DE3412372A1 - Verfahren und windenergiekonverter zur wirtschaftlichen nutzung der kinetischen energie der coriolis- und der zentrifugalkraft mit hilfe des windkreisels (wk) - Google Patents

Verfahren und windenergiekonverter zur wirtschaftlichen nutzung der kinetischen energie der coriolis- und der zentrifugalkraft mit hilfe des windkreisels (wk)

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DE3412372A1
DE3412372A1 DE19843412372 DE3412372A DE3412372A1 DE 3412372 A1 DE3412372 A1 DE 3412372A1 DE 19843412372 DE19843412372 DE 19843412372 DE 3412372 A DE3412372 A DE 3412372A DE 3412372 A1 DE3412372 A1 DE 3412372A1
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Wilhelm Dr. 7750 Konstanz Reimann
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06Rotors
    • F03D3/062Rotors characterised by their construction elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D3/00Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02E10/74Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

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Description

  • Der Stand der Technik für Windene rgi ekorrverter (WEK)
  • Seit Jahrhunderten wurde die Energie des Windes zu Lande erfolgreich durch verschiedene Konstruktionen genutzt, von denen besonders zu nennen sind: a) mit (annähernd) horizontaler Achse: die alten mediterranen Segel-,die Bock- und Holländerwindmühlen, sowie die amerikanischen Windturbinen, deren Leistung 3 bzw. 25-3o kW maximal betrug.
  • Diese haben zusammengenommen durch ihre Vielzahl in den letzten Jahrhunderten viel und billige Energie geliefert Aber wegen der Urtetigkeit der Winde: wurden sie in diesem Jahrhundert durch die Dampfmaschinen, Elektro- und Dieselmotoren verdrängtr weil deren Energie sich fast unbegrenzt steigern ließ und jederzeit und beinahe überall verfügbar und billig war.
  • Yerbesserungen der WEK aufgrund aerodynamischer Forschungen durch LaCour(1), Betz(2), Bilau(3), Honnef(4), Hütter(5), Just(6), Putnam(7), Stein und Sabinin, siehe König(15), Krabbe(8), Molly(9} und andere führten zum Bau von aerodynamisch wirksameren mehrflügeligen Langsamläufern und den zwei- und einflügeligen Schnelläufern in Frankreich, England, UdSSR, Dänemark, Schweden, Canada, Deutschland und den USA.
  • Die 1941 in den USA erbaute zweiflügelige Smith-Putnam-Windkraftanlage mit 12fo kW und 53,3m enaete 1945 infolge Überlastung und widriger Umstände mit dem Abriß eines Flügels und brachte die Weiterentwicklung von Windkraftanlagen in den USA für viele Jahre zum Stillstand (Molly(9) Seite 16 und König(15) Seite 136).
  • Jedoch der 1978 an der dänisch-westjütländischen Küste in Tvind/Ulfborg erstellte WLK arbeitet zur vollen Zufriedenheit. Er ist 53 m hoch, mit horizontaler Achse und einem dreiflügeligen Rotor (53.3 m #) ausgerüstet.
  • Ergänzend zu den WEKs mit vertikaler Achse sind noch anzuführen: 1. der ringartige "Windmotor" von Schulthes und Mora (29), der auf Pontons bzw. auf einem chienenwagen montiert ist und sich auf einem ringförmigen Wasserkanal bzw. auf Schienen mit seitlicher Abstützung bewegt. Durch auf dem Ring gegen den Wind gestellte, beidseits konkav profilierte Klappen, die bei auftreffendem Winde arretiert sind, wird dieses System im Kreise gedreht. In der Rücklaufphase des Kreises stellen sich die Klappen so in den Wind, daß sie kaum Widerstand bieten. Die vom Horizontal rotierenden Rotor (nach Art der Segelwagen) aufgenommene Energie wird durch ein auf dem Schienenwagen installiertes Getriebe auf den Generator übertragen.
  • Der Wind strömt bei der Arbeit durch den Rotor hindurch.
  • Wegen des geringen Wirkungsgrades fand dieser Windmotor keine praktische Anwendung.
  • 2. Eine "Windmühle mit hoher Leistung von M*J. Le Bihan (30) erdacht, zeichnet sich dadurch aus, daß die Luftströme durch auf dem Erdboden im Kreise aufgestellte Mauern bzw. Leitwände axial auf einen in der Mitte über einem Hohlmasten hängenden Rotor auftreffen und diesen in Drehung versetzen. Der Rotor ist turbinenartig mit zahlreichen nach einer Richtung gekrümmten Blättern versehen, die senkrecht von der Böhe des Mastens bS in Bodennähe herabhängen In dem Masten, durch Kugellagerringe oben und unten leicht beweglich, ist eine teleskopartige Achse über je ein Cardangelenk oben und unten mit je einem Drehapfen verbunden. Die aufgenomLene Kraft wird in einem. Raum unter der Erdoberfläche abgenommen. Diese Anlage wird durch die erdnahen Winde angetrieben.
  • 3. Ein "WIND POWERED ROTATING DEVICE" bezeichnet Snarbach (31) seine Erfindung Drei oder mehr symmetrisch auf den Rand einer basalen, runden Scheibe schräg nach innen gestellte und verdrehte Blätter sind mit je nur einer oberen Eeke an einer Buchse befestigt, die über einer Seine Leistung erreicht bei 14,5m/s Windgeschwindigkeit um 2000 kW (Himmel.M.:11).
  • Die amerikanische Windkraftanlage MOD II bei Boone (North Carolina) erreicht 2500 kW und eine Blattspitzengeschwindigkeit von 400 km/h = 111 m/s.
  • Dabei treten aber nach Wiesner (12) so stark störende Strömungsgeräusche auf, daß die Anlage außerhalb der täglichen Arbeitszeit nicht laufen darf.
  • Die deutsche Großwindenergie-Anlage = Growian I wurde 1982 errichtet und hat mit zwei Rotorblattern einen von 100 m, sowie Blattverstellung und Pendelnabe. Die Leistung ist auf 2000-3000 kW bei 12-21 m/s Windgeschwindigkeit berechnet (Helm, S.(13) und Bericht von Herzog, W.: Die Zeit: Nr.43 vom 22.10.82).
  • Growian II, dessen Bau für 1983 vorgesehen ist, soll als Einblatt-Rotor mit Gegengewicht einen Rotationskreis von 145 in überstreichen und eine Nennleistung bis 5000 kW erbringen bei 11,2 m/s Windgeschwindigkeit (Meggle,R. und Schöbe,B.(14) ). Die Blattspitzengeschwindigkeit würde nach Wiesner(12) hierbei 470 km/h = 130 m/s betragen.
  • b) mit vertikaler Achse: Das Schalenkreuz der Windtnesser (Anemometer), die sogen.
