DE2722990A1 - Wind driven electricity generating station - has flywheel and hydraulic circuit to balance energy input with demand - Google Patents

Wind driven electricity generating station - has flywheel and hydraulic circuit to balance energy input with demand

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Abstract

The installation has a wing driven tubine (1) with a fixed ratio gear (2) to an output shaft (93). The shaft n3) provides an input through a free wheel (4) to an overall torque gear train (5). The gear train (5) drives an electrical generator (6) and also a flywheel (7) and also has two connections to hydraulic machines (8a, 8b) which can run as pumps or motors. They transfer fluid between pressure vessel containers (9a, 9b). When the wind provides more energy than the generator requires, the excess is used to drive the machines as motors and their output speeds up the flywheel. When there is insufficient wind energy available for the generator the flywheel drives the machines as pumps and adds energy to that obtained from the wind.

Description

Windkraftwerk zur Stromerzeugung Wind power plant to generate electricity

Die Erfindung betrifft ein Windkraftwerk zur Stromerzeugung, mit einem vom Wind betreibbaren Flügel und einem elektrischen Generator, der mit dem Flügel gekoppelt ist.The invention relates to a wind power plant for generating electricity, with a wind-operated blades and an electric generator that works with the blade is coupled.

Bei einem derartigen Windkraftwerk setzt der Flügel die zur Verfügung stehende Windenergie in mechanische Energie um, die zum Betreiben des Generators verwendet wird. Die mechanische Energie wird vom Generator in elektrische Energie umgesetzt, die einem Verbraucher zugeführt wird. Wenn der Energiebedarf des Verbrauchers schwankt, ergeben sich unerwnnschte Differenzen zwischen dem momentanen Energieangebot des Generators und dem momentanen Energieangebot des Verbrauchers. Wenn das Energieangebot des Generators infolge Xnderungen in der Windstärke schwankt, kommt es ebenfalls zu Differenzen zwischen dem momentanen Energiebedarf des Verbrauchers und dem momentanen Energieangebot des Generators.In such a wind power plant, the wing makes the available standing wind energy into mechanical energy that is used to operate the generator is used. The mechanical energy is converted into electrical energy by the generator implemented, which is fed to a consumer. When the energy needs of the consumer fluctuates, undesirable differences arise between the current energy supply of the generator and the current energy supply of the consumer. When the energy supply of the generator fluctuates as a result of changes in wind strength, it also happens to differences between the current energy demand of the consumer and the current one Energy supply of the generator.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, bei einem gattungsgemäßen Windkraftwerk zur Stromerzeugung Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe Differenzen zwischen dem momentanen Energieangebot des Generators und dem momentanen Energiebedarf des Verbrauchers vermieden werden können, wobei diese Differenzen durch Änderungen in der Windstärke oder durch Schwankungen im Energiebedarf des Verbrauchers hervorgerufen sein können.It is therefore the object of the invention, in a generic Wind power plant to indicate electricity generation measures, with the help of which differences between the current energy supply of the generator and the current energy demand of the consumer can be avoided, these differences being caused by changes caused by wind strength or fluctuations in the consumer's energy requirements could be.

Die Aufgabe ist dadurch gelöst, daß ein Schwungmassenspeicher vorgesehen ist, der mit dem Generator und dem Flügel über eine Einrichtung zur Regelung der Energieaufnahme und -abgabe des Schwungmassenspeichers gekoppelt ist.The object is achieved in that a flywheel mass storage device is provided is that with the generator and the wing via a device for regulating the Energy absorption and output of the flywheel storage device is coupled.

Zum Ausgleich der Differenzen zwischen dem momentanen Energieangebot des Generators und dem momentanen Energiebedarf des Verbrauchers arbeitet das erfindungsgemäße Windkraftwerk wie folgt: 1. Wenn zur Deckung des momentanen Energiebedarfs des Verbrauchers nur ein Teil der vom Flügel abgegebenen mechanischen Energie benötigt wird, so fließt der Rest dieser mechanischen Energie in den Schwungmassenspeicher.To compensate for the differences between the current energy supply of the generator and the current energy requirement of the consumer, the inventive works Wind power plant as follows: 1. If to cover the current energy demand of the consumer only part of the mechanical energy given off by the wing is required, so flows the rest of this mechanical energy in the flywheel mass storage.

