DE2931484A1

DE2931484A1 - Wind powered plant with electric heating elements - has heat store and heat exchange system for supplying radiators or central heating plants

Info

Publication number: DE2931484A1
Application number: DE19792931484
Authority: DE
Inventors: Tyll Necker; Joachim Dr Ing Paul
Original assignee: Hako Werke GmbH and Co
Current assignee: Hako Werke GmbH and Co
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1979-08-03
Publication date: 1981-02-26

Abstract

The wind powered plant consists of a rotor (2) mounted on top of a supporting column (1), driving an electric generator (3) directly or through a gear. The current produced is fed to an electric heating element (7), via conductors (4,6), and a controller (5), which are closed in a housing and protected against the external environment inside a well insulated heat store (8). The heat store (8) has a heat carrier (9) contained in it, which can be solid or liquid in form, and also has a heat exchanger (10) to which a liquid circulation system is joined. The heat produced by the wind power in the heating elements it thus conveyed by the circulating system to radiators (12) or the heating vessel (13) of a central heating plant. The current can also be fed to a transformer (15) and fro, there to a lamp (16) or other lighting system.

Description

Windkraftanlage Wind turbine

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage zur Gewinnung'von Energie aus Windkraft mit einer Windkraftmaschine, die einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie oder Wärmeenergie antreibt.The invention relates to a wind power plant for generating energy from wind power with a wind power machine that uses a generator to produce electrical energy or thermal energy.

Solche Windkraftanlagen haben bisher nur ein relativ begrenztes Anwendungsgebiet finden können, da ihre Wirtschaftlichkeit vor allem von den jeweiligen Windverhältnissen abhängig ist und sich ihr Einsatz eigentlich nur in Gebieten mit hoher mittlerer Windgeschwindigkeit lohnt. Im übrigen sind zur Zeit derartige Windkraftanlagen im Vergleich zu sonstigen netzunabhängig arbeitenden Energieerzeugern, wie etwa dieselelektrischen Aggregaten, im allgemeinen nur bei der Energieversorgung für dünn besiedelte Gebiete und für Verbraucher mit geringem Energiebedarf einigermaßen wettbewerbsfähig. Aus diesen Gründen konnten Windkraftanlagen bisher auch keine bedeutende Rolle bei der Energieversorgung von Gebäuden spielen.Such wind turbines have so far only had a relatively limited area of application can find, as their profitability depends mainly on the respective wind conditions is dependent and their use is actually only in areas with high average Wind speed is worth it. In addition, such wind turbines are currently in the Compared to other off-grid energy producers, such as diesel-electric ones Aggregates, generally only for the energy supply for sparsely populated areas and reasonably competitive for consumers with low energy requirements. the end For these reasons, wind turbines have so far not played a significant role in the Play energy supply of buildings.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Windkraftanlage, die vor allem zur Erzeugung von elektrischer Energie und/ oder Wärmeenergie für gebäudetechnische Anlagen, also beispielsweise elektrische Verbraucher und Heizungsanlagen, wirtschaftlich eingesetzt und darüber hinaus auch sinnvoll mit bereits vorhandenen Systemen zur Energieversorgung kombinert werden kann.The object of the invention is to create a wind turbine, which are mainly used to generate electrical energy and / or thermal energy for technical building systems, e.g. electrical consumers and heating systems, Used economically and also makes sense with existing ones Energy supply systems can be combined.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs erwähnte Anlage nach der Erfindung so ausgebildet, daß mit der vom Generator erzeugten Energie ein Wärmespeicher aufgeladen werden kann, dem die gespeicherte Energie bei Bedarf entzogen wird. Weiterhin kann die vom Generator erzeugte Energie unter Umgehung des Wärmespeichers auch zur direkten Speisung von elektrischen Verbrauchern bzw. zur Erzeugung von Heiz- und Brauchwasser ausgewertet werden, was sich unter anderem für den Fall vorteilhaft erweist, daß bei verhältnismäßig hohen oder niedrigen Windgeschwindigkeiten entweder ein Aufladen des Wärmespeichers unwirtschaftlich ist oder aus sonstigen Gründen nicht zwecksmäßig erscheint.To solve this problem, the above-mentioned system is after Invention designed so that a heat storage device with the energy generated by the generator can be charged, from which the stored energy is withdrawn if necessary. Farther can also use the energy generated by the generator, bypassing the heat accumulator direct supply of electrical consumers or for the generation of heating and Industrial water can be evaluated, which among other things is advantageous in the event proves that at either relatively high or low wind speeds charging the heat storage tank is uneconomical or for other reasons does not appear expedient.