  • polnische Windmühle, der Savonius-Rotor, die Darrieus-und Giromill-Turbine (König: 15; Molly:9) Der Hansen(16)-Rotor, " bestehend aus wenigstens zwei langgestreckten, gekrümmten Windflügeln, die vorzugsweise gegenüberliegend auf der Drehachse des Rotors angeordnet sid ", stellt eine Verbesserung des Savoni.us-Rotors dar.
  • Auch das Oppolzer-System, bei dem zwei gleichsinnig umlaufende Flügelräder übereinander versetzt angeordnet sfna und der obere Teil der Achse durch ein Cardangelenk nit der unteren Vertikalachse verbunden ist, arbeitet nach dem gleIchen Prinzip, wenn auch mit verminaertem Widerstand, wie Rummich(17) berichtet.
  • Kugel am oberen Ende der festen Achse gelagert ist. Ein Kugellagerring an de nasalen Scheibe ermöglicht schDelle Rotationen. Die oberen freien Enden der Blätter sind dabei als Windfang nach außen gestellt.
  • Bei dieser Konstruktion durchströmt die Luft zum großen Teil den Rotor und leitet sie teilweise auf das gegen überliegende Blatt, so daß die Strömungsenergie auf den Rotor übertragen wird. Bisher hat der Snarbach-Rotor ähnlich wie der Savonius-Rotor keine wesentliche Bedeutung erlangt (siehe V.D.Hunt:35) 4. Der Horizontal-Zweischalen-Überströmrotor von Lüdke und Hahn (327 ist ein weiterentwickelter Savoni;us-Rotor. Er besteht aus zwe "ineinandergreifende Schalen, die durch besondere Formgebung einen Düseneffekt" der einströmen-Luft erzeugen, während die ausströmende Luft auf die jeweils gegenüberliegende Schale geleitet wird.
  • Werden zwei dieser Rotore in einem Anströmwinkel von 90° versetzt übereinandermontiert, so wird die Leistung verdoppelt.
  • Der Gesamtleistungsgrad wird mit über 70% angegeben und die Leistungsgrenze mit ca. 1o-3o MW. Eine Versuchsanlage bestätigte den hohen Wirkungsgrad.
  • 5. Der Wagner-Rotor besteht in der ersten Ausführung, die auf einem Schiffsdeck eingebaut ist, aus einem langen und gegenüberliegend aus einem kurzen Flügel (als Gegengewicht), die zur Horizontalen in eines Winkel von 450 stehen und vom Wind in Drehung versetzt werden Eine weitere Ausführung mit zwei gleichlangen Flügeln; auf einem dreibeinigen Bock montiert, ist zur Anwendung auf dem Lande gedacht. Es wird ein Wirkungsgrad von etwa 30% erreicht.
  • Auf dem Versuchsschiff "Tanja 1" liefert die Anlage mit dem 25 m langen Einflügel eine Nennleistung von 250 kW; Anlagen bis zu 1 MW sind geplant (33,34).
  • Diese WEK werden aus jeder Windrichtung erfaßt und rotieren um ihre senkrechte Achse. Die Rotation kommt durch die Differenz im Widerstand der konvexen zur konkaven Seite der Schalen bzw. der gekrümmten Flächen dem Wind gegenüber zustande, wobei der Leistungsbelwert mit cp = o,15 - o,2 nach Betz (2) sehr gering ist. Daher nutzen der Savonlus-Rotor, die Darrieus- und die Giromill-Turbine und auch die Turbinen von Hansen und Oppolzer mehr den Auftrieb, um einen besseren Wirkungsgrad und damit eine größere Leistung zu erzielen.
  • In der Praxis hat allein der Darrieus-Vertikalachsen-Rotor mit gekrümmten, profilierten Rotorblättern größeres Interesse gefunden. So berichtet Wirths (18) über den Bau einer solchen Versuchsanlage der Firna Dornier System GmbH, Friedrichshafen, in Zusammenarbeit mit der argentinischen Comisión Nacional de Investigaciones Espaciales (ONlE).
  • Nachdem man an den Versuchsanlagen auf dem Schauinsland bei Freiburg und auf der Insel Pellworm bei der Testung im Verlauf von drei Jahren einige Schwierigkeiten und Mängel beheben konnte ( Dekitsch: 19 ), wurde im April 1981 eine Anlage ( Rotorhöhe 12 m, #. 12 in ) mit einer Nennleistung von 20 kW bei 10,4 m/s bzw. 43 kW bei 13,5 m/s Windgeschwlndigkeit auf dem Flugplatz von Comodore Rivadavia in Patagonien in Betrieb genommen.
  • Im Betrieb getestet werden seit 1977 nach Molly(9) und L.Jaraß (23, Seite 38) eine Anlage mit Darrieus-Rotor in den USA (Albuquerque, Sandia-Lab.) mit 50-60 kW und in Canada ein Vertikalachsen-Rotor mit 230 kW und zwar auf Nagdalen Island (Hydro Quebec/SEC). Meßdaten über diese oder ähnliche Versuchsanlagen liegen mir nicht vor.
  • Die Aufwind-Turbine nach Schlaich, Mayr, Haaf (20), auch Thermik-Turm genannt, wird in den wärmeren Zonen eine größere Bedeutung erlangen (9), (23). In der Versuchsanlage von Manzanares bei Madrid wird die in einer Vordachanlage ( 250 m, mit einer genügend lichtdurchlässigen, UV-festen Folie überdacht) von der Sonne erwärmte Luft durch einen 10 m weiten und 200 n hohen Turm nach oben abgeleitet.
  • In Diese Thermik-Turm erreichte der durch den Treibhaus-Effekt und den Kamin-Sog erzeugte Aufwind in der im Mai 1982 in Betrieb genommenen Demonstrationsanlage eine Geschwindigkeit von 2oi/s Damit wurde die in Bodennähe in den Kamin eingebaute Turbine, deren Flügel elektronisch verstellbar sind,> in Rotation versetzt. Die erstrebte Leistung des Generators von 100 kW wurde nach Schlaich (202) voll erreicht. Es zeigte sich, daM auch nachts durch die tagsüber im Boden, der mit. schwarzer Schlacke bedeckt war, gespeicherte Sonnenwärme noch ein Leistung abgebender Aufwind infolge der Rückstrahlung auftrat.
  • Auf diese Weise erreichte der Thermik-Turm als Aufwindkraftwerk eine über die Erwartung hinausgehende Dauerleistung Da unter dem ausgedehnten, treibhausartigen Vordach der Anlage Ananas und andere Prüchte-und Gemüsearten gut gedeihen, ist der gesamte Nutzeffekt dieses kostengünstigen Sonnenkraftwerkes besonders hoch.
