DE20218570U1

DE20218570U1 - Anordnung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus regenerativer Primärenergie

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Publication number: DE20218570U1
Application number: DE20218570U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2012-11-27

Description

Beschreibung

Anordnung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus regenerativer Primärenergie

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von elektrischer Energie mit einem von einer regenerativen Energiequelle über ein Energieumwandlungselement angetriebenen Generator.

Es ist eine Vielzahl von Energieerzeugungssystemen bekannt, bei denen der Energieinhalt sich ständig erneuernder Primärenergiequellen, wie zum Beispiel Wind, Sonnenstrahlung, Erdwärme oder Wasserkraft, durch den Antrieb eines Generators in elektrische Energie umgesetzt wird.

Die bekannten, auf der Basis erneuerbarer Energiequellen arbeitenden Energieerzeugungsanlagen sind insofern nachteilig, als aufgrund der natürlichen zeitlichen 0 Schwankungen des Energieinhalts erhebliche Steuerungsund Regelungsmaßnahmen erforderlich sind. Zudem ist jeder Primärenergiequelle jeweils nur ein Generator zugeordnet. Dadurch ist auf der einen Seite der bauliche Aufwand hoch und auf der anderen Seite arbeiten derartige Anlagen nur 5 mit einem geringen Wirkungsgrad. Beispielsweise erfolgt die Energieerzeugung bei Windkraftanlagen durch die Umsetzung der Windkräfte in eine Drehbewegung von Rotoren mit horizontaler oder vertikaler Achse. Die Abtriebskräfte der Rotorwelle werden über ein Getriebe unmittelbar 0 auf die Generatorwelle übertragen. Da die Drehbewegung der durch verschiedene, sich ändernde Größen, wie zum Beispiel Windgeschwindigkeit und Windrichtung, beeinflusst wird oder auch vom Standort oder der Rotorgröße abhängt, sind aufwendige Steuerungsvorrichtungen, zum Beispiel zur Ausrichtung der Rotorwelle oder zur Änderung des Blattanstellwinkels entsprechend der Windrichtung und

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-stärke erforderlich, um Leistungsverluste zu vermeiden bzw. die Rotordrehzahl auf einen konstanten Wert zu regeln. Durch die Steuerungs- und Regelmaßnahmen wird der Wirkungsgrad der Windkraftanlage eingeschränkt. Zudem befindet sich in der Gondel der Windkraftanlage immer nur ein einziger mit der Rotorwelle verbundener Generator. Bei Windstille oder bei sehr großer Windstärke kann kein Strom erzeugt werden bzw. ist der Betrieb der Windkraftanlagen nicht möglich. Somit ist der Wirkungsgrad von Windkraftanlagen, aber auch von anderen Primärenergiequellen nutzenden Anlagen, trotz erheblichen aparativen Aufwandes vergleichsweise gering.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine An-Ordnung zur Energieerzeugung mit einer von einer Primärenergiequelle erzeugten, auf einen Generator wirkende Antriebskraft so weiterzubilden, dass der bauliche Aufwand verringert und der Wirkungsgrad erhöht wird.

0 Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer gemäß den Merkmalen des Schutzanspruches 1 ausgebildeten Anlage zur Erzeugung von Elektroenergie aus regenerativer Energie gelöst. Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, dass zwischen das Energieumwandlungselement, das den Energieinhalt der Primärenergie in mechanische Arbeit umwandelt, und den von diesem angetriebenen Generator ein hydraulisches Kraftübertragungssystem geschaltet ist.

Durch diesen &ldquor;hydraulischen Transformator" wird der Steuerungsaufwand bei der Umwandlung des Energieinhalts der Primärenergie in mechanische Arbeit sowie in elektrische Energie erheblich verringert und der Wirkungsgrad einer 5 solchen Anlage erheblich verbessert. Beispielsweise kann die Anzahl der Rotoren bei Windkraftanlagen (Windenergie-

parks) ohne Verringerung der erzeugten elektrischen Energie deutlich verringert werden. In gewissen Grenzen können bestimmte Betriebszustände, bei denen üblicherweise kein Betrieb der Anlage möglich ist (z.B. bei Windkraftanlagen zu große oder zu kleine Windkräfte), überbrückt werden. Ein weiterer erheblicher Vorteil besteht zudem darin, dass an das hydraulische Kraftübertragungssystem mehrere Generatoren angeschlossen werden können, so dass die Primärenergiequelle besser ausgelastet und der Wirkungsgrad erhöht wird und andererseits der bauliche Aufwand, beispielsweise bei der Errichtung von aus einer Vielzahl von Rotoren bestehenden Windparks, verringert werden kann.

In weiterer Ausbildung der Erfindung umfasst das hydraulische Kraftübertragungssystem eine von dem Energieumwandlungselement angetriebene Hydraulikpumpe, die aus einem Hydraulikflüssigkeitsreservoir einen Druckspeicher beschickt, in dem eine auf die gespeicherte Hydraulik-0 flüssigkeit wirkenden Gegenkraft erzeugt wird. Über eine Druckregeleinrichtung wird Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher einem Hydraulikmotor zugeführt, dessen mechanisches Getriebe mit konstanter Drehzahl den Generator antreibt. Der von dem Generator mit gleichbleibender Fre-5 quenz erzeugte Strom wird schließlich in ein Netz eingespeist, Über eine Verbindungsleitung zwischen dem Hydraulikmotor und dem Hydraulikflüssigkeitsbehälter wird der hydraulische Kreislauf geschlossen.

0 Die Erfindung wird bevorzugt bei Windkraftanlagen eingesetzt. Gleichermaßen ist aber eine Anwendung bei anderen Anlagen zur Erzeugung von Elektroenergie aus regenerativen Primärenergiequellen denkbar.

