änderungen abdeckt, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.Embodiments of the invention are discussed in detail. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made to the presented invention without departing from the scope of the invention. It is therefore intended that the present invention cover such changes that come within the scope of the appended claims and their equivalents.

Die vorliegende Offenlegung richtet sich an eine Vorrichtung zur Einstellung der Betriebsbedingungen einer Windenergieanlage auf der Grundlage der Steuerung von Windparametern in niedrigeren Höhen durch eine Luftstromquelle, die lokal gegenüber einer Windenergieanlage positioniert ist. Die Vorrichtung umschließt sowohl die Windenergiekonverter als auch die Luftstromquelle. Zusätzliche Komponenten können bei Bedarf eingeschlossen werden.The present disclosure is directed to a device for setting the operating conditions of a wind power plant on the basis of the control of wind parameters at lower altitudes by an air flow source which is positioned locally in relation to a wind power plant. The device encloses both the wind energy converter and the air flow source. Additional components can be included if necessary.

Eine Luftstromquelle, die mit Sensoren und Reglern verbunden ist, die verschiedene Parameter entsprechend den elektrischen Leistungsanforderungen eines Windenergiekonverters und den aktuellen Wetterbedingungen konfigurieren, treibt Wind in das Gerät. Die Luftstromquelle treibt Luft in das Innere einer Apparatur, die speziell für den Zweck der Nutzung von Windenergie konzipiert ist, ihre Geschwindigkeit erhöht und sie lokal zu einem Windenergiekonverter leitet. Die Luftstromquelle steuert die Parameter des mitgerissenen Luftstroms, und das Innere der Apparatur fördert den Luftstrom in Richtung eines Windenergiekonverters. Die Luftstromquelle lenkt einen laminaren und gleichmäßigen Windstrom mit hohen Geschwindigkeiten und niedrigem Druck zu einem Windenergiekonverter, der ihn mit Hilfe eines ausgeklügelten Flügeldesigns, das Wind mit sehr hohen Geschwindigkeiten aushalten kann, in nutzbare elektrische Leistung umwandelt.An airflow source connected to sensors and controllers that configure various parameters according to the electrical power requirements of a wind energy converter and the current weather conditions drives wind into the device. The airflow source drives air inside an apparatus that is specially designed for the purpose of using wind energy, increases its speed and directs it locally to a wind energy converter. The airflow source controls the entrained airflow parameters, and the interior of the apparatus promotes the airflow toward a wind energy converter. The airflow source directs a laminar and even wind flow at high speeds and low pressure to a wind energy converter, which converts it into usable electrical power with the help of a sophisticated wing design that can withstand wind at very high speeds.

Der Windenergiekonverter wandelt die kinetische Energie des Windes in nutzbare Elektrizität um. Die vom Windenergiekonverter erzeugte elektrische Leistung wird zur Nutzung an eine externe Quelle weitergeleitet. Der Windenergiekonverter, der an die Luftstromquelle angeschlossen ist, kann auch eine elektrische Leistung an die Luftstromquelle übertragen, die ausreicht, um die Luftstromquelle in Betrieb zu halten, um den Kreislauf in Gang zu halten. Aus diesem Grund werden der Windenergiekonverter und die Luftstromquelle auf jede geeignete Art und Weise verbunden.The wind energy converter converts the kinetic energy of the wind into usable electricity. The electrical power generated by the wind energy converter is forwarded to an external source for use. The wind energy converter connected to the airflow source can also transmit electrical power to the airflow source sufficient to keep the airflow source operating to keep the circuit going. For this reason, the wind energy converter and the air flow source are connected in any suitable manner.

Durch die Struktur des Apparateinneren sowie die Gestaltung der Luftstromquelle kann ein hoher Wirkungsgrad der Windenergienutzung erreicht werden, so dass die Leistung, die benötigt wird, um einen ausreichenden Luftstrom mitzuführen, der von der Windenergieanlage benötigt wird, um die spezifische elektrische Leistung zu erreichen, immer geringer sein wird als die erzeugte Leistung.Due to the structure of the interior of the apparatus and the design of the air flow source, a high degree of efficiency in wind energy use can be achieved, so that the power required to to carry a sufficient air flow, which is required by the wind turbine in order to achieve the specific electrical power, will always be less than the power generated.