  • Eine mehrfache Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit und Konzentration der Windenergie wird in dem Wirbe1turm von Yen und in der Mantelturbine von Igra erzeugt (9) und auch mit dem Prinzip des Deltaflugels erreicht nach den Untersuchungen von Greff, Holzdeppe u.a.(21).
  • Diese letztgenannten Systeme bedürfen noch der weiteren Entwicklung und Erprobung.
  • Die Windenergie technisch in den Griff zu bekommen, ist, wie diese Ausführungen zeigen, ein altes und auch heute noch bzw. wieder akutes Problem für die Wissenschaft und Technik.
  • Die Problemstellung liegt heute weniger bei den kleinen als hauptsächlich bei den großen WEKs, da: a. die Konstruktionen der kleinen WEKs (io-looo kW) soweit ausgereift sind, daß sie schon in vielen Gebieten der Erde mit Erfolg eingesetzt werden. Das gilt sowohl für die Langsamläufer mit mehr als 3 Flügelblättern als auch für die Schnelläufer vom Typ Hütter, Wortmann u.a mit 1, 2 und 3 Plügeln.
  • Die Rotoren mit 3 starren Flügeln werden außerhalb von Deutschland bevorzugt und nehmen mit einer Nennleistung bis 2000 kW eine Mittelstellung ein.
  • Von den Rotoren mit vertikaler Achse hat der Darrieus-Rotor bisher das größte Interesse gefunden und wird in windstarken Gebieten bereits eingesetzt (Dornier u.a.).
  • Die neuen Konstruktionen wie der Wagner-Rotor und besonders der Überströmrotor von Lüdke und Hahn sind ein weterer Fortschritt, da sie schon bei niedrigeren Windge.-schwindigkeiten anlaufen (32 33, 34).
  • b. Hinsichtlich der großen WEKs steht neben der Sicherheit und Zuverlässigkeit die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund. Hierzu haben G.Obermair, L.Hoffmann, A.und L.
  • Jaraß (22) Untersuchungen angestellt mit dem Ergebnis, daß in günstigen Küstengebieten ein gesamtwirtschaftlicher Vorteil für große WEKs zu erwarten ist. Allerdings ist es notwendig, die Größe und Leistung der WEKs über den 50 MW-Bereich hinaus zu erhöhen, um die betriebswirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit zu erreichen. Mit den in letzter Zeit gebauten bzw. projektierten Typen der Schnelläufer wie Growian I (3 MW) und II (5 NW) sowie dem in Schweden von Saab/Scania (4 NW) und dem von General Electric (US) geplanten 7 MW WEKs ist eine Steigerung der Leistung über 50 MW unwahrscheinlich@@@.
  • Allein das Aufwindkraftwerk nach Sehlaich (2o2Y läßt einen Ausbau der Leistung in den 100 MW-Bereich nach dem bisherigen Stand der Technik erwarten, jedoch nur in den warmen und heißen Klimazonen Aus den eben angeführten Gründen wird von L.Jaraß und Mitarbeitern gefordert: 1. die"Sntwicklung neuartiger Windkraftanlagen"; 2. der "Bau von mehreren Demonstrationswindkraftwerken mit installierten Leistungen von 50 MW und mehr"; 3. der "Bau eines standardisierten Windkraftwerks mit einer installierten Leistung von 300 MW bis 500 MW".
  • Gemäß den vorhergehenden Ausführungen war es nötig, einen neuen Typ von WEK zu finden mit folgenden Eigenschaften: 1. er muß für windschwache und für windstarke Zeiten geeignet sein, d.h. schon bei 2 m/s Windgeschwindigkeit spontan anlaufen und von 3-20 /s und mehr die Windkraft weitest nützen können: 2. er muß für große Anlagen bis in die loo MW-Bereiche geeignet sein, also große Angriffsflächen zur Aufnahme der Energie des Windes bieten, d.h.
  • a. für den Anlauf bei 2 m/s eine genügend großeWiderstandsfläche und b. für einen starken Drehimpuls bzw. Zentrifugalkraft eine entsprechend große Fläche mit starkem Auftrieb, sodaß durch das Zusammenwirken der großen Zentrum fugalkraft und der Beschleunigung durch die CorioLEskraft deren wirtschaftliche Nutzung in dem großen Konverter möglich wird; 3. der WEK muß eine hohe statische Festigkeit besitzen zur Aufnahme der erwünschten Energiemengen als auch für die Sicherheit in Sturmböen und 4. besondere Möglichkeiten zur Abwehr von schlagartig auftretenden Böen sowie der Vereisung.
  • Die Lösung der vorgenannten Probleme ist m.E. mit dem Windkreisel (WK) gemäß den Patentansprüchen 1 und 2 gefunden. Das Studium der angeführten Literatur, viele Mberlegungen und Berechnungen und eigene Versuche waren hierzu nötig.
  • Beschreibung, Bau und Betrieb: Der Windkreisel (K) ist ein horizontal um einen hohen, starken Turm sich drehender Windenergiekonverter (WEK), bei dem durch den Impuls des Windes die zusammenwirkende kinetische Energie aus Zentrifugal- und Corioliskraft und dem Magnuseffekt mit Hilfe der Generatoren in elektrische Energie umgewandelt wird und zwar in Größenordnungen zwischen 30-500 NW und mehr.
  • Hierzu ist der bipyramidale WK auf einem Stahl- oder Stahlbeton-Turm von 10O-300 m Höhe hängend in seinem energetischen Schwerpunkt so federnd gelagert, daß er begrenzte Nickbewegungen wie ein Baum im Sturm ausfuhren kan.
  • Die Höhe des bipyramidalen Rotors beträgt etwa 150-400 m und der Drehkreisdurchmesser äquatorial 160-300 m je nach der geforderten Leistung.
  • Für die Aufnahme der Energie sind drei (oder mehr) große Schaufelarme symmetrisch an einem entsprechend großen tritetra- oder polygonal-bipyramidalen Hohlkörper als tragendes Gerüst befestigt.
  • Jeder Schaufelarm hat, von der konkaven Seite gesehen, die Form einer abgestumpften, gekrümmten Pfeilspitze und besteht aus je einer kleineren, konkaven und einer größeren, konvexen Schaufelwand.
  • Die Schaufelarme müssen innen durch ein stabiles Stützgerüst (Rohr- Profilstreben- oder Zellen- bzw. Wabenkonstruktion) so konstruiert sein, daß der ganze Winddruck auch bei schwersten Sturmböen bis zu 300 km/h = 83 mzs (an exponierten Standorten) von dem WK und dem Turm ohne Risiko aufgenommen werden kann (Golding, nach Molly:9).
  • Eine so hohe Festigkeitsauslegung ist trotz der damit verbundenen Kosten erforderlich, weil die Angriffsflächen des WKs nicht aus dem Wind genommen werden können.