2. Wenn zur Deckung des momentanen Energiebedarfs des Verbrauchers mehr Energie erforderlich ist als vom Flügel abgegeben wird, so wird die benötigte Differenzenergie dem Schwungmassenspeicher entzogen, im Generator in elektrische Energie umgesetzt und dem Verbraucher zugeführt.2. If to cover the current energy demand of the consumer If more energy is required than is given off by the wing, the needed Differential energy is withdrawn from the flywheel mass storage device and converted into electrical energy in the generator Energy converted and fed to the consumer.

Das erfindungsgemäße Windkraftwerk hat eine Vielzahl von Vorteilen: - Das Energieangebot des Generators wird laufend dem Energiebedarf des Verbrauchers angepaßt, wobei der Ausgleich zwischen dem Energieangebot und dem Energiebedarf automatisch erfolgen kann.The wind power plant according to the invention has a number of advantages: - The energy supply of the generator is constantly the energy demand of the consumer adjusted, the balance between the energy supply and the energy demand can be done automatically.

- Energie wird erzeugt unter Ausnutzung eines sehr breiten Windgeschwindigkeitsfeldes.- Energy is generated using a very wide wind speed field.

- Die Umwandlung der Windenergie in elektrische Energie erfolgt mit einem sehr hohen Wirkungsgrad.- The conversion of wind energy into electrical energy takes place with a very high level of efficiency.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Regeleinrichtung ein Summiergetriebe mit mindestens vier Ein- bzw. Ausgängen auf, die jeweils mit dem Flügel, dem elektrischen Generator, dem Schwungmassenspeicher und einer wahlweise als Motor oder Generator betreibbaren Einrichtung verbunden sind, die mit einem Energiespeicher gekoppelt ist. Mit einer derartigen Regeleinrichtung kann ein sehr hoher Wirkungsgrad bei der Einspeicherung und bei der Entnahme von Energie in bzw. aus dem Schwungmassenspeicher erzielt werden.According to a further embodiment of the invention, the control device a summing gear with at least four inputs or outputs, each with the wing, the electric generator, the flywheel memory and one optional as a motor or generator operable device are connected with a Energy storage is coupled. With such a Control device can achieve a very high level of efficiency when storing and removing Energy can be achieved in or from the flywheel mass storage.

Mittels zweier wahlweise als Motor oder Generator betreibbaren Einrichtungen und zweier Energiespeicher kann ein noch besserer Wirkungsgrad bei der Einspeicherung und Entnahme von Energie in bzw. aus dem Schwungmassenspeicher erzielt werden als es mit nur einer wahlweise als Motor oder Generator betreibbaren Einrichtung und mit einem Energiespeicher möglich ist.By means of two devices that can be operated either as a motor or a generator and two energy stores can provide even better storage efficiency and removal of energy in or from the flywheel mass storage device can be achieved as it with only one device that can be operated either as a motor or generator and is possible with an energy store.