Wenn der Rotor der Windkraftmaschine einen elektrischen Generator antreibt, kann die Anlage so konzipiert sein, daß mit der vom Generator gelieferten elektrischen Energie dem Wärme speicher zugeordnete Heizelemente gespeist und aufgeheizt werden, welche die Stromwärme an das im Wärmespeicher befindliche Speichermedium abgeben, und daß im Speichermedium ein Wärmetauscher mit einem angeschlossenen Wasserkreislauf vorgesehen wird, über den aufgeiztes Wasser als Brauchwasser oder Heizungswasser an den jeweigen Ort mit Wärmebedarf geleitet wird.If the rotor of the wind power machine is an electric generator drives, the system can be designed to work with the one supplied by the generator electrical energy to the heat storage associated heating elements fed and heated which the electricity heat to the storage medium located in the heat storage release, and that a heat exchanger with a connected water circuit in the storage medium is provided over the heated Water as service water or Heating water is directed to the respective location with heat demand.

dererseits kann der von der Windkraftmaschine angetriebene Genetor auch ein Wärmegenerator sein, dessen erzeugte Wärmeenergie er ein flüssiges Trägermedium mittels einer Umwälzpumpe in den rmespeicher transportiert und dort über einen Wärmetauscher an s Speichermedium abgegeben wird, während die gespeicherte Wärme-Energie über einen weiteren Wärmetauscher zur Erzeugung von Brauch-Wasser oder auch Heizungswasser entnehmbar ist.on the other hand, the generator driven by the wind power machine also be a heat generator, the generated heat energy of which he is a liquid carrier medium transported by means of a circulation pump to the rmes store and there via a heat exchanger is given off to s storage medium, while the stored heat energy is transferred another heat exchanger for the production of service water or heating water is removable.

.e vom jeweiligen Generator abgegebene Energie wird aufgrund der .ch normalerweise häufig ändernden Windverhältnisse starken hwankungen unterworfen sein, so daß zeitweilig bei hohen Windgehwindigkeiten relativ viel Energie zur Verfügung steht und sonst li niedrigen Windgeschwindigkeiten wenig oder gar keine verwertre Energie vom Generator erzeugt werden wird. Die Möglichkeit, .e Generatorenergie zumindest zeitweise zum thermischen Aufladen .nes Wärmespeichers heranziehen zu können, bringt vor allem den rteil, daß auch dann noch Wärmeenergie über einen entsprechend Zungen Zeitraum bereitgehalten und bei Bedarf dem als Energieziffer wirkenden Speicher entzogen werden kann, wenn der Generator :wa bei Windstille nicht arbeiten kann, so daß die Anlage von chselnden Windverhältnissen weitgehend unabhängig ist..e energy delivered by the respective generator is based on the .ch normally frequently changing wind conditions are subject to strong fluctuations, so that at times a relatively large amount of energy is available at high wind speeds and otherwise li low wind speeds little or no use Energy will be generated by the generator. The possibility of .e generator power at least temporarily for thermal charging .nes use heat storage Above all, it brings the rteil that even then there is still heat energy over you accordingly Tongues for a period of time and, if necessary, the memory that acts as an energy figure can be withdrawn if the generator: wa cannot work when there is no wind, so that the system is largely independent of changing wind conditions.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Wärmespeicher außerdem über einen Regelkreis ausgeschaltet bzw. umgangen werden kann, indem die Generatorenergie direkt den jeweiligen elektrischen Verbrauchern oder wärmetechnischen Anlagen in einem Gebäude zugeführt wird. Dieser durch Regler gesteuerte Betriebsfall wird sich unter anderem dann als günstig erweisen, wenn beispielsweise bei niedrigen Windgeschwindigkeiten eine nur geringe Generatorenergie bereitsteht, deren Einspeisung in den Wärmespeicher unwirtschaftlich ist, oder wenn bei hohen Windgeschwindigkeiten der Wärme speicher nicht die gesamte anfallende Energie aufnehmen kann oder soll.Another advantage can be seen in the fact that the heat accumulator also can be switched off or bypassed via a control circuit by the generator energy directly to the respective electrical consumers or thermal systems in is fed to a building. This operating case controlled by the regulator will be Among other things, prove to be beneficial when, for example, at low wind speeds only a small amount of generator energy is available, which is fed into the heat storage system is uneconomical, or if the heat storage at high wind speeds cannot or should not absorb all of the energy produced.