  • An den Kanten sind die beiden Schaufelwände direkt fest miteinander verbunden. Zusätzlich sind die oberen und UDr teren Kanten des bipyramidalen Rotors zur konkaven Seite hin nach innen gebogen und symmetrisch durch einstellbare Winddurchlaßklappen unterbrochen, welche sich bei überstarkem Wind etwa von 3o m/s an automatisch durch den Winddruck entlastend öffnen. So wird auch der Stoß von schlagartigen Böen gemindert und die plötzliche Aufnahme zu großer kinetischer Energiemengen, die als Stromstöße gefährlich werden können, zum Teil verhindert.
  • In die beiden Schaufelwände sind unterhalb der Randkrümmung wasserdichte und sturmfeste Penster in gleichmäßigen Abständen eingefügt und über Gänge und Treppen vom Zentrum her zu erreichen. Sie dienen zur Überwachung der Außenhaut und zur nächtlichen Beleuchtung.
  • Außerdem sind die Schaufelwände doppelwandig gebaut, so daß genügend große Luftkammern unter der Außenhaut gebildet werden, um im Winter durch Beheizung mit Warmluft die Außenhaut möglichst schnee- und eisfrei zu halten. Hierzu kann auch die Abwärme der Generatoren im Kreislauf genützt werden.
  • Jeder Schaufelarm wird zur Peripherie hin gleichmäßig schmäler und endet trapezartig senkrecht mit einer Breite von 10-20 m. Diese 1. Version des WKs ist für windstarke Gebiete gedacht.
  • In einer 2. Version jedoch endet jeder Schaufelarm in eine Hohlschale, die dem Viertel einer großen Hohlkugel entspricht, welche quer in der Mitte eine breite Einkerbung hat. Am äußeren Rande der Einkerbung ist ein flach bipyramidales beidseits mit einem spiralförmigen Relief verse -henes Kreiselrad eingehängt, das sich um seine vertikale Achse dreht und einen von mehr als 10 m hat. Diese peripheren Kreiselräder werden sowohl durch schwachen Wind von 1,5-3 m/s als auch von der Zentrale aus durch Elektromotore zur Rotation gebracht und dienen als Starthilfe nach der Flaute bzw. zur Überbrückung einer Flaute, um möglichst die Corioliskraft noch zu nutzen. Die Motore können auch als Generatoren Strom (z.B. für die Beleuchtung des WKs) liefern, indem sie von der Zentrale aus entsprechend umgeschaltet werden.
  • Diese 2. Version der Schaufelarme ist für Regionen mittlerer Windstärken (z.B. in den Mittelgebirgen) gedacht.
  • Zur Wartung sind die Kreiselräder durch Gänge vom Zentrum aus zu erreichen, wobei einzuspannende Netze diese Arbeiten absichern.
  • Auf der Spitze des WKs ist ein großer Raum für einen Kran und eine Seilwinde mit Fahrkorb für Reinigungsarbeiten und notwendige Reparaturen an der Außenhaut vorgesehen. Der Pahrkorb wird über Führungsschienen, die an den Kanten der Schaufelarme und am Äquator des WKs eingebaut sind, nittels einer Laufkatze geführt. Diese Schienen dienen gleichzeitig zur Ableitung der Blitze.
  • Turmhöhen von 100-300 m sind je nach der gewünschten Leistung erforderlich, um den energetischen Schwerpunkt des WKs auf eine wirtschaftlich optimale Höhe zu bringen, da in diesen Höhen eine größere Jahresdurchschnittsgeschwindigkeit des Windes von 8-10 m/s je nach dem Standort zu erwarten ist.
  • Türme dieser Höhe sind heute bereits vorhanden. z.B. in Frankfurt/Main und Toronto.
  • Turm, Stützgerüst und Außenhaut des WKs müssen wetterfest und im Küstenbereich auch gegen Salzwasser beständig sein.
  • Um ein möglichst niedriges Gewicht des WKs zu erhalten, sind Aluminium bzw. salzwasserbeständige Alu.-Legierungen für das Stützgerüst und die Außenhaut zu verwenden, die eine Lebensdauer von etwa 30 Jahren haben. Wetter- und zugfeste Verbundfaserwerkstoffe können evtl. für die Außenhaut als Ersatz dienen, da sie Gewicht einsparen helfen.
  • Die Lagerung des Rotors und die Regelung seiner Drehzahl erfolgt nach dem jeweils neusten Stand der Technik und ebenso die Kraftübertragung vom Rotor auf die im und auf dem Turmkopf installierten Generatoren.
  • Falls Störungen in der Elektronik auftreten, sollte stets eine mechanische Abbremsung des WKs möglich sein. Ebenso ist der Einbau elner Rücklaufsperre notwendig.
  • Entsprechend der gewünschten Leistung unter Berücksichtigung der Windverhältnisse am vorgesehenen Standort ist die Größe, d.h. das Verhältnis von Höhe und Breite des Rotors zueinander bzw. sein Drehkreisdurchmesser sowie die Form der Schaufeln bezüglich des Krümmungsbogens im Windkanal zu optimieren.
  • Das Beispiel eines WKs ist in den beigefügten Zeichnungen gegeben; So zeigen die Fig. 1a und 1b einen Turm mit horizontal rotierendem WK, der einer trigonalen Bipyramide entspricht, bei der die Ecken mehr oder weniger abgestumpft sind und die seitlichen Flächen in einer flachen ungleichmäßigen Wellenform verlaufen und im Horizontalschnitt gesehen in der Fig. 2a dargestellt sind. Diese Horizontalschnitte ergeben aufeinandergelegt einen pyramidalen (Fig. 2a) bzw.
  • einen bipyramidalen Hohlkörper (Fig. 2b), der auf den Turm.
  • montiert, als WK in der Horizontalen rotiert.
  • Fig. 3 zeigt in einem Querschnitt das tragende Stützgerüst des WKs und Fig. 4 den'bipyramidalen Rotor über dem Turm hängend im Frontalschnitt. Der Turm ist bis zur Turmplattform 140 m hoch und trägt einen Turmkopf mit 3 Stockwerken und einen Turmkranz für die Lagerung und Seitenabstützung des Rotors.
  • Ein Aufzug mit einer inneren Weite von lox2o m ermöglicht es, die Generatoren: etwa 4à25MW zur Plattform zu bringen und diese bzw. Ersatzteile auszuwechseln. Weiter sind 4 Generatoren &10 und 2 A5 riW in den Räumen unterhalb der plattform zu installieren, so daß bei Windstärke 6-8 = 11-21 m/s bei cr o,2 eine Leistung von 30-110 MW erzielt werden kann. Schon bei Windstärke 2 und 2 m/s Windgeschwindigkeit ist ein Anlaufen des Rotors zu erwarten, wie aus der Leistungskurve zu ersehen ist.