Es ist daher vorteilhaft, wenn das Summiergetriebe einen weiteren Ein- bzw. Ausgang hat, der mit einer weiteren wahlweise als Motor oder Generator betreibbaren Einrichtung verbunden ist, die mit einem weiteren Energiespeicher gekoppelt ist, wobei beide wahlweise als Motor oder Generator betreibbaren Einrichtungen und beide Energiespeicher miteinander in Verbindung stehen.It is therefore advantageous if the summing gear has a further Has an input or output that can be used as a motor or generator with another operable device is connected, which is coupled to a further energy storage device is, both as a motor or generator operable devices and both energy stores are connected to one another.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die oder jede wahlweise als Motor oder Generator betreibbare Einrichtung ein mit einem Strömungsmittel betreibbares, wahlweise als Pumpe oder Motor arbeitendes hydraulisches Gerät und ist der oder jeder Energiespeicher eine pneumatische Hochdruckspeicherbatterie.According to a further embodiment of the invention, the or each a device that can be operated either as a motor or a generator with a fluid Operable hydraulic device, optionally working as a pump or motor, and is the or each energy store a pneumatic high pressure storage battery.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Summiergetriebe und dem Flügel ein Freilauf geschaltet, der die Abkoppelung des Flügels vom Generator bewirkt, welcher weiterhin vom Schwungmassenspeicher angetrieben werden kann, wenn die Drehzahl des Flügels unter die Drehzahl des Generators abgesunken ist, so daß zeitlich begrenzte Windflauten wirksam überbrückt werden können.According to a further embodiment of the invention is between the Summing gear and the wing switched to a freewheel, which decouples the The wing is caused by the generator, which continues to be driven by the flywheel mass storage device can be if the speed of the wing dropped below the speed of the generator so that temporary lulls in wind can be effectively bridged.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 Ein Windkraftwerk in schematischer Darstellung und Fig. 2 eine grafische Darstellung des Drehzahlverlaufs des Schwungmassenspeichers und der wahlweise als Pumpe oder Motor arbeitenden Geräte in Abhängigkeit von der Zeit.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below. 1 shows a wind power plant in schematic form And FIG. 2 shows a graphical representation of the speed curve of the flywheel mass accumulator and the devices that work either as a pump or motor, depending on the Time.

Das in Fig. 1 dargestellte Windkraftwerk hat einen Flügel 1, der zum Umsetzen der Windenergie in mechanische Energie dient. Der Flügel 1 ist auf einer Welle angeordnet, die mit einem Übersetzungsgetriebe 2, das ein festes Übersetzungsverhältnis hat, verbunden ist. Das Getriebe 2 hat eine Abtriebswelle, die über ein Umlenkgetriebe mit einer Triebwelle 3 gekoppelt ist, die senkrecht zur Abtriebswelle des Getriebes 2 angeordnet ist. Die Triebwelle 3 ist über einen Freilauf 4 mit einem Eingang eines Summiergetriebes 5 gekoppelt.The wind power plant shown in Fig. 1 has a wing 1, which for It is used to convert wind energy into mechanical energy. The wing 1 is on one wave arranged with a transmission gear 2, which is a has a fixed gear ratio is connected. The gearbox 2 has an output shaft, which is coupled via a deflection gear to a drive shaft 3, which is perpendicular is arranged to the output shaft of the transmission 2. The drive shaft 3 is about a Freewheel 4 coupled to an input of a summing gear 5.

Ein elektrischer Generator 6 ist mit einem Ausgang des Summiergetriebes 5 verbunden, das drei weitere Ein- bzw. Ausgänge hat, von denen der eine mit einem Schwungrad 7 und die beiden anderen mit jeweils einem wahlweise als Pumpe oder Motor betreibbaren, hydrautischen Gerät 8a bzw. 8b verbunden sind. Der Generator ist mit einem Verbraucher verbunden, der nicht dargestellt ist.An electric generator 6 is connected to an output of the summing gear 5 connected, which has three further inputs and outputs, one of which is connected to a Flywheel 7 and the other two, each with either a pump or a motor operable, hydraulic device 8a and 8b are connected. The generator is with connected to a consumer, which is not shown.

Eine als Puffer für den Fluß der Regelenergie dienende, pneumatische Hochdruckspeicherbatterie 9a ist mit beiden wahlweise als Pumpe oder Motor betreibbaren Geräte 8a und 8b verbunden, die ihrerseits mit einer weiteren als Puffer für den Fluß der Regelenergie dienenden, pneumatischen Hochdruckspeicherbatterie 9b verbunden sind.A pneumatic one serving as a buffer for the flow of control energy High-pressure storage battery 9a can be operated with either pump or motor Devices 8a and 8b connected, in turn with another as a buffer for the Flow of the control energy serving, pneumatic high-pressure storage battery 9b connected are.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Windkraftwerkes ist wie folgt. Der Flügel 1 wird vom Wind angetrieben, wobei Windenergie in mechanische Energie umgesetzt wird. Das Getriebe 2 überträgt diese mechanische Energie auf die Abtriebswelle, welche die Triebwelle 3 antreibt.The operation of the wind power plant according to the invention is as follows. The wing 1 is driven by the wind, with wind energy in mechanical Energy is converted. The transmission 2 transfers this mechanical energy to the Output shaft that drives drive shaft 3.

