DE3622119A1 - Wind power station for locating at sea - Google Patents

Wind power station for locating at sea

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Abstract

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Description

Windkraftwerke auf dem Land haben beträchtliche Nachteile gegenüber einer Stationierung auf See. Das Meer hat riesige Wasserflächen mit guten Windverhältnissen. Eine Beeinträchtigung der Umgebung - wie auf dem Land - ist bei genügendem Abstand von der Küste nicht vorhanden. Wenn die Anlagen entsprechend gesichert sind, ähnl. wie Bojen und Kennfeuer, wird auch die Schiffahrt nicht gefährdet. Der Transport kann durch Schleppen über See relativ einfach an den Stationierungsort erfolgen. Durch die Erzeugung von Strom, d. h. Umsetzung der durch den Wind erzeugten mechanischen Energie in elektrische Energie, kann durch Elektrolyse, d. h. Zerlegung des vorhandenen Meereswassers, Wasserstoffgas erzeugt werden. Dieses kann über einen Kompressor in Tanks gespeichert werden. Über ein Funksignal kann das Wasserstoffgas durch entspr. Tankschiffe abtransportiert werden. Dadurch sind diese Windkraftwerke vollkommen ortsunabhängig, d. h. sie können an jedem Ort mit günstigen Windverhältnissen und Wassertiefen durch Ankerung stationiert werden.Rural wind power plants have significant disadvantages compared to a deployment at sea. The sea has huge areas of water with good wind conditions. An impairment of Environment - like in the country - is at a sufficient distance from the Coast not available. If the facilities are backed up accordingly are similar shipping, like buoys and beacons not endangered. Transport can be done by towing over sea can be done relatively easily to the location. Through the Generation of electricity, d. H. Implementation of those generated by the wind mechanical energy into electrical energy, can by electrolysis, d. H. Decomposition of the existing sea water, hydrogen gas be generated. This can be done via a compressor in tanks get saved. The hydrogen gas can be transmitted via a radio signal are transported away by corresponding tankers. Thereby these wind power plants completely independent of location, d. H. you can in any location with favorable wind conditions and water depths be stationed by anchoring.