In der anliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht und schematisch dargestellt. Es zeigt: Figur 1 eine Anlage, bei der die Windkraftmaschine einen elektrischen Generator antreibt, und Figur 2 eine im wesentlichen gleiche Anlage wie Figur 1, bei der jedoch ein Wärmegenerator zum Einsatz kommt.In the accompanying drawing are two embodiments of the invention simplified and shown schematically. It shows: Figure 1 shows a system in which the wind power machine drives an electrical generator, and Figure 2 is an im essentially the same system as FIG. 1, but in which a heat generator is used comes.

Bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform treibt der am oberen Ende einer Tragkonstruktion 1 gelagerte-Rotor 2 der Windkraftmaschine mit der Rotorwelle den elektrischen Generator 3 direkt oder über ein Getriebe an. Der Generatorstrom gelangt über Leitungen 4, den Regler 5 und sich hieran anschließende Leitungen 6 zu elektrischen Heizelementen 7, die isoliert in einem Gehäuse eingeschlossen sind und sich in einem gegen die Umgebung gut wärmeisolierten Wärmespeicher 8 befinden. Dieser Wärmespeicher kann beispielsweise im Erdreich neben einem mit Energie zu versorgenden Gebäude eingelassen sein.In the embodiment shown in Figure 1, the drives at the top End of a supporting structure 1-mounted rotor 2 of the wind power machine with the rotor shaft the electric generator 3 directly or via a transmission. The generator current got over Lines 4, the controller 5 and adjoining it Lines 6 to electrical heating elements 7, which are insulated and enclosed in a housing are and are located in a heat accumulator 8 that is well insulated from the environment. This heat storage can, for example, in the ground next to one with energy too supplying building.

Der Wärmespeicher nimmt einen Wärmeträger 9 als Speichermedium uf. Es kann sich hierbei um eine Flüssigkeit oder einen Feststoff in Form eines Festkörpers oder auch um eine Mischung aus Flüssigteit und Feststoffen handeln. Als Feststoffe können unter anderem körnige und staubförmige Materialien Verwendung finden. Weiterhin befindet sich im Wärme speicher 8 ein vom Speichermedium 9 umgebeier Wärmetauscher 10, an den ein Flüssigkeitskreislauf 11 ange-;chlossen ist.The heat accumulator takes a heat transfer medium 9 as a storage medium. It can be a liquid or a solid in the form of a solid or a mixture of liquids and solids. As solids granular and dusty materials can be used, among other things. Farther is in the heat accumulator 8, a heat exchanger surrounded by the storage medium 9 10, to which a liquid circuit 11 is connected.

ie von den Heizelementen 7 erzeugte und auf das Speichermedium 9 ibertragende Stromwärme wird diesem bei Bedarf über den Wärmetaucher 10 entzogen und auf die im Kreislauf 11 befindliche Flüssigeit übertragen. An den Flüssigkeitskreislauf 11 können dann chließlich Radiatoren 12 und/oder der Heizkessel 13 einer Geäude-Heizungsanlage angeschlossen sein und mit Heizwasser bechickt werden.ie generated by the heating elements 7 and transferred to the storage medium 9 Current heat is withdrawn from this via the heat exchanger 10 if necessary and to the Transferred fluid in circuit 11. To the fluid circuit 11 can then finally radiators 12 and / or the boiler 13 of a building heating system connected and supplied with heating water.

Wenn ein Heizkessel mit dem so durch den Wärmetauscher 10 aufgeheiztem Wasser beschickt wird, sollte dieses zweckmäßigerweise in die Rücklaufleitung des Kessels eingespeist werden. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, das erwärmte Wasser direkt in das Rohrleitungssystem einer Fußbodenheizung einzuleiten.If a boiler with the so heated by the heat exchanger 10 Water is charged, this should expediently in the return line of the Boiler are fed. In addition, there is also the possibility of the warmed up Introduce water directly into the pipe system of an underfloor heating system.

Schließlich ist auch die Möglichkeit denkbar, daß das Wasser in dem Primärkreis einer Wärmepumpe eingespeist wird.Finally, the possibility is also conceivable that the water in the Primary circuit of a heat pump is fed.