  • Ergibt sich bei Versuchen im Windkanal, daß für den WK in den angegebenen Größen der cD Wert mit o,3 einzusetzen ist, so erhöhen sich die obengenannten Leistungswerte auf 43-160 MW.
  • Diese theoretisch ermittelten Leistungswerte sollen nur einen Hinweis für die mit dem WK zu erzielenden Möglichkeiten geben und den Nachweis erbringen, daß die von L. Jaraß und Mitarbeitern aufgestellten Forderungen nach neuartigen, größeren WEK-Typen sich mit dem WK realisieren lassen und keine Utopie darstellen.
  • Die großtechnische Nutzung der Windenergie: Der Nutzen kleiner WEKs für abgelegene Einzelgehöfte ist bereits erwiesen. Doch auch in der gesamten Energiewirtschaft ist mit Hilfe das WKs eine Verbesserung der Lage möglich.
  • Windenergie kennt weder Abfallprobleme, noch Abwärmeprobleme, noch Brennstoffpreissteigerungen und verursacht keine Importabhängigkeit 11 (L.Jaraß 23, Seite 36).
  • Außerdem sind die WEKs das beste Mittel gegen den saueren Regen, das Waldsterben und die Umweltverschmutvung. Sie helfen Kohle und Öl einzusparen bei der Heizung, in den Kraftwerken und im Kraftwagenverkehr. Elektroautos könnten mittels Natrium-Sulfid-Batterieen im Stadtverkehr schon heute die Luft von Schadstoffen entlasten. Bau-, Stahl-, Elektro- und andere Industrie- und Wirtschaftszweige bekämen Aufträge. Wirtschaftlich bessere Investitionsanlagen gibt es kaum! Bei Turmhöhen von 100-300 m und mehr ist sowohl im Küstenbereich als auch im deutschen Mittelgebirge mit einer Betriebszeit der WKs in den 100 MW-Bereichen mit 6400 Betriebsstunden pro aahr zu rechnen, was der Jahresbetriebszeit der herkömmlichen Kraftwerke in etwa entspricht. Dabei kann für die angegebenen Turmhöhen mit einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von 8-10 m/s im Jahr gerechnet werden (Honnef: 4; Molly: 9; Jaraß: 23).
  • Somit werden durch genügend Großwindanlagen dieser Art (WKsY pro Jahr beachtliche Mengen an Brennstoff (Erdgas, Öl, Kohle und Uran) eingespart und dadurch unsere Jahreswirtschaftsbilanz erheblich günstiger gestaltet.
  • " Selbst bei gleich hohen Anlagekosten und gleichen Herstellungskosten würden die Windkraftwerke allen anderen Kraftwerken überlegen sein, weil der Betriebs stoff kostenlos in unerschöpflichen Mengen vorhanden ist und die Gleichmäßigkeit der Jahresleistung diejenige der Wasserkräfte erheblich übertrifft (Honnef: 4, Seite 105).
  • Speicherung und Verwendung der überschüssigen Wind energie.
  • Der Nachteil der Unstetigkeit der Windenergie lät sich auf verschiedene Weise ausgleichen und zwar: 1.durch Kombination mit schon vorhandenen Pumpspeicherwerken und vorhandenen Talsperren. Eine Zielstuaie hierfür wird z.Zt. von der Fa. Elektromark, Hagen, in Zusammenarbeit mit dem Institut für Meteorologie und Klimatosowie aer Universität Hannover durchgeführt. tjierüber berichten H. Gossenberger und R. Trapp (24).
  • Die rrichtung zahlreicher Pu,mpspeicherwerke in Kombination mit Turm-Windkreiseln mit einer Leistung von loo-150 MW Im deutschen Mittelgebirge entlang der großen Flüsse ist wirtschaftlich sinnvoll und nutzbringend, wie bereits die Pumpspeicherwerke der Bundesbahn zeigen.
  • Staatliche Investitionen dieser Art wären z.Zt. eine wichtige Aufgabe, um die Arbeitslosigkeit zu andere.
  • 2.Durch den Strom der Windkraftwerke Kanten in allen nahegelegenen Städten und Dörfern die Wohnungen und öffentlichen Gebäude mittels Nachtspeicheröfen geheizt werden, oder in Kombination mit den bisherigen Heizungsarten über Warmwasserspeicher und zwar über das schon vorhandene Leitungsnetz der Elektrizitäts- und Überlandwerke. Damit würde weiterhin eine merkliche Brennstoff- und Deviseneinsparung erzielt.
  • 3.Für die Sommermonate würde das geringere, aber an der Küste noch reichliche Angebot an Windenergie die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff (H2) und Sauerstoff ermöglichen. Wasserstoff könnte dem Erdgas zum direkten Verbrauch beigemischt werden und uns vom Import dieser Energie entlasten und so die handelsbilanz verbessern, entsprechend den Vorstellungen von Molly (9), Jara2 und anderen (23), Bohn (26), W.E.Heronemus (27).
  • 4. Wasserstoff ließe sich erstmals zu einem günstigeren Preise herstellen und wäre als umweltfreundlicher Kraftstoff verfügbar, zumal entsprechende Automotore schon erprobt werden, um die Luft im Stadtverkehr zu verbessern.
  • 5. Billiger Wasserstoff würde die chemische Industrie zur Herstellung vieler neuer Produkte anregen und die Erzeugung mancher altbewährter Stoffe wie z.3. Düngemittel und andere N113-Produkte erleichtern. NH3 in Wasser gelöst wäre mit 5300 kcal/l zur Speicherung und nach Katalyse zu N2 + 3E2 im Auto und in den Kraftwerken mit Gasturbinen als Treibstoff geeignet.
  • 6. Als beste Speicherung wäre die Anlagerung von Wasserstoff (H2) an Kohle und an Schweröl (= Hydrierung) zu nennen, die im Benzin und im Dieselöl die höchste Energiekonzentration aufweisen. Auch würde die bisherige Hydrierung der Kohle vereinfacht und verbilligt.
  • In diesem Zusammenhang wäre auch die Verbesserung der Erdölgewinnung zu nennen; denn durch Hineinpressen von Ein die versiegenden Ölquellen ließe sich deren Ausbeute wahrscheinlich mehr erhöhen als mit Wasserdampf. Hierbei ließe sich auf diese Weise E2 in großen Mengem unterirdisch speichern.
  • 7. Als weitere Speichermöglichkeit für Wlndenergie weisen Molly (9) und Jaraß (23) auf ein Druckluftspeicherwerk nahe Huntorf bei Bremen hin; doch könnte statt der Luft auch reiner Sauerstoff, der bei der Elektrolyse des Wassers gewonnen wird, in den unterirdischen Speicher gedrückt werden und getrennt davon ebenso Wasserstoff, um beide beim Betrieb der Gasturbine zur Deckung der Spitzenlast einzusetzen.
  • 8. Ein schon vorhandener großer Speicher für den Strom aus Wind ist in dem Verbundnetz zu sehen.