Zur Verankerung dienen 3 Ankerketten unter 120°, Fig. 1 Nr. 9 In der Erfindung wird die Umsetzung der Windkraft in mechanische Energie durch ein sehr robustes Windkraftwerk, das ein Laufrad mit senkrechter Achse aufweist, vorgeschlagen, das sich für die rauhen Verhältnisse auf See eignet. Selbstverständlich können auch andere Systeme infrage kommen. Zur Leistungserhöhung besteht die Anlage aus einem Leitrad, siehe Fig. 1 Nr. 4, und Laufrad Nr. 3. Das Leitrad Nr. 4 hat unterschiedliche Schaufeln, die die Luftströmung, Fig. 2 Nr. 24, in tangentiale Richtung auf das Laufrad Nr. 3 lenken. Dieses hat ein symmetrisches Schaufelgitter, in dem die Strömung in mechanische Energie umgesetzt wird. Das Leitrad Nr. 4 wird durch das Leitwerk, Fig. 1 Nr. 10, und Trimmklappe 11 immer entspr. der Windrichtung so gedreht, daß die Schaufeln, wie in Fig. 2, zu der Windrichtung 24 stehen. Diese Drehung kann auch über eine Automatik erfolgen, siehe Fig. 4. Über den Verklicker 27 mit elektrischem Geber wird das Leitrad Nr. 4, verbunden mit dem Zahnkranz 28, über das Ritzel 29 durch den Motor 31 mit Getriebe 30 in den Wind gedreht. Dadurch erhält das Leitrad Nr. 4 die günstigste Anströmrichtung. In Lee, d. h. der Wind abgekehrten Seite, sind die Schaufeln des Leitrades Nr. 4 so ausgelegt, daß die aus dem Leitrad Nr. 3 ausströmende Luft in Windrichtung umgelenkt wird, sodaß kein Rückstau auftritt. Die Trimmklappe 11 kann auch mit einer Automatik verbunden werden, die das Rückdrehmoment des Laitrades Nr. 4 entspr. der Windstärke ausgleicht. Das gleiche gilt für das Kippmoment infolge des Winddruckes. Dieses kann durch das Höhenleitwerk 25 der Fig. 1 mit Höhenruder 26 erfolgen, wobei ebenfalls der Ausschlag des Höhenruders 26 über eine Automatik, entspr. dem Winddruck, gesteuert werden kann. Laufrad 3 und Leitrad 4 sind auf der Achse 5 gelagert. Die Achse 5 ist in dem eigentlichen Körper 18, der als eine Betonröhre vorzugsweise gefertigt wird, befestigt. In dem Betonkörper 18 sind die Aggregate, Generator 13, Gleichrichter 14, Elektrolyseanlage 15 und Kompressoranlage 16, in getrennten Kammern untergebracht. Der Generator 13 wird über die Welle 7 angetrieben. In dem Körper 18 befindet sich der Speicherraum 17, in den das Wasserstoffgas durch den Kompressor 16 gedrückt wird. Dieses kann über die Leitung 12 entnommen werden. Die Elektrolyseanlage 15 und Kompressor 16 sowie der Speicherraum 17 können über die Leitung 8 mit Stickstoffgas gespült werden, damit eine Vermischung von Luft und Wasserstoff vermieden wird. Die Belastung der Elektrolyseanlage 15 erfolgt über Spannungsregler, siehe Fig. 3 Nr. 22, die die einzelnen Elektrolysekammern 23 je nach Generatorspannung zu- oder abschalten. Selbstverständlich könnte auch über einen entspr. Speicher das anfallende Sauerstoffgas aufgefangen werden. Auf jeden Fall wird, wenn der Sauerstoff nicht aufgefangen und an die Atmosphäre weitergegeben wird, der für die Verbrennung des Wasserstoffs erforderliche Sauerstoff in der gleichen Menge der Luft zugeführt.For anchorage are 3 anchor chains at 120 °, Fig. 1 No. 9 In the invention, the conversion of wind power into mechanical energy by a very robust wind power plant, which has an impeller with a vertical axis, which is suitable for the harsh conditions at sea is suitable. Of course, other systems can also be considered. To increase performance, the system consists of a stator, see Fig. 1 No. 4 and impeller No. 3 . The stator No. 4 has different blades which direct the air flow, FIG. 2 No. 24 , in a tangential direction onto the impeller No. 3 . This has a symmetrical vane grille in which the flow is converted into mechanical energy. The guide wheel No. 4 is always rotated by the tail unit, FIG. 1 No. 10 , and trim flap 11 in accordance with the wind direction so that the blades, as in FIG. 2, are in the wind direction 24 . This rotation can also take place via an automatic system, see FIG. 4. Via the clicker 27 with an electrical transmitter, the stator No. 4 , connected to the ring gear 28 , is rotated into the wind by the motor 31 with a gear 30 via the pinion 29 . This gives stator no. 4 the most favorable flow direction. In the lee, ie the side away from the wind, the blades of the stator no. 4 are designed so that the air flowing out of the stator no. 3 is deflected in the wind direction, so that no backflow occurs. The trim tab 11 can also be connected to an automatic system that compensates for the reverse torque of the Laitrad No. 4 according to the wind force. The same applies to the tipping moment due to the wind pressure. This can be done by the elevator 25 of FIG. 1 with elevator 26 , whereby the deflection of elevator 26 can also be controlled by an automatic system, corresponding to the wind pressure. Impeller 3 and stator 4 are mounted on the axis 5 . The axis 5 is fixed in the actual body 18 , which is preferably manufactured as a concrete tube. The aggregates, generator 13 , rectifier 14 , electrolysis system 15 and compressor system 16 are accommodated in separate chambers in the concrete body 18 . The generator 13 is driven via the shaft 7 . In the body 18 is the storage space 17 , into which the hydrogen gas is pressed by the compressor 16 . This can be removed via line 12 . The electrolysis system 15 and the compressor 16 as well as the storage space 17 can be flushed with nitrogen gas via the line 8 , so that mixing of air and hydrogen is avoided. The load on the electrolysis system 15 is carried out via voltage regulators, see FIG. 3 No. 22 , which switch the individual electrolysis chambers 23 on or off depending on the generator voltage. Of course, the resulting oxygen gas could also be collected via a corresponding storage. In any case, if the oxygen is not collected and released to the atmosphere, the oxygen required to burn the hydrogen is added to the air in the same amount.

Solche Windkraftanlagen lassen sich in Gruppen zusammenfassen, siehe Fig. 5, d. h. daß mehrere Windkraftwerke 32 mit einem gemeinsamen Zentrum 36 auf See verankert sind, wobei das Zentrum 36 die für die Wasserstofferzeugung und Speicherung erforderlichen Aggregate aufweist, während die Windkraftwerke 32 lediglich über den Generator den Strom erzeugen, der über die Leitungen 33 dem Zentrum 16 zugeführt werden. Die Verankerung der Anlage erfolgt ebenfalls auf dem Meeresboden über die Ankerketten 9 und zwischen den Elementen durch die Seile 34 und 35. Durch diese Aufteilung würde eine Vereinfachung und Rationalisierung erzielt werden. Für die Fertigung der Leit- und Laufräder sollten mögl. leichte Werkstoffe, entspr. dem Flugzeugbau, verwendet werden. Durch eine entspr. Serienfertigung wäre, da der Stationierung kaum Grenzen gesetzt sind, eine weitgehende Deckung des Energiebedarfs ohne Umweltbelastung möglich.Such wind turbines can be summarized in groups, see FIG. 5, that is to say that a plurality of wind power plants 32 are anchored at sea with a common center 36 , the center 36 having the aggregates required for hydrogen generation and storage, while the wind power plants 32 only have the generator generate the current that is supplied to the center 16 via the lines 33 . The system is also anchored on the seabed via anchor chains 9 and between the elements by cables 34 and 35 . This division would simplify and rationalize. For the manufacture of the guide and impellers should poss. light materials, corresponding to aircraft construction, are used. A corresponding series production would, since there are hardly any limits to the stationing, an extensive coverage of the energy requirement without environmental pollution.