Die von der Windenergieanlage erzeugte elektrische Leistung sollte ausreichen, um zusätzlich zum Betrieb der Luftstromquelle eine externe Quelle zu versorgen, nachdem die Luftstromquelle einen Luftstrom initiiert und auf eine Windenergieanlage gerichtet hat, um die Windenergieanlage anfänglich zu betreiben.The electrical power generated by the wind power plant should be sufficient to supply an external source in addition to the operation of the air flow source after the air flow source has initiated an air flow and directed it at a wind power plant in order to initially operate the wind power plant.

In einem anderen Beispiel für die Verkörperung der Erfindung kann eine externe erneuerbare Energiequelle an den Komponenten der Vorrichtung angebracht oder hinzugefügt werden, um die Luftstromquelle mit sauberer Elektrizität für den anfänglichen Betrieb zu versorgen, und in Fällen, in denen der Windenergiekonverter die Luftstromquelle nicht mit Energie versorgen konnte, um in Betrieb zu bleiben, oder in Fällen, in denen das System nach einer Abschaltung aus irgendeinem Grund wieder in Betrieb ist.In another example of the embodiment of the invention, an external renewable energy source can be attached or added to the components of the device to provide the air flow source with clean electricity for initial operation and in cases where the wind energy converter does not power the air flow source supply to keep operating, or in cases where the system is operational for some reason after a shutdown.

Ein weiteres Beispiel für die Verkörperung der Erfindung ist es, den Wind durch Filter zu leiten, um ihn von jeglichen Verunreinigungen oder Ablagerungen zu reinigen, die den Lebenszyklus sowohl der Luftstromquelle als auch des Windenergiekonverters beeinträchtigen können.Another example of the embodiment of the invention is to pass the wind through filters to clean it of any contaminants or debris that can affect the life cycle of both the airflow source and the wind energy converter.

In einem weiteren Beispiel für die Verkörperung der Erfindung kann eine Luftstromquelle ein Luftvervielfacher (schaufelloser Ventilator) sein, der für den industriellen Einsatz konstruiert wurde, um den Lärm zu minimieren und dem Windenergiekonverter eine laminare, gleichmäßige und hohe Geschwindigkeit zu verleihen.In another example of the embodiment of the invention, an airflow source may be an air multiplier (fanless fan) designed for industrial use to minimize noise and provide the wind energy converter with a laminar, uniform and high speed.

Ein weiteres Beispiel für die Verkörperung der Erfindung, Regler, die Windparameter in niedrigerer Höhe steuern und ändern können, wie Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Windrauhigkeit.Another example of the embodiment of the invention, controllers that can control and change lower altitude wind parameters, such as humidity, temperature, and wind roughness.

Die Anordnung der Komponenten sollte so erfolgen, dass die kinetische Energie des Windes möglichst effizient genutzt wird. Der Anstellwinkel des Windes sollte zu allen Zeitpunkten des Betriebs so eingestellt werden, dass die Widerstandskraft so weit wie möglich reduziert und die Auftriebskraft erhöht wird, um die kinetische Energie des Windes in nutzbare elektrische Leistung umzuwandeln. Der Windenergiekonverter, direkt gegenüber der Luftstromquelle in einem ausreichenden und sicheren Abstand positioniert, um so viel kinetische Energie des Windes wie möglich und theoretisch möglich zu nutzen.The components should be arranged so that the kinetic energy of the wind is used as efficiently as possible. The angle of attack of the wind should be adjusted at all times during operation so that the resistance is reduced as much as possible and the lift force is increased in order to convert the kinetic energy of the wind into usable electrical power. The wind energy converter, positioned directly opposite the air flow source at a sufficient and safe distance to use as much kinetic energy of the wind as possible and theoretically possible.