  • Verbesserung der Wasserwirtschaft Schon vor loo Jahren hatte die Windenergie für die Wzsserwirtschaft weltweit eine grobe Bedeutung erlangt. Mit Hilfe des WK. wird die WindLraft diese Stellung wiedergewimnen, da sie auf die Dauer kostengünstiger ist und zwar: 1.für den Wassertransport in vielen Gebieten der Erde: a.zur Speicherung (Speicherbecken, HochEehälter); b.zur Bewässerung in den wärmeren Zonen; c.zur Entwässerung (z.B. in den Niederlanden); 2.für die Bereitstellung und Aufbereitung von Trinkwasser mittels Sauerstoff (02) und Ozon 3.zur Wiederaufbereitung der Abwässer, Seen und Flüsse mittels Luft bzw.. 02 und 4.zur Entsalzung von Meerwasser nach der Art der umgekehrten Osmose, wie sie von Pries, Borchers und Petersen ausführlich dargestellt wird (25).
  • Die günstigste Nutzung der Windenergie ist- der direkte Verbrauch des erzeugten elektrischen Stromes in einet Verbundnetz, wie es Honnef (4), Molly (9) und Jaraß und Mitarbeiter (23) fordern; denn jede Umwandlung der Energie zwecks Speicherung bringt-Verluste mit sich. Der direkte Verbrauch der Windenergie anstelle der konventionell erzeugten elektr. Energie spart Brennstoff und weitere darauf aufgebaute Kraftwerke (23).
  • Vorteile 1-2 Die Erteilung eines Patents gemäß den Ansprüchen für den hier dargestellten WK wird aus folgenden Gründen bzw.
  • wegen dieser Vorteile beantragt: 1 Der WK ist unabhängig von der Windrichtung und wird von den freiumströmenden Luftmassen in Rotation versetzt, wobei plötzliche Änderungen der Windrichtung bei starken Böen für den WK ungelährlicn sind, sodaß auch die Wind kraft in Höhen von 100-500 m genützt werden kann, wodurch die Wirtschaftlichkeit sich wesentlich verbessert.
  • 2. Durch seine Kreiselform ist er statisch und dynamisch gegen Sturmböen bis zum Orkan (330 km/h) stabil und daher für fast alle Klimazonen geeignet.
  • 3. Durch seine relativ einfache Bauweise läßt er in den verschiedenen Variationen, in allen sinnvollen Größenordnungen und auch über den loo NW-Bereich hinaus höchste Sicherheit und keine größere Schwierigkeiten im Betrieb erwarten.
  • 4. Eine im Bau oder im Betrieb in Erscheinung tretende Unr wucht läßt sich gerade wegen der Kreiselform durch Anr bringen von Gewichten ausgleichen.
  • 5. Die drei (oder vier) Schaufelarme geben dem WK ein großes Drehmoment und gleichzeitig ein großes Trägheitsmoment, sodaß ein leichtes Anlaufen bei schwachen Wind (2-3 mZs als auch ein relativ ruhiger Lauf im Shrmßzu erwarten ist.
  • 6. Durch die Kreiselform ist in einfacher Weise eine Regelung der Drehzahl möglich: ar mittels der Winddurchlaßklappen; b) durch Verschieben von Gewichten im Kreisel mit Hilfe von Stellmotoren, elektronisch und notfalls von der Hand.
  • 7. Der Turm-WK ermöglicht den Einbau mehrerer Generatoren mit verschiedenen Leistungsbereichen.- die elektronisch dem jeweiligen Windaufkommen entsprechend und auf die Drehzahl abgestimmt zu- oder abgeschaltet und außerdem noch variabel erregt werden können. Auf dicse Weise läßt sich eine möglichst hohe Energieausbeute des Windes im.
  • Bereich von 3-20 m/s Windgeschwindigkeit erzielen.
  • 8. In windstarken Gebieten ist bei diesen Großanlagen auch die Nutzung höherer Windgeschwindigkeiten durch stufenloses Zuschalten der Elektrolyse-Aggregate möglich. In Kombination mit Gleichstrombremsen wird auch im Sturm ein Überdrehen verhindert und noch Energie gewonnen.
  • 9. Die Kraft wird nicht an der Nabe, sondern am Inneren Umfange des WKs bzw. IWLs nach Art eines Göpels abgenommen, sodaß auf ein besonderes Getriebe evtl. verzichtet werden kann.
  • 10. Der WK benötigt als Langsamläufer (1-5 U/min) keine großen Sicherheitszonen und verursacht keine störenden Windgeräusche.
  • 11. Auch ist ein Abreißen eines Schaufelarmes durch Zentrum fugalkräfte nicht zu befürchten, da selbst im Orkan mit 60 m/s Windgeschwindigkeiten die Umfangsgeschwindigkeit des WKs innerhalb der kritischen Dehngrenze für Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen gehalten werden kann.
  • Hinzu kommt, daß durch die Corioliskraft die Zentrifugalkraft der Umfangsgeschwindigkeit vektorial in; eine Drehbeschleunigung umgewandelt wird.
  • Auch ein Umbiegen der Schaufelarme durch Staukräfte und Böen oder ein Durchbruch infolge Eigenschwingungen ist beim WK wegen seiner Form nicht zu erwarten.
  • 12. Der WK bietet mit der konkaven Seite seiner Schaufelarme dem Winde eine große Widerstandsfläche und mit der konvexen Seite eine doppelt bis drei- oder viermal so große Auftriebsfläche, sodaß bei genügender Windgeschwindigkeit, wie etwa dem Jahresmittel, die durch den Widerstand (cw= 0,1y5- - o,2) und Auftrieb (cA = o,3 - o,45) aufgenommene Energie pro Schaufelarm und Kreiseldrehung (00 - 1800)1 sich addieren bzw mit Zunahme der Windgeschwindigkeit potenzieren; so läßt sich die Kapazität des WK relativ einfach ermitteln. Umgekehrt ist auf diese Weise von der gewünschten Energie und dem zu erwartenden Windaufkommen ausgehend die erforderliche Größe des WKs zu errechnen. Hierbei ist für wind schwache Gebiete die konkave Fläche der Schaufelarme entsprechend größer und die konvexe Fläche kleiner zu wählen, bzw. für windstarke Gebiete umgekehrt. Ebenso ist in Versuchen die Stärke der Corioliskraft und des Msgnuseffektes zu ermitteln und in die Berechnung der Nennleistung einzubeziehen.
  • Da große Windkraftanlagen vorzugsweise in windstarken Regionen errichtet werden, erhöht sich für den WK der Leistungsfaktor c p zusätzlich; a. durch die Verdichtung der Windkraft in den Hohlschaufeln und deren Ableitung über die langen Schaufelarme; b. durch den Magnuseffekt, indem der umströmenden Luftmasse strudelartig Energie entzogen wird, auch im Bereich von 900- 270°bzw. 3600; c durch die FlieSkraft, die zwar zentrifugal nach außen hin wirkt, jedoch d; durch die Corioliskraft, indem sie als Drall das Drehmoment verstärkt (Pohl: 28).