Der Generator 6 wird über das Summiergetriebe 5 und über den Freilauf 4 von der Triebwelle 3 angetrieben.The generator 6 is via the summing gear 5 and via the freewheel 4 driven by the drive shaft 3.

Wenn das Energieangebot der Triebwelle 3 größer als der momentane Energiebedarf des mit dem Generator gekoppelten Verbrauchers ist, werden die hydraulischen Geräte 8a und 8b auf Motorbetrieb gestellt, wodurch ein größeres Drehmoment auf der zum Schwungrad führenden Welle wirksam wird, so daß die überschüssige Energie dem Schwungrad zugeleitet wird.If the energy supply of the drive shaft 3 is greater than the current one Energy requirement of the consumer coupled with the generator, the hydraulic Devices 8a and 8b set to motor operation, creating a greater torque on the shaft leading to the flywheel becomes effective, so that the excess energy is fed to the flywheel.

Wenn das Energieangebot der Triebwelle 3 nicht ausreicht um den momentanen Energiebedarf des Verbrauchers zu decken, wird die Differenz zwischen der vom Verbraucher aufgenommenen und der vom Verbraucher benötigten Energie dem Schwungrad dadurch entnommen, daß die hydraulischen Geräte 8a und 8b auf Pumpbetrieb gestellt werden, wodurch ein höheres Drehmoment auf der Generatorwelle wirksam wird. Durch das höhere Drehmoment wird mehr Strom vom Generator erzeugt und dem Verbraucher zugeführt, so daß der Energiebedarf des Verbrauchers gedeckt ist.If the energy supply of the drive shaft 3 is insufficient for the current one To meet the consumer's energy needs, the difference between that of the consumer absorbed and the energy required by the consumer the flywheel thereby taken that the hydraulic devices 8a and 8b are set to pump operation, whereby a higher torque is effective on the generator shaft. By the higher Torque, more current is generated by the generator and fed to the consumer, so that the energy needs of the consumer is covered.

Die hydraulischen Geräte 8a und 8b arbeiten mit den pneumatischen Hochdruckspeicherbatterien 9a und 9b zusammen, die als Puffer für den Fluß der Regelenergie dienen.The hydraulic devices 8a and 8b work with the pneumatic ones High-pressure storage batteries 9a and 9b together, which act as a buffer for the flow of control energy to serve.

Wenn die Drehzahl der Triebwelle 3 unter die Drehzahl des Generators absinkt, bewirkt der Freilauf 4 die Abkoppelung des Flügels 1 vom Generator 6, der weiterhin vom Schwungrad 7 angetrieben wird.When the speed of the drive shaft 3 is below the speed of the generator drops, the freewheel 4 causes the decoupling of the wing 1 from the generator 6, the is still driven by the flywheel 7.

Bei Änderungen der Drehzahl der Triebwelle 3 kann mit Hilfe des Schwungrades 7 und der erfindungsgemäßen Regelungseinrichtung die Drehzahl des Generators weiterhin konstant gehalten werden.When the speed of the drive shaft 3 changes, the flywheel can be used 7 and the control device according to the invention, the speed of the generator continues be kept constant.

Fig. 2 zeigt den Verlauf der Drehzahl nA der Triebwelle 3, den Verlauf der Drehzahl nSR des Schwungrades 7 und den Verlauf der Drehzahl nRK der hydraulischen Geräte 8a und 8b, bei Nachtbetrieb NB und Tagbetrieb TB, wobei beim Tagbetrieb TB eine wechselnde Belastung auftritt, die durch Schwankungen im Energiebedarf des Verbrauchers verursacht werden.Fig. 2 shows the course of the speed nA of the drive shaft 3, the course the speed nSR of the flywheel 7 and the course of the speed nRK of the hydraulic Devices 8a and 8b, during night operation NB and daytime operation TB, with daytime operation TB a changing load occurs due to fluctuations in the energy demand of the Consumer caused.

Abhängig vom Ladezustand des Schwungrades 7 arbeiten die hydraulischen Geräte 8a und 8b in den Bereichen I, III und V als Pumpen und in den Bereichen II, IV und VI als Motoren.Work depending on the state of charge of the flywheel 7 the hydraulic devices 8a and 8b in areas I, III and V as pumps and in the Areas II, IV and VI as engines.

