DE2742559B1

DE2742559B1 - Windenergie-Konverter

Info

Publication number: DE2742559B1
Application number: DE2742559A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Renke; Andreas Vigh
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1977-09-22
Filing date: 1977-09-22
Publication date: 1978-10-12
Also published as: DE2742559C2

Description

Es ist zwar bereits bekannt, auf dem Mast ein sogenanntes Seitenrad zu dem Turbinenlaufrad vorzusehen, dessen Laufradachse meistens senkrecht zur Laufradachse des Windenergie-Konverters angeordnet ist, aber die Achse des Seitenrades ist fest zu der Achse des Windenergie-Konverters angeordnet. Es hat die Aufgabe, bei höheren Windgeschwindigkeiten den Windenergie-Konverter aus dem Wind zu drehen oder die Nabe des Windenergie-Konverters oder den Mast selbst so zu schwenken, daß das Turbinenlaufrad einigermaßen günstig die dargebotene Windenergie umsetzen kann. Nachteilig ist dabei jedoch, daß nicht stets die maximale Laufradfläche frontal dem Wind dargeboten werden kann, weil durch Verluste des Seitenrades und der nachgeordneten Teile (Reibung) der Windenergie-Konverter nicht optimal in den Wind gebracht werden kann. Des weiteren ist, beeinflußt durch Windschatten (Mast) und dem geringen Wirkungsgrad der relativ großen Getriebeübersetzung, das Überführen des Windenergie-Konverters in die richtige Position bereits bei geringer Windgeschwindigkeit ausgeschlossen Durch die DE-PS 281 545 und die DE-PS 524074 sind ebenfalls bereits Hilfswindräder bekannt, aber mit diesen Hilfswindrädern wird nur die Schwenkvorrichtung des Turbinenlaufrades betätigt Eine sehr vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Hilfsturbine axialdurchströmte Flügelblätter aufweist, daß die Hilfsturbine um eine vertikale Achse verschwenkbar ist, wobei die Schwenkachsen des Windenergie-Konverters und der Hilfsturbine zueinander versetzt angeordnet sind, und daß die Hilfsturbine mit einer sich in Richtung der Turbinenachse erstreckenden Windfahne versehen ist Diese Vorrichtung ist sehr einfach im Aufbau, wobei die Windfahne dafür sorgt, daß die Hilfsturbine stets optimal zum Wind gerichtet ist.
Erfindungsgemiß ist ferner vorgesehen, daß die Einrichtung zur Obertragung der von der Hilfsturbine erzeugten Energie ein Fliehpendel und einen Generator aufweist Auf diese Weine wird elektrische Energie zum Inbetriebsetzen des Wuldenergie-Konverters verwendet Die Hilfsturbine wird einfacherweise die Stellung ihrer Blätter drehzahlabhingig (Fliehpendel) regeln.
Frequenzgenauigkeit ist nicht erforderlich.
Eine andere Möglichkeit zur Energiegewinnung für die Inbetriebnahme des Wmdenergie-Konverters besteht darin, daß die Hilfsturbine mit einer Ölpumpe versehen ist Die Schwenlavorrichtung und die Flügelverstelleinrichtung werden somit hydraulisch betätigt.
Eine andere oder eine zusätzliche Energieerzeugung besteht darin, daß mit der Einrichtung zur Erzeugung der Energie von der Hilfsturbine ein Energiespeicher aufgeladen wind als Energiespeicher kann beispielsweise ein Oldndlcessel oder eine kleine Batterie verwendet werden, von dem aus dann die erforderlichen Einrichtungen in Betrieb gesetzt werden.