  • 13. Aus diesen Gründen ist der Wirkungsgrad pro Schaufelarm des WK mit 0p = o,45 - o,6 anzusetzen und auf die Gesamtfläche bezogen mit cp = o,2 - o,3.
  • Messungen an Modellen im Windkanal sind für jede gewünschte Nennleistung erforderlich, um die optimale Form und das Verhältnis der Widerstands- zur Auftriebsfläche zu ermitteln.
  • Beschreibung der Zeichnungen, die zum besseren Verständnis der Form und des Aufbaues des bipyramidalen WKs beitragen sollten. Sie dienen als Beweis, daß der bipyramidale WK ein neues Prinzip in der Reihe der verschiedenen WEKs darstellt, welches durch seine großen Angriffsflächen und durch die Nutzung der Corioliskraft Nennleistungen bis in die Hundert-MW-Bereiche ermöglicht So zeigen Fig. 1a und ib hohe Türme mit den beiden Versionen der bipyramidalen Schaufelarme.
  • Fig. 2a stellt in sogenannten Schreinerschnitten den pyramidalen Charakter der oberen Hälfte des WKs dar, dem die untere Hälfte entspricht.
  • Fig. 2b demonstriert den bipyramidalen Aufbau des WKs von der Seite gesehen mit Sitz auf einem Turm;.
  • Fig. 3 zeigt im Querschnitt die trigonale Konstruktion des WKs, und in Fig. 4 sieht man im Frontalschnitt den bipyramidalen Rotor über dem Turmkopf hängend. Mit L sind die beiden großen Lifte für schwere Lasten gekennzeichnet und mit G und R die möglichen Positionen für die Generatoren und die Regelanlagen.
  • Die Zugänge und Treppen zu den Fenstern und den Winddurch laßklappen in den doppelwandigen Schaufelarmen sind nicht, eingezeichnet, da sie für das Prinzip des bipyramidalen Rotors von untergeordnettr Fig. 5 Leistungskurve.
  • Literaturverzeichnis 1 La Cour,P.: in: König.F.v. (15): S.108 und Bilau,K.(3): S.7 2 Betz,A.: Wind-Energie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen aus: Naturwissenschaft und Technik, Heft 2 (1926); Göttingen: Vandenhoeck und Ruprecht A.G. S.18-20 3 Bilau,K.: Windmühlenbau einst und jetzt. Verlag der Wochenschrift "Die Mühle"(1933); Leipzig: Moritz Schäfer, S.42/43 4 Honnef,H.: Windkraftwerke.(1932) Braunschweig: Vieweg & Sohn 51Hütter,U.: Windkraftmaschinen, Hütte, Band IIa, 28. Auflage, Berlin 1954, S.1o37 52Hütter,U.: Energie-Erzeugung aus Windkraft.
  • Beitrag in: Lueger Lexikon der Technik, Bd. 6/7. Stuttgart: Deutsche Verlagsanstalt, 1965 6 Just,W.: Windmotor mit vertikaler bei Auftriebsausnutzung. Re ichsarbeit sgeme inschaft Windkraft, Denkschrift 7, Berlin-5teglitz,1943. Siehe Molly(9) S.42 7 Put@am,P.C.: Power pro the Wind. D.Van Nostrand Company, New York,1948. Siehe Molly(9) S.16 und König(15) S.136/137 8 Krabbe,U.: nach Himmel,M.(11) 9 Molly,J.P.: Windenergie in Theorie und Praxis, Grundlagen und Einsatz. Karlsruhe: Müller, 1978. S.11, 14/16, 18/24, 26/28, 57/73, 102, 123/126 10 Wortmann,F.X.: in Molly(9) S.80 11 Himmel,M.: Moderne Perspektiven zur Nutzung der Windenergie; Beitrag, in "Windmühlen" von Edelgard und Wolfgang Fröde. Köln, DU Mont, 1981, S.112 12 Wiesner,G.: Windkraftwerke - Realität oder Utopie? technik heute, 5-1981, S.42 131Helm,S.: Erstellung baureifer Unterlagen für eine große Windenergieanlage GROWIAN 1, Beitrag in: Statusbericht Windenergie. Bundesminister für Forschung und Technologie (BMFT); Bonn 198o. YDI-Verlag Düsseldorf. S.1 132Herzog,W.: Beitrag in: Die Zeit: Nr.43 vom 22.10.82.
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  • Deutsches Fernsehen - ARD - an 3.8.82 21 Greff,E.; Holzdeppe,D.: Konzentration der Windenergie in Wirbelfeldern und deren Ausnutzung zum Zwecke der Energieerzeugung (Phase I). Beitrag in: Statusbericht Winaenergie 1980. VDI-Verlag. S.389 22 Obermair,G., Hoffmann,L., Jaraß,A., Jaraß,L.: Potential, Wirtschaftlichkeit und Marktdurchsetzung von Windkraftwerken. Beitrag in: Statusbericht Windenergie 198ao VDI-Verlag. S. 113, 119/122 231Jaraß,L.: Strom aus Wind / Integration einer regeneratver Energiequelle. Springer-Verlag: Heidelberger Taschenbücher, Berlin, Heidelberg, New York 1981. S.28, 34/48, 122/123 232Jaraß,L., Hoffmann,L., Jaraß,A., Obermair,G.: Windenergie. Eine systemanalytische Bewertung des technischen und wirtschaftlichen Potentials für die Stromerzeugung der Bundesrepublik Deutschland; Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1981 24 Gossenberger,M. Elektromark Hagen, Trapp,R., Universität Hannover: Untersuchung von Windenergie im Mittelgebirge unter Berücksichtigung der vorhandenen Speichermöglichkeiten. Statusbericht Windenergie 1980. VDI-Verlag S.163 25 Fries,S., Borchers,D., Petersen,G.: Vergleichende Untersuchungen des Betriebsverhaltens von Windenergieanlagen der Leistungsklasse 10 kW. Statusbericht Windenergie 1980 VDI-Verlag, S.341, 353 26 Bohn,Th.: Vorwort zum: Seminar Windenergie der Kernforschungsanlage (KFA) Jülich vom 12. September 1974 27 Jeronemus,W.E.: Großtechnische Nutzungsmöglichkeiten für die Elektrizitätsversorgung; Beitrag in: Seminar Windenergie der KFA Jülich vom 12. September 1974, S.117 28 Pohl,R.W.: Einführung in die Physik. Erster Band: Mechanik und Akustik; Berlin, Verlag Julius Springer 1930, S.108 29 Schul@@es, C.u.Mora, B.: Wind Motor; US-PS 1 430 406, Sept. 1922 30 Le Bihan, M.J.: Moulin à vent à haut rendement FR-PS 1 o55 o52, Febr. 1954 31 Snarbach, H.C.: WIND POWERED ROTATING DEVICE US-PS 3 941 504. Mar. 2. 1976.