In den vom Generator 3 zum Wärmespeicher 8 führenden Leitungen 4,6 liegt der Regler 5, der je nach Lage der Generatorspannung die Heizelemente 7 ansteuert. Wenn die Generatorspannung nur zum Betrieb eines Heizelementes reicht, wird der Regler auch nur ein Heizelement ansteuern und mit Spannung versorgen. Andernfalls werden mehrere oder alle Heizelemente an den Generatorausgang angeschlossen.In the lines 4, 6 leading from the generator 3 to the heat accumulator 8 is the controller 5, which controls the heating elements 7 depending on the position of the generator voltage. If the generator voltage is only sufficient to operate one heating element, the The controller can only control one heating element and supply it with voltage. Otherwise several or all heating elements are connected to the generator output.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß der Regler 5 überschüssige oder zeitweilig nicht vom Wärmespeicher 8 aufnehmbare elektrische Energie der Darstellung entsprechend auf einen zweiten Regler 14 leitet, von dem aus die elektrische Energie sonstigen Verbrauchern zugeführt wird. Somit kann wahlweise ein Stromwandler 15 zur Erzeugung von Netzstrom angesteuert werden, der beispielsweise eine Lampe 16 als Verbraucher mit Strom versorgt. Andererseits kann der Regler 14 den ankommenden Generatorstrom auch die zu einem Heizkessel 13 gehörenden elektrischen Heizelemente 17 ansteuern, um Heizwasser zu erzeugen bzw. den Brenner bei der Bereitung von Heizungswasser zu unterstützen. Diese Betriebsweise ließe sich mit einem sogenannten Duo-Heizkessel verwirklichen, der ein konventionelles Feuerungssystem und ein hiervon getrennt arbeitendes Heizsystem mit den Heizelementen 17 hat.There is also the possibility that the controller 5 is excess or electrical energy of the representation that cannot be temporarily absorbed by the heat accumulator 8 correspondingly to a second regulator 14, from which the electrical energy is fed to other consumers. A current transformer 15 to generate mains current, for example a lamp 16 supplied with electricity as a consumer. On the other hand, the controller 14 can receive the incoming Generator power also going to a boiler 13 belonging electrical Control heating elements 17 to generate heating water or the burner during preparation to support heating water. This mode of operation could be with a so-called Realize a duo boiler that has a conventional firing system and one of these separately working heating system with the heating elements 17 has.

Auch wenn die Windenergie nicht ausreichen sollte, um den Wärmespeicher 8 aufzuladen, kann der Regler 5 die Heizelemente 7 des Wärmespeichers abtrennen und die Generatorenergie unmittelbar an den weiteren Regler 14 weiterleiten, um in beschriebener Weise die jeweiligen Verbraucher mit Strom zu versorgen.Even if the wind energy should not be enough to store the heat 8, the controller 5 can disconnect the heating elements 7 of the heat accumulator and forward the generator energy directly to the further controller 14 in order to to supply the respective consumers with power in the manner described.

Die Windkraftanlage gemäß Figur 2 arbeitet mit einem Wärme generator 18, der die vom Rotor 2 der Windkraftmaschine über eine Rotorwelle zugeführte mechanische Energie in an sich bekannter Weise in Wärmeenergie umsetzt. Diese wird auf ein flüssiges Trägermedium übergeben, das sich in einem geschlossenen Leitungskreis 19, 20 befindet und von einer Umwälzpumpe 21 umgewälzt wird.The wind turbine according to Figure 2 works with a heat generator 18, the mechanical Converts energy into thermal energy in a manner known per se. This will turn out to be a liquid Transfer carrier medium that is located in a closed circuit 19, 20 and is circulated by a circulation pump 21.

Bei entsprechender Betriebsstellung des Reglers 22 gelangt das so im Umlauf befindliche Trägermedium über den unteren Teil 20 des Flüssigkeitskreises zu einem im Wärmespeicher 8 befindlichen Wärmetauscher 23, von dem aus die Wärmeenergie an das Speichermedium 9 abgegeben wird. Bei Bedarf kann die gespeicherte Wärmeenergie dem Speichermedium 9 mit einem weiteren Wärmetauscher 24 entzogen und auf den Flüssigkeitskreis 25 gegeben werden, an den beispielsweise wie beschrieben ein Heizkessel 13 und/oder Radiatoren 12 zur direkten Beheizung von Räumen in dem schematisch dargestellten Wohnhaus 26 angeschlossen sind. Auch die Erzeugung von warmem Brauchwasser ist auf diese Weise möglich, indem man in den Zulauf des Wärmetauschers 24 kaltes Leitungswasser einspeist und das warme Brauchwasser am Ablauf des Wärmetauschers entnimmt und zu einer oder mehreren Zapfstellen führt.This happens when the controller 22 is in the appropriate operating position carrier medium in circulation via the lower part 20 of the liquid circuit to a heat exchanger 23 located in the heat accumulator 8, from which the heat energy to the storage medium 9 is delivered. If necessary, the saved Thermal energy is withdrawn from the storage medium 9 with a further heat exchanger 24 and be given to the liquid circuit 25, for example as described a boiler 13 and / or radiators 12 for the direct heating of rooms in the house 26 shown schematically are connected. Also the generation of hot domestic water is possible in this way by putting in the inlet of the heat exchanger 24 feeds cold tap water and the warm service water at the outlet of the heat exchanger removes and leads to one or more taps.