Von Vorteil ist es, wenn zwischen der Schwenkachse der Hilfsturbine und des Wmdenergie-Konverters ein Nacbliihreinrichtung vorgesehen ist Diese Nachführeinrichtung sorgt auch wiihrend des Betriebes dafür, daß der Windenergin-Konverter stets optimal ausgerichtet ist Bei plötzlichen Seitenböen oder bei Katastrophenflillen durch Organ kann auf diese Weise der Wuidenergie-Konverter sehr schnell ausgerichtet werde Auch die Flügelblätter können bei Orkan entsprechend verstellt werden Mit der erfindungsgemißen Hilfsturbine ist auch bei Organ noch ein Notbetrieb möglich, z. B. für wichtige Beleuchtungs- oder Heizzwecke.
Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, aus dem weitere erfmdunsgemäße MerLrmle hervorgehen.
Auf einem Mast 1 ist ein Turbinenlaufrad 2 mit Flügel 3 angeordnet Das Turbinenlaufrad 2 ist in einer Nabe 4 gelagert, die durch eine nicht näher dargestellte Verschwenkeiichtung 5 um die vertikale Achse verschwenkt werden kann Die Nabe 4 ist mit einem Träger 6 versehen, auf dem die Hilfsturbine angeordnet ist. Die Hilfsturbine besteht aus den Flügelblättern 7, einem Fliehpendel 8, einem Generator 9 und einer Windfahne 10. Die Hilfsturbine ist über eine Drehvorrichtung 11 schwenkbar auf dem Träger 6 angeordnet.
In der Nabe 4 befindet sich weiterhin eine nicht näher dargestellte Flügelverstelleinrichtung 12 sowie eine Hydraulikpumpe 13 zur Schmierung der Lager. Der Generator 9 ist über Leitungen 14 mit der Verschwenkeinrichtung 5, der Flügelverstelleinrichtung 12 und der Hydraulikpumpe 13 verbunden.
In der Zeichnung ist die im Stillstand ungünstigste Stellung für den Windenergie-Konverter dargestellt Der Wind weht den Windenergie-Konverter in Pfeilrichtung an, so daß die Flügel 3 genau verkehrt stehen. Aus konstruktiven Gründen sind die Flügel 3 nämlich so angeordnet bzw. ist die Flügelstellung so gewählt, daß der Windenergie-Konverter zum Betrieb von hinten, d. h. aus der Mastrichtung angeströmt werden muß. Soll nun der Windenergie-Konverter in Betrieb genommen werden, so wird durch die von dem Generator 9 der Hilfsturbine erzeugte Energie zur Verschwenkung der Nabe 4 über die Verschwenkeinrichtung 5 um 1800 benutzt Weiterhin werden die Flügelverstelleinrichtung 12 und die Hydraulikpumpe 13 mit Energie versehen, wodurch die Flügel 3 in Anfahrstellung gebracht werden können Auch wenn der Wind sich plötzlich ändert, kann der Windenergie-Konverter nachgeregelt werden Es stellt sich nämlich die Windfahne 10 und somit die ganze Hilfsturbine auf die neue Windrichtung ein. Durch entsprechende Kontakte (nicht dargestellt) in der Drehvorrichtung 11 und in der Verschwenkvorrichtung 5 erfolgt eine Nachführung des Turbinenlaufrades 2 in Windrichtung. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß die Verschwenkeinrichtung 5 so lange betätigt wird, bis die Kontakte wieder offen sind, was bedeutet, daß das Turbinenlaufrad 2 ebenso wie die Hilfsturbine optimal in Windrichtung stehen.