  • 32 Bücke, J. Dr. u. Hahn, J.: Verfahren und Vorrichtung zum fremdenergiefreiem Antrieb von Walzen und Zylinderrotoren mit Hilfe eines Horizontalen- Zweischalen Überströmrotors. DE-OS 31 17 857 A. : 18 11. 82.
  • 33 Gößler, R., Kriebel, H.: Energiesorgen - vom Winde verweht? ELO 11/1982 S 40 34 Stampa, U.: Windkraftanlagen: Einige Fragen an Theoretiker " . Sonnenenergie 3/83, S 4u.5 35 Selzer, H.: " Monopteros " im Probebetrieb.
  • Sonnenenergie 4/83, S 3 36 Hunt, V.D.: Wind - Power. A Handbook on Energy Conversion Systems. Van Nostrand Reinhold Company New York - London. 1981 37 BINE - Informationspaket: Nutzung der Windenergie: Stand Januar 1982; Fachinformationszentrum Energie etc.
  • GmbH, Karlsruhe.
  • 38 Windenergie: Größtes Windkraftwerk der Welt entsteht auf Hawai: MOD - 5A, General Electric Company (USA).
  • Sonnenenergie 6/83, S 2.
  • Inhaltsverzeichnis zum Patentantrag für den Windkreisel (WK) (neu geordnet): Zusammenfassung (neu gefaßt) Titelblatt Patentansprüche (neu gefaßt) Seite 1 - 2
    Zum Stand der Technk für)... (alt) Seite 3 - 4
    Windenergiekonverter )... (Ergänzung) Seite 5 - 6
    .. (alt.) Seite 7 - 8 Problemstellung (neu gefaßt) Seite 9 - 1o Problemlösung und Beschreibung des WKs, Bau und Betrieb (neu gefaßt) Seite 11 - 13 Beispiel (neu gefaßt) Seite 14
    Die großtechnische Nutzung (neu gefaßt) Seite 15
    der Windenergie ) (alt) Seite 16
    Speicherung der Windenergie (neu gefaßt) Seite 17 (alt, mit Seite 18 Änderung in Zeile 26 ) Vorteile des WKs (alt) Seite 18 (alt, mit Seite 19 Änderung der Zeilen 17 - 23 ) (neu gefaßt Seite 20 - 21 Beschreibung der Zeichnungen (neu gefaßt) Seite 22 Literaturverzeichnis (alt) Seite 23 - 25 mit Nachtrag (neu) Seite 26 Inhaltsverzeichnis (neu gefaßt) Seite 27 Zeichnungen (neu) Seite 28 - L e e r s e i t e -

Claims (1)

  1. Patentansprüche Verfahren und Maschine zur wirtschaftlichen Nutzung der kinetischen Energie der Coriolis- und der Zentrifugalkraft mit Hilfe des Windkreisels (WK), einem horizontal sich drehenden Windenergiekonverter (W bei dem durch den Impuls des Windes die Umwandlung der zusammenwirkenden Kräfte in elektrische Energie erfolgt.
    Dieser Konverter, der hauptsächlich für Großanla&en gedacht ist, zeichnet sich dadurch aus, daß er 1. als sehr großer WK mit einer Nennleistung zwischen 30 und 500 tN und mehr sich um einen 10o-30Q m hohen Turm im frei umströmenden Winde in der Horizontalen dreht Die Höhe des bipyramidalen Rotors beträgt etwa 150-400 mi und der Drehkreisdurchmesser äquatorial 160-360 m je nach der gewünschten Leistung.
    Für die Aufnahme der Energie sind drei riesige Schaufelarme symnetrisch an einem entsprechend großen tri-, tetra- oder poiygonal-bipyramidalen Hohlkörper als tragendes Gerüst befestigt.
    Der WK ist, über dem Turmkopf hängend, horizontal drehbar und nur im bzw. um seinen energetischen Schwerpumkt so federnd gelagert, dab auch begrenzte Nickbewegungen des Rotors möglich sind.
    Jeder Schaufelarm hat, von der konkaven Seite gesehen, die Form einer abgestumpften, gekrümmten Pfeilspitze und besteht aus je einer kleineren, konkaven und einer größere ren, konvexen Schaufelwand, die innen durch ein stabiles Stützgerüst bzw. durch Zellenverbund und an den Kanten direkt fest miteinander verbunden sind, damit sie auch dem stärksten Sturm widerstehen.
    Die oberen und unteren Kanten des bipyramidalen Rotors sind zusätzlich zur konkaven Seite hin nach innen gebogen und symmetrisch durch einstellbare Winddurchlaßklappen unterbrochen.
    Unterhalb der Randkrümmung sind wasserdichte und sturmfeste Fenster in gleichmäßigen Abständen in die beiden Schaufelwände eingefügt und über Gänge und Treppen vom Zentrum her zu erreichen Außerdem sind die Schaufelwände doppelwandig gebaut, so daß genügend große Luftkammern gebildet werden, um im Winter die Außenhaut durch Beheizung möglichst eisfrei zu halten.
    Jeder Schaufelarm wird zur Peripherie hin gleichmäßig schmäler und endet trapezartig mit einer Breite von 10-20 m. Diese 1. Version des WKs ist für windstarke Gebiete gedacht.
    Als 2. Version ist der WK nach dem Anspruch 1 in: 2 gekennzeichnet, daß jeder Schaufelarm in eine Hohischale, die dem Viertel einer Hohlkugel entspricht, endet, welche quer in der Mitte eine breite.Einkerbung hat. Am äußeren Ende der Einkerbung ist ein flach bipyramidales, beidseits mit einem spiralförmigen Relief versehenes Kreiselrad eingehängt, das sioh um seine vertikale Achse dreht und einen ß von mehr als 1o m hat. Diese peripheren Kreiselräder werden sowohl durch schwachen Wind (1,5-3 m/s) als auch von der Zentrale aus durch Elektromotore zur Rotation gebracht und dienen als Starthilfe nach der Flaute.
    Die Motore können auch als Generatoren Strom (z.Bv für die Beleuchtung des WKs) liefern, indem sie von der Zentrale aus entsprechend umgeschaltet werden.
    Diese 2. Version der Schaufelarme ist für Regionen mittlerer Windstärken gedacht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006107225A1 (fr) * 2005-04-06 2006-10-12 Lopez Preto Virgilo Marquez Cr Unité de production d'énergie électrique en utilisant la force centrifuge, coriolis et du vent

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