In einem Implementierungsbeispiel können Luftstromquellensteuerungen verwendet werden, um den Luftstrom in das Innere des Geräts entsprechend den vorhergesagten Windverhältnissen anzupassen, d.h. wenn die Windgeschwindigkeit in niedrigeren Höhen bereits hoch ist, verarbeitet ein Hardware- oder Softwaresystem mit Hilfe von Sensoren Eingangssignale an die Steuerungen und Aktoren. Das Hauptziel besteht darin, den Betrieb der Luftstromquelle so einzustellen, dass der erforderliche Luftstrom ausreichend ist, um die gewünschte elektrische Leistung des Windenergiekonverters zu jedem beliebigen Zeitpunkt während des Betriebs der Apparatur zu erzeugen. Die Luftstromvorrichtung kann vom Benutzer programmierbar sein, d.h. der Benutzer kann die von einem Windenergiekonverter benötigte Leistung entsprechend den Bedürfnissen und Anforderungen zur Erfüllung einer bestimmten Funktion bestimmen und die Eingangsparameter des Windes (z.B. Geschwindigkeit), der durch die Luftstromquelle in die Vorrichtung getrieben wird, anpassen.In one implementation example, airflow source controls can be used to adjust the airflow into the interior of the device according to the predicted wind conditions, i.e. if the wind speed is already high at lower altitudes, a hardware or software system uses sensors to process input signals to the controls and actuators. The main goal is to adjust the operation of the airflow source so that the required airflow is sufficient to produce the desired electrical power of the wind energy converter at any time during the operation of the apparatus. The airflow device can be user programmable, i.e. the user can determine the power required by a wind energy converter according to the needs and requirements to perform a specific function and adjust the input parameters of the wind (e.g. speed) driven into the device by the air flow source.

In einer weiteren Beispielvariante der Erfindung kann die Menge der mitgerissenen Luftströmung, die die Windenergieanlagen unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades der Windenergieanlage und der Betz-Grenze bereits einen Teil ihrer kinetischen Energie in nutzbare elektrische Leistung umgewandelt haben, durch geeignete Mittel rezirkuliert, mit neuer, von der Luftstromquelle in die Apparatur getriebener Luftmenge vermischt und von der Luftstromquelle der Windenergieanlage zur erneuten Nutzung wieder zugeführt werden. Geht man davon aus, dass der Wirkungsgrad der Windenergiekonverter 40 % beträgt, was bedeutet, dass die Menge der in elektrische Energie umgewandelten kinetischen Energie nicht mehr als 40 % betragen sollte, bedeutet die erneute Einleitung der gleichen Menge an Luftstrom in den Windenergiekonverter, nachdem 40 % seiner kinetischen Energie genutzt wurden, dass der kombinierte Wirkungsgrad des Windenergiekonverters zur Umwandlung der kinetischen Energie des eingeleiteten Luftstroms in elektrische Energie in der Tat höher als 40 % wäre, abhängig von der Menge an kinetischer Energie, die er nutzen und beim zweiten Einleiten in den Windenergiekonverter in elektrische Energie aus dem Luftstrom umwandeln würde. Wenn die Windenergieanlage weitere 40% der wieder eingeleiteten Luft umwandelt und die Luft bereits beim ersten Mal 40% ihrer kinetischen Energie verloren hat, würde der kombinierte Wirkungsgrad der Windenergieanlage nach der zweiten Nutzung der kinetischen Energie des Windes um mindestens 20% steigen.In a further example variant of the invention, the amount of entrained air flow, which the wind turbines have already converted part of their kinetic energy into usable electrical power, taking into account the efficiency of the wind energy plant and the Betz limit, can be recirculated by suitable means, with new ones from that Airflow source mixed in the amount of air driven into the apparatus and fed back from the airflow source to the wind power plant for reuse. Assuming that the efficiency of the wind energy converter is 40%, which means that the amount of kinetic energy converted into electrical energy should not be more than 40%, means re-introducing the same amount of airflow into the wind energy converter after 40 % of its kinetic energy was used, that the combined efficiency of the wind energy converter for converting the kinetic energy of the introduced air flow into electrical energy would indeed be higher than 40%, depending on the amount of kinetic energy that it uses and the second time it is introduced into the Would convert wind energy converter into electrical energy from the air flow. If the wind turbine converts another 40% of the re-introduced air and the air has already lost 40% of its kinetic energy the first time, the combined efficiency of the wind turbine would increase by at least 20% after the second use of the wind's kinetic energy.