Falls nur Brauchwasser mit dem Generator 18 erzeugt werden soll, dürfte allerdings eine Umgehung des Wärmetauschers 8 und eine direkte Verwertung des vom Generator 18 erzeugten warmen Wassers günstiger sein, was beispielsweise so erreicht werden kann, daß der Regler 22 die Leitungen 20 sperrt und das ankommende warme Wasser über Leitungen 27 unmittelbar. zu den Zapf stellen im Wohnhaus 26 umleitet.If only service water is to be generated with the generator 18, should however, bypassing the heat exchanger 8 and directly utilizing the from Generator 18 generated warm water be cheaper, which is achieved, for example can be that the controller 22 blocks the lines 20 and the incoming warm Water via lines 27 directly. diverted to the tap in residential building 26.

Das Einspeisen des vom Generator i8-aufgeheizten Wassers in den Wärmespeicher 8 wird normalerweise auch dann entfallen, wenn wenig Windenergie zur Verfügung steht und das vom Generator kommende Wasser über die Leitungen 27 beispielsweise einem Radiator 12 zugeführt werden sollte.Feeding the water heated by the generator i8 into the heat storage tank 8 is usually omitted even if little wind energy is available and the water coming from the generator via the lines 27, for example one Radiator 12 should be fed.

Die Drehzahl der Umwälzpumpe 21 wird durch geeignete Steuerelemente im Regler 22 so variabel eingeregelt, daß die kritische Maximaltemperatur des Trägermediums im Flüssigkeitskreis 19 nicht überschritten wird. Außerdem könnten Temperaturfühler im Regler 22 dafür sorgen, daß bei niedrigen Temperaturen des vom Generator 18 aufgeheizten Wassers dieses gleich auf die Leitungen 27 gelangt, während bei höheren Temperaturen der Wärmetauscher 23 angesteuert wird.The speed of the circulation pump 21 is controlled by suitable controls regulated so variably in the controller 22 that the critical maximum temperature of the carrier medium in the liquid circuit 19 is not exceeded. In addition, temperature sensors in the controller 22 ensure that the generator 18 heated at low temperatures Water this reaches the lines 27, while at higher temperatures the heat exchanger 23 is controlled.

LeerseiteBlank page

Claims

Claims 6 wind turbine for generating energy from wind power with a wind power machine that has a generator for generating electrical energy Energy or thermal energy drives, characterized in that with the generator (3,18) generated energy a heat storage (8) can be charged to which the stored Heat energy is withdrawn when required.

2. Plant according to claim 1, characterized in that the generator (3,18) generated energy bypassing the heat accumulator (8) for direct feeding of electrical consumers (12,13,16,17) and / or for the generation of heating and Domestic water is evaluated.

3. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that the Storage medium (9) of the heat accumulator (8) is a liquid and / or a solid is.

4. Plant according to one or more of claims 1 to 3 with a electrical generator, characterized in that the one supplied by the generator (3) electrical energy dem Heat storage (8) associated heating elements (7) are fed and heated, which the electricity heat to the storage medium (9) of the heat accumulator, and that a heat exchanger (10) in the storage medium with connected water circuit (11) is provided, via which the heated Water as service water or heating water at the respective location with heat demand is directed.

Plant according to claim 4, characterized in that in the generator (3) to the heating elements (7) leading line (4, 6) is a controller (5), each controls the heating elements according to the position of the generator voltage.

Plant according to one or more of Claims 1 to 5, characterized in that that the aforementioned first controller (5) excess or temporarily not from the heat accumulator (8) directs absorbable electrical energy to a second controller (14), from which from the electrical energy optionally a current transformer (15) for generating Mains power or electrical heating elements (17) is supplied.

Plant according to one or more of Claims 1 to 6, characterized in that that the first controller (5) gives the generator current to the second controller (14), if the generator current does not is sufficient to charge the heat storage tank (8).

8. Plant according to one or more of claims 1 to 3, characterized characterized in that the generator (18) is a heat generator whose thermal energy Via a liquid carrier medium by means of a circulating pump (21) into the heat accumulator (8) and there via a heat exchanger (23) to the storage medium (9) is released and that the stored thermal energy via another heat exchanger (24) for the production of hot water and / or heating water can be removed.

9. Installation according to claim 8, characterized in that the speed the circulation pump (21) as a function of the temperature of the liquid carrier medium is adjustable.

10. Plant according to claim 8 or 9, characterized in that the Carrier medium heated by the heat generator (18) bypassing the heat accumulator (8) is used to heat domestic water or heating water.