In den Bereichen L laufen das Schwungrad 7 und die hydraulischen Geräte 8a und 8b im Leerlauf um.In the areas L, the flywheel 7 and the hydraulic devices run 8a and 8b at idle.

Das Schwungrad 7 wird während des Nachtbetriebes NB aufgeladen. Die gespeicherte Energie wird während des Tagbestriebes TB dem Schwungrad wieder entzogen.The flywheel 7 is charged during the night operation NB. the Stored energy is withdrawn from the flywheel again during daytime operation TB.

Beim Aufladen des Schwungrades 7 werden 67% der zur Verfügung stehenden mechanischen Energie in das Schwungrad geleitet, während 33% in hydrostatische Energie umgesetzt und in die Speicherbatterien eingespeichert wird.When charging the flywheel 7, 67% of the available mechanical energy is directed into the flywheel, while 33% into hydrostatic energy implemented and stored in the storage batteries.

Claims (5)

Patentansprüche Windkraftwerk zur Stromerzeugung mit einem vom Wind antreibbaren Flügel und einem elektrischen Generator, der mit dem Flügel gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwungmassenspeicher (7) vorgesehen ist, der mit dem Generator (6) und dem Flügel (1) über eine Einrichtung zur Regelung der Energieaufnahme und -abgabe des Schwungmassenspeichers (7) gekoppelt ist. Claims wind power plant for generating electricity with one of the wind drivable wing and an electric generator coupled to the wing is, characterized in that a flywheel mass storage (7) is provided which with the generator (6) and the wing (1) via a device for controlling the Energy absorption and output of the flywheel storage device (7) is coupled. 2. Windkraftwerk gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ein Summiergetriebe (5) mit mindestens vier Ein- bzw. Ausgängen aufweist, die jeweils mit dem Flügel (1) dem elektrischen Generator (6), dem Schwungmassenspeicher (7) und einer wahlweise als Motor oder Generator betreibbaren Einrichtung (8a) verbunden sind, die mit einem Energiespeicher (9a) gekoppelt ist.2. Wind power plant according to claim 1, characterized in that the Control device a summing gear (5) with at least four inputs or outputs has, each with the wing (1) to the electric generator (6), the flywheel mass storage (7) and a device (8a) that can be operated either as a motor or generator are coupled to an energy store (9a). 3. Windkraftwerk gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Summiergetriebe (5) einen weiteren Ein- bzw.3. Wind power plant according to claim 2, characterized in that the Summing gear (5) a further input or Ausgang hat, der mit einer weiteren wahlweise als Motor oder Generator betreibbaren Einrichtung (8b) verbunden ist, die mit einem weiteren Energiespeicher (9b) gekoppelt ist, wobei beide wahlweise als Motor oder Generator betreibbaren Einrichtungen (8a, 8b) und beide Energiespeicher (9a, 9b) miteinander in Verbindung stehen. Has output that can be used as a motor or generator with another operable device (8b) is connected to a further energy store (9b) is coupled, both of which can be operated either as a motor or generator Devices (8a, 8b) and both energy stores (9a, 9b) in connection with one another stand. 4. Windkraftwerk gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede wahlweise als Motor oder Generator betreibbare Einrichtung (8a, 8b) ein mit einem Strömungsmittel betreibbares, wahlweise als Pumpe oder Motor arbeitendes hydraulisches Gerät ist, und daß der oder jeder Energiespeicher (9a, 9b) eine pneumatische Hochdruckspeicherbatterie ist.4. Wind power plant according to claim 2 or 3, characterized in that that the or each optionally operable as a motor or generator device (8a, 8b) one that can be operated with a fluid and that works either as a pump or motor is hydraulic device, and that the or each energy store (9a, 9b) is a pneumatic High pressure storage battery is. 5. Windkraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Summiergetriebe (5) und dem Flügel (1) ein Freilauf (4) geschaltet ist.5. Wind power plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that that between the summing gear (5) and the wing (1) a freewheel (4) is connected is.
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