DAS PROBLEM, DAS DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN VERSUCHTTHE PROBLEM THAT TRIES TO SOLVE THE INVENTION

Die Geräte können in verschiedenen Größen gebaut werden, je nach der elektrischen Kapazität, die zur Erfüllung eines einzelnen Standorts erforderlich ist. Je größer die von den Blättern des Windenergiekonverters überstrichene Fläche ist, da die Windgeschwindigkeit reguliert werden kann, desto höher ist die elektrische Leistung. Die Blattgröße ist ausschlaggebend für die Gesamtgröße der Anlage. Daher ist es notwendig, die erforderliche elektrische Leistung einer einzelnen Apparatur zu bestimmen und die Flügel entsprechend zu konstruieren. Die Tragbarkeit der Apparatur und die Variation ihrer Größen können es ermöglichen, sie vorübergehend an Einsatzorten aufzustellen und zu transportieren, um den Energiebedarf eines anderen Standorts zu decken. Die Tatsache, dass sie in den Größen variiert werden können, ermöglicht es, sie an schwierigen Standorten und in Bereichen zu platzieren, in denen sonst nur schwer Elektrizität erzeugt werden kann. Der Apparat erfordert im Wesentlichen keine spezifischen Umweltbedingungen, d.h. er ist nicht von den Wetterbedingungen eines bestimmten Standorts abhängig, da diese angepasst und kontrolliert werden können, und er erfordert auch keine spezifische Landschaftsgestaltung.The devices can be built in different sizes depending on the electrical capacity required to meet a single location. The larger that of the leaves of the Wind energy converter swept area, because the wind speed can be regulated, the higher the electrical power. The sheet size is decisive for the overall size of the system. It is therefore necessary to determine the electrical power required for a single piece of equipment and to design the blades accordingly. The portability of the equipment and the variation in its size can make it possible to temporarily set it up and transport it to the place of use to meet the energy requirements of another location. The fact that they can be varied in size makes it possible to place them in difficult locations and in areas where it would otherwise be difficult to generate electricity. The apparatus essentially does not require specific environmental conditions, that is, it is not dependent on the weather conditions of a particular location as these can be adjusted and controlled, and it does not require specific landscaping.

Die Kontrolle der Luftstromparameter wie Rauhigkeit, Turbulenz, Geschwindigkeit, Lärm und Reinheit der von Windenergieanlagen genutzten Luft schafft die Möglichkeit, weniger Material für den Bau von Windturbinen in großer Höhe zu verbrauchen, die Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Entlassung und Entsorgung der Rotorblätter von Windenergieanlagen nach Ablauf ihrer vorgesehenen Lebensdauer zu vermeiden, physische Barrieren wie Schatten und Lärm, die von Windenergieanlagen zu Anwohnern in der Nähe erzeugt werden, zu vermeiden und die Windenergie in relativ geringer Höhe breiter zu nutzen.Controlling the airflow parameters such as roughness, turbulence, speed, noise and purity of the air used by wind turbines creates the opportunity to use less material for the construction of wind turbines at high altitudes, the environmental problems associated with the discharge and disposal of the rotor blades of wind turbines Avoid expiry of their intended lifespan, avoid physical barriers such as shadows and noise generated by wind turbines to nearby residents, and make wider use of wind power at a relatively low height