5 Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben, in deren einziger Figur eine An-

Ordnung zur Erzeugung von Elektroenergie aus regenerativer Primärenergie schematisch dargestellt ist, bei der zwischen die Primärenergiequelle und den Generator eine Hydraulikanlage geschaltet ist.
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An eine Primärenergiequelle 7, zum Beispiel ein Windrad, ist eine Hydraulikpumpe 2 angeschlossen, die aus einem Hydraulikflüssigkeits-Vorratsbehälter 1 eine Hydraulikflüssigkeit ansaugt und in einem Druckspeicher fördert.

Der Druckspeicher 3 umfasst eine obere erste Kammer 3a, in der mittels eines Druckelements 8 eine auf die in die untere zweite Kammer 3b geförderte, nicht komprimierbare Hydraulikflüssigkeit wirkende Gegenkraft F erzeugt wird. Auf diese Art wird der erforderliche Betriebsdruck für einen mit dem Druckspeicher 3 verbundenen Hydraulikmotor 5 sichergestellt. Über ein an den Hydraulikmotor 5 anschließendes Getriebe wird schließlich ein Generator 6 angetrieben. Die von diesem erzeugte Elektroenergie wird in das Netz 9 eingespeist. Die zum Antrieb des Hydraulik-0 motors 5 verwendete Hydraulikflüssigkeit wird wieder in den Hydraulikflüssigkeits-Vorratsbehälter 1 geleitet. Dem Hydraulikmotor 5 ist eine Druckregeleinrichtung 4 vorgeschaltet, um dessen Drehzahl und damit auch die Drehzahl des Generators konstant zu halten und so einzustellen, dass die vorgeschriebene Netzfrequenz (f) erreicht und gehalten wird.

Aufgrund des zwischen das Windrad als Primärenergiequelle und den Generator geschalteten Hydrauliksystemes wird die 0 Abhängigkeit von den auf die Primärenergiequelle -zum Beispiel Windenergie - zurückzuführenden, wechselnden Bedingungen deutlich verringert, d.h. das Hydrauliksystem ist in der Lage, Schwankungen in der Primärenergiezufuhr auszugleichen. Während der Steuerungsaufwand für die Primärenergiequelle (Blattverstellung, Anstellwinkel, Drehzahlregulierung des Rotors einer Windkraftanlage) redu-

ziert werden kann, verbessert sich folglich der Wirkungsgrad der Anlage. Die Kraft- und Drehmomentübersetzung über das zwischengeschaltete Hydrauliksystem macht es zudem möglich, dass die Anlagen zur Nutzung der Primärenergie - z.B. Rotoren - kleiner ausgelegt werden können. Außerdem ist es aufgrund des zwischengeschalteten Hydrauliksystems
möglich, an eine einzige Energiequelle zwei
oder mehrere Generatoren anzuschließen, so dass der bauliche Aufwand insgesamt gesenkt werden kann.
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Fi Vh-1

Bezugszeichenliste

1 Hydraulikflüssigkeits-Vorratsbehälter

2 Hydraulikpumpe

3 Druckspeicher

3a (obere) erste Kammer

3b (untere) zweite Kammer

4 Druckregeleinrichtung

5 Hydraulikmotor (+ mech. Getriebe)

6 Generator

7 Primärenergiequelle (Energieumwandlungselement/Rotor)

8 Druckelement

9 Netz

F Gegenkraft

Claims

1. Anordnung zur Erzeugung von elektrischer Energie mit einem von einer Primärenergiequelle über ein Energieumwandlungselement angetriebenen Generator, gekennzeichnet durch ein zwischen das Energieumwandlungselement (7) und den Generator (6) geschaltetes hydraulisches Kraftübertragungssystem, das umfasst

- eine von dem Energieumwandlungselement (7) angetriebene Hydraulikpumpe (2),

- einen saugseitig an die Hydraulikpumpe (2) angeschlossenen Hydraulikflüssigkeits- Vorratsbehälter (1),

- einen druckseitig an die Hydraulikpumpe (2) angeschlossenen Druckspeicher (3) und

- einen an den Druckspeicher (3) angeschlossenen Hydraulikmotor (5), der abtriebsseitig mit dem Generator (6) und flüssigkeitsseitig mit den Hydraulikflüssigkeits- Vorratsbehälter (1) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (3) eine erste obere Kammer (3a) und eine zweite untere Kammer (3b) umfasst, wobei die zweite Kammer (3b) die nicht kompressible Hydraulikflüssigkeit aufnimmt und von der oberen ersten Kammer (3a) durch ein auf die Hydraulikflüssigkeit wirkendes Druckelement (8) zur Erzeugung einer Gegenkraft (F) getrennt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Druckspeicher (3) und den Hydraulikmotor (5) eine Druckregeleinrichtung (4) zur Einstellung einer vorgegebenen Drehzahl des Hydraulikmotors (5) und des Generators (6) geschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an das hydraulische Kraftübertragungssystem zwei oder mehrere Generatoren (6) angeschlossen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hydraulikflüssigkeits-Vorratsbehälter (1) ein Wärmetauscher zur Nutzung der aufgrund der Verdichtung der Hydraulikflüssigkeit erzeugten Wärme zu Heizzwecken und zur Wärmewasserbereitung eingebunden ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Windkraft als Primärenergiequelle vorgesehen ist und das Energieumwandlungselement ein Rotor mit horizontaler oder vertikaler Achse ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Primärenergiequelle Wasserkraft, Solarthermie, Geothermie, Biogas oder Photovoltaik vorgesehen sind.