Claims

Patentansprüche: 1. Windenergie-Konverter mit einem auf einem Mast angeordneten, mit Hilfe einer Schwenkvorrichtung um eine im wesentlichen senkrechte Achse verschwenkbaren und in einer Laufradnabe gelagerten Turbinenlaufrad, dessen Flügel mit einer Flügelverstelleinrichtung versehen sind, d a d u r c h gekennzeichnet, daß auf dem Maste (1) eine Hilfsturbine angeordnet ist, die eine Einrichtung (8, 9) zum Übertragen der von ihr erzeugten Energie auf die Flügelverstelleinrichtung (12) und auf die Schwenkvorrichtung (5) aufweist.
2. Windenergie-Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsturbine axialdurchströmte Flügelblätter (7) aufweist, daß die Hilfsturbine um eine vertikale Achse verschwenkbar ist, wobei die Schwenkachsen des Windenergie-Konverters und der Hilfsturbine zueinander versetzt angeordnet sind, und daß die Hilfsturbine mit einer sich in Richtung der Turbinenachse erstreckenden Windfahne (10) versehen ist.
3. Windenergie-Konverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Übertragung der von der Hilfsturbine erzeugten Energie ein Fliehpendel (8) und einen Generator (9) aufweist.
4. Windenergie-Konverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsturbine mit einer Ölpumpe versehen ist.
5. Windenergie-Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Einrichtung zur Erzeugung einer Energie ein Energiespeicher aufgeladen wird.
6. Windenergie-Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schwenkachse der Hilfsturbine und des Windenergie-Konverters eine Nachführeinrichtung vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft einen Windenergie-Konverter mit einem auf einem Mast angeordneten, mit Hilfe einer Schwenkvorrichtung um eine im wesentlichen senkrechte Achse verschwenkbaren und in einer Laufradnabe gelagerten Turbinenlaufrad, dessen Flügel mit einer Flügelverstelleinrichtung versehen sind. Ein Windenergie-Konverter dient zur Erzeugung von Energie aus Windkraft. Für die Inbetriebnahme des Windenergie-Konverters sind jedoch aufgrund seiner Größe mehrere Maßnahmen notwendig, die nur mit Hilfe von außen zugeführter Energie möglich sind. So muß z. B. das Turbinenlaufrad in den Wind gedreht werden. Für diesen Zweck ist entweder die Nabe des Turbinenlaufrades oder der ganze Mast um eine vertikale Achse schwenkbar. Außerdem sind die Flügel auf Anfahrstellung zu bringen und die Lager müssen meist vorgeschmiert werden.

Die Energie von außen wurde bisher entweder aus dem Stromnetz entnommen oder aus einer Batterie. Ein Stromnetz ist jedoch nicht in jedem Falle vorhanden, und die Verwendung einer Batterie erfordert einen entsprechenden Aufwand und Pflege. Außerdem ist für das Überführen des Windenergie-Konverters aus dem Ruhezustand in den Anlaufzustand ein relativ großer Energieaufwand erforderlich, so daß bei mehrmaligen Anfahrversuchen auch die Kapazität einer Batterie erschöpft sein kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Windenergie-Konverter zu schaffen, der unabhängig von einer äußeren Energiezufuhr ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf dem Mast eine Hilfsturbine angeordnet ist, die eine Einrichtung zum Übertragen der von ihr erzeugten Energie auf die Flügelverstelleinrichtung und auf die Schwenkeinrichtung aufweist.

Durch die Hilfsturbine ist der Windenergie-Konverter nunmehr unabhängig von außen, d. h. er kann in einem sogenannten Inselbetrieb eingesetzt werden Wenn der Windenergie-Konverter nicht in Windrichtung steht, so wird die Schwenkvorrichtung durch die Energiezufuhr von der Hilfsturbine betätigt und der Windenergie-Konverter präzise in den Wind gedreht Weiterhin werden die Flügel in Anlaufstellung gebracht und gegebenenfalls die Lager vorgeschmiert. Gegebenenfalls kann die von der Hilfsturbine erzeugte Energie auch noch für andere Zwecke verwendet werden.

Selbstverständlich kann die Hilfsturbine, die aufgrund ihrer wensentlich kleineren Baugröße ohne Hilfsmittel allein anlaufen kann, auch auf einem anderen Mast oder an einer anderen Stelle angeordnet sein, und die Verbindung zu dem Windenergie-Konverter erfolgt durch entsprechende Leitungen, aber im allgemeinen wird man den vorhandenen Mast benutzen. Dadurch können alle Meß- und Steuervorgänge direkt »am Ort« vorgenommen werden Lediglich einige Meßleitungen müssen abgeführt werden.