Die industriellen Anwendungen des Geräts sind breit gefächert und können verschiedene Funktionen erfüllen. Er kann z.B. über dem Dach eines Gebäudes angebracht werden, um die Mieter mit Strom zu versorgen. Es kann auch auf dem Boden aufgestellt werden, um in ländlichen Gebieten netzunabhängig Strom zu erzeugen, und es kann auch an vorübergehend gesperrten Standorten aufgestellt werden, um nur für eine begrenzte Zeit Strom zu erzeugen.The industrial applications of the device are broad and can perform various functions. He can e.g. be installed above the roof of a building to supply the tenants with electricity. It can also be placed on the ground to produce off-grid electricity in rural areas, and can also be installed in temporarily closed locations to generate electricity for a limited time only.

Das Gerät trägt dazu bei, die Windenergienutzung zuverlässiger und berechenbarer zu machen. Durch die Kontrolle und entsprechende Anpassung der Windparameter wird die Notwendigkeit, sich auf starken, schnellen und stetigen Wind zu verlassen, kein Thema sein, da dieser kontrolliert werden kann. Außerdem werden zwei der Hauptprobleme von Windenergieanlagen reduziert: Lärm und Schattenwurf auf die Anwohner von Gebieten, in denen Windenergieanlagen gebaut werden.The device helps to make wind energy use more reliable and predictable. By controlling and adjusting the wind parameters accordingly, the need to rely on strong, fast and steady wind will not be an issue as this can be controlled. In addition, two of the main problems of wind turbines are reduced: noise and shadows on residents in areas where wind turbines are built.

EINE MÖGLICHKEIT ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGONE WAY TO CARRY OUT THE INVENTION

Eine Möglichkeit, die Erfindung auszuführen, besteht darin, eine Luftstromquelle auf ein solides Fundament zu stellen, das mit Sensoren, Reglern und Aktuatoren verbunden ist. Ein Windenergiekonverter, der mit Sensoren und Reglern verbunden ist, wird der Luftstromquelle direkt gegenüberliegend in einem geeigneten und ausreichenden Abstand aufgestellt, um den Input von der Luftstromquelle aufzunehmen. Der Windenergiekonverter wird an eine externe Quelle angeschlossen, damit er speisen kann, nachdem er die kinetische Energie des durch eine Luftstromquelle eingeleiteten Windes in elektrische Ausgangsenergie umgewandelt hat. Der Windenergiekonverter ist ebenfalls mit der Luftstromquelle verbunden. Um den Betrieb des Geräts einzuleiten, versorgt ein elektrischer Eingang die Luftstromquelle, dies kann eine externe erneuerbare Energiequelle (z.B. Sonnenkollektoren) sein. Solarpaneele können an die Luftstromquelle angeschlossen werden, um deren Betrieb einzuleiten. Sobald die Luftstromquelle in Betrieb ist und entsprechend den von ihr empfangenen Signalen, treibt sie eine bestimmte Menge Wind in den Apparat ein. Die Konstruktion und Funktion der Luftstromquelle besteht darin, einen laminaren, gleichmäßigen und schnellen Luftstrom in Richtung des Windenergiekonverters zu erzeugen. Auch der Apparateaufbau erhöht die Geschwindigkeit des Windes und verringert seinen Druck vor der Wechselwirkung mit dem Windenergiekonverter. Wenn der Wind in den Windenergiekonverter eingeleitet wird, wird die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umgewandelt. Ein Teil der elektrischen Energie kann übertragen werden, um eine externe Quelle mit Strom zu versorgen, und ein Teil davon kann an die Luftstromquelle übertragen werden, um sie in Betrieb zu halten. Immer dann, wenn der Windenergiekonverter kein elektrisches Eingangssignal an die Luftstromquelle überträgt, kann eine erneuerbare Energiequelle diese Funktion übernehmen, um das Gerät in Betrieb zu halten.One way to practice the invention is to place an airflow source on a solid foundation that is connected to sensors, controllers, and actuators. A wind energy converter, connected to sensors and controllers, is placed directly opposite the airflow source at a suitable and sufficient distance to receive the input from the airflow source. The wind energy converter is connected to an external source so that it can feed after converting the kinetic energy of the wind introduced by an air flow source into electrical output energy. The wind energy converter is also connected to the air flow source. To initiate the operation of the device, an electrical input supplies the airflow source, this can be an external renewable energy source (e.g. solar panels). Solar panels can be connected to the airflow source to initiate its operation. As soon as the air flow source is in operation and in accordance with the signals it receives, it drives a certain amount of wind into the apparatus. The design and function of the airflow source is to produce a laminar, even and fast airflow towards the wind energy converter. The construction of the apparatus also increases the speed of the wind and reduces its pressure before interacting with the wind energy converter. When the wind is introduced into the wind energy converter, the kinetic energy of the wind is converted into electrical energy. Part of the electrical energy can be transferred to power an external source and part of it can be transferred to the airflow source to keep it running. Whenever the wind energy converter does not transmit an electrical input signal to the air flow source, a renewable energy source can take over this function in order to keep the device in operation.

Alle Sensoren, Steuerungen und Aktoren können über eine Software oder Hardware aus der Ferne konfiguriert und eingestellt werden, um die notwendigen Signale zu senden, die für den sicheren Betrieb des Geräts erforderlich sind und sicherstellen, dass die Funktionen wie vorgegeben ausgeführt werden.All sensors, controls and actuators can be configured and adjusted remotely via software or hardware to send the necessary signals necessary for the safe operation of the device and to ensure that the functions are performed as specified.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Vorrichtung zum Steuern und Voreinstellen von Windparametern in niedrigerer Höhe zum Zweck der Erzeugung elektrischer Leistung durch Bereitstellung eines gesteuerten und eingestellten Luftstromeingangs, der lokal auf einen Windenergiekonverter gerichtet ist. Der Apparat umfasst die folgenden Komponenten: - Eine Luftstromvorrichtung (einschließlich Sensoren, Regler und Stellglieder) - Ein Windenergiekonverter (einschließlich Sensoren und Regler) - Gehäuse zum Einschließen aller Komponenten - Elektrische Komponenten zum Anschluss von Geräten im Gerät.Device for controlling and presetting wind parameters at a lower altitude for the purpose of generating electrical power by providing a controlled and adjusted air flow input which is directed locally to a wind energy converter. The device comprises the following components: - An airflow device (including sensors, controllers and actuators) - A wind energy converter (including sensors and controllers) - Housing for enclosing all components - Electrical components for connecting devices in the device. Der Apparat von Anspruch 1 umfasst alle in Anspruch 1 genannten Komponenten zusammen als eine Einheit.The apparatus from Claim 1 includes all in Claim 1 mentioned components together as a unit. Der Windenergiekonverter nach Anspruch 1 muss eine ausreichende elektrische Leistung erzeugen, um eine externe Quelle zu versorgen und die in Anspruch 1 genannte Luftstromquelle anzutreiben, um das Gerät in Betrieb zu halten.The wind energy converter after Claim 1 must generate sufficient electrical power to supply an external source and the in Claim 1 to drive said airflow source to keep the device in operation. Die Luftstromquelle besteht aus Reglern und Sensoren zur Vorhersage und Steuerung der Windenergieparameter und zur entsprechenden Anpassung, um einen laminaren, gleichmäßigen und sauberen Luftstromeingang für die Windenergiekonverter bereitzustellen, um diesen effizient zu nutzen und in elektrische Leistung umzuwandeln.The airflow source consists of regulators and sensors for predicting and controlling the wind energy parameters and adapting them accordingly in order to provide a laminar, uniform and clean airflow input for the wind energy converters in order to use them efficiently and convert them into electrical power. Geräte nach Anspruch 1 umfassen zusätzliche Komponenten, wenn sie zur Ausführung der folgenden Funktionen erforderlich sind: - Eliminieren oder reduzieren Sie den Lärm, der von den im Gerät eingeschlossenen Geräten erzeugt wird, auf ein Minimum. - Vibrationen, die durch den Betrieb des Geräts erzeugt werden, beseitigen oder auf ein Minimum reduzieren. - Die Turbulenz des Luftstroms, der von der Luftstromquelle direkt zu einem Windenergiekonverter mitgerissen wird, vollständig eliminieren. - Vollständige Beseitigung von Schadstoffen, Schutt, Verunreinigungen und anderen Fremdpartikeln, die den in das Innere des Geräts eingeleiteten und von der Luftstromquelle direkt zum Windenergiekonverter mitgerissenen Außenluftstrom begleiten und die auf lange Sicht eine Belastung oder einen Verschleiß der Gerätekomponenten verursachen können. - Fernüberwachung der Leistung der Luftstromquelle, des Windenergiekonverters und der Parameter der Umgebungswindbedingungen am für einen Benutzer zugänglichen Einsatzort des Geräts. - Fähigkeit zum ferngesteuerten Abschalten und Wiederaufnehmen des Betriebs des Geräts durch Steuerung des Geräts von einer externen, digital angeschlossenen Quelle aus.Devices after Claim 1 include additional components if they are required to perform the following functions: - Eliminate or reduce to a minimum the noise generated by the devices enclosed in the device. - Eliminate or minimize vibrations caused by the operation of the device. - Completely eliminate the turbulence of the airflow carried directly from the airflow source to a wind energy converter. - Complete removal of pollutants, debris, impurities and other foreign particles that accompany the outside air flow that is introduced into the interior of the device and is entrained by the air flow source directly to the wind energy converter and that can cause stress or wear on the device components in the long term. - Remote monitoring of the performance of the airflow source, the wind energy converter and the parameters of the ambient wind conditions at the location of the device which is accessible to a user. - Ability to remotely shutdown and resume device operation by controlling the device from an external, digitally connected source. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 rezirkuliert den durch eine Luftstromquelle direkt in den Windenergiekonverter eingeleiteten Luftstrom und wurde vom Windenergiekonverter genutzt, um elektrische Energie zu erzeugen und diese wieder in den Windenergiekonverter einzuleiten, um sie erneut zu nutzen und ihre kinetische Energie in nutzbare elektrische Energie umzuwandeln.The device after Claim 1 recirculates the air flow introduced directly into the wind energy converter by an air flow source and was used by the wind energy converter to generate electrical energy and to reintroduce it into the wind energy converter in order to use it again and to convert its kinetic energy into usable electrical energy. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 steuert und voreingestellt den Luftstrom, der von einer Luftstromquelle direkt gegenüber einem Windenergiekonverter mitgeführt wird, um die Windenergie in niedrigeren Höhen effizient zu nutzen und in elektrische Leistung umzuwandeln.The device after Claim 1 controls and pre-sets the airflow that is carried by an airflow source directly opposite a wind energy converter in order to use wind energy efficiently at lower altitudes and convert it into electrical power. Der in der Vorrichtung nach Anspruch 1 eingeschlossene Windenergiekonverter liefert eine elektrische Leistung, die die Luftstromquelle antreibt, um sicherzustellen, dass die Vorrichtung in Betrieb bleibt.The one in the device after Claim 1 Included wind energy converter provides electrical power that powers the airflow source to ensure that the device remains in operation. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 kombiniert alle erforderlichen Komponenten, um die Funktion der Bereitstellung elektrischer Leistung zu erfüllen, und umschließt sie gemeinsam als eine Einheit.The device after Claim 1 combines all the necessary components to fulfill the function of providing electrical power and encloses them together as a unit. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 umfasst eine externe erneuerbare Energiequelle, um die Luftstromquelle zu betreiben oder in Betrieb zu halten, falls die elektrische Leistung des Windenergiekonverters nicht ausreicht.The device after Claim 1 includes an external renewable energy source to operate or maintain the airflow source if the electrical power of the wind power converter is insufficient.
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