Eine weitere Variante der Ausführung bzw. Erfindung wird in Fig. 6 und 7 dargestellt. Hierbei wird die Windkraftanlage nur durch eine Ankerkette Nr. 9 gehalten; und zwar an einem Hebelarm 38. Diese Anordnung ergibt durch den Winddruck ein Moment, das das Leitrad 4 immer in Richtung des Windes stellt. Dadurch kann auf eine drehbare Lagerung mit Automatik bzw. Leitwerk 10 verzichtet werden. Die Ankerkette 9 muß allerdings am Boden 41, siehe Fig. 7, drehbar mit dem Anker 40 über ein Drehgelenk 39 befestigt werden. Die Windkraftanlage dreht durch diese Anordnung in einem bestimmten Kreis um den Ankerpunkt, je nach Windrichtung, d. h. die schwoit. Außerdem wurde bei dieser Ausführung die Speicherung des Wasserstoffs in einem kugelförmigen Tank 37 vorgesehen, der gleichzeitig als Auftriebskörper dient. Nur der Generator 13 wurde oberhalb dieses Auftriebskörpers angeordnet, während die anderen Aggregate, wie Kompressor 16, Elektrolyseanlage 15 und Gleichrichter 14, zur Verbesserung der Stabilität unterhalb des Auftriebskörpers 37 angeordnet sind.Another variant of the embodiment or invention is shown in FIGS. 6 and 7. Here, the wind turbine is held only by an anchor chain No. 9 ; on a lever arm 38 . This arrangement results from the wind pressure a moment that the stator 4 always sets in the direction of the wind. This means that there is no need for a rotatable bearing with an automatic or tail unit 10 . The anchor chain 9 must, however, be rotatably fastened to the base 41 , see FIG. 7, with the anchor 40 via a swivel 39 . This arrangement turns the wind turbine in a certain circle around the anchor point, depending on the wind direction, ie the wind. In addition, the storage of the hydrogen in a spherical tank 37 was provided in this embodiment, which also serves as a buoyancy body. Only the generator 13 was arranged above this buoyancy body, while the other units, such as compressor 16 , electrolysis system 15 and rectifier 14 , are arranged below the buoyancy body 37 to improve stability.

  • Benennung der Zeichnungen Fig. 1 Schnitt durch das Windkraftwerk
    Fig. 2 Schnitt A-B durch das Leit- und Laufrad
    Fig. 3 Schaltung Elektrolyseanlage
    Fig. 4 Leitrad mit Verklicker und automatisch gesteuertem Drehwerk
    Fig. 5 Windkraftwerke Draufsicht mit zentraler Elektrolyse- und Speicheranlage sowie Abspannung
    Fig. 6 Windkraftwerk mit feststehendem Leitrad und Kugeltank
    Fig. 7 Verankerung am Boden1. Kennlicht für die Schiffahrt
    2. Lagerung des Leitrades oben
    3. Laufrad
    4. Leitrad
    5. Achse des Leit- u. Laufrades
    6. Lagerung des Leit- u. Laufrades
    7. Laufradwelle
    8. Stickstoffspülleitung
    9. Abspannung zur Verankerung
    10. Leitwerk
    11. Trimmklappe zum Leitwerk
    12. Wasserstoffgasentnahmeleitung
    13. Generator mit Getriebe
    14. Gleichrichter
    15. Elektrolyseanlage mit Wasserpumpe
    16. Kompressoranlage mit Kühlung
    17. Raum für Wasserstoffspeicherung
    18. Tragkörper
    19. Ballast
    20. Wasserspiegel
    21. Laufradlagerung
    22. Spannungsrelais
    23. Elektrolysekammer
    24. Windrichtung
    25. Höhenleitwerk
    26. Höhenruder
    27. Verklicker mit elektrischem Geber
    28. Zahnkranz des Leitrades
    29. Ritzel
    30. Untersetzungsgetriebe
    31. Elektromotor zur Drehung
    32. Windkraftwerk nur mit Generator
    33. Stromkabel zum Zentrum
    34. Seilabspannung des Zentrums
    35. Abspannung zwischen den einzelnen Windkraftwerken
    36. Zentrum mit Elektrolyseanlagen, Kompressor und Speicher für Wasserstoffgas
    37. kugelförmiger Tank
    38. Hebelarm mit Auge
    39. Drehgelenk
    40. Anker
    41. Boden    Name of the drawings Fig. 1 section through the wind power plant
    Fig. 2 section AB through the guide and impeller
    Fig. 3 circuit electrolysis plant
    Fig. 4 idler with clinker and automatically controlled slewing gear
    Fig. 5 wind turbines top view with central electrolysis and storage system and guy
    Fig. 6 wind turbine with fixed idler and ball tank
    Fig. 7 anchored to the bottom 1. Identification light for shipping
    2nd Bearing of the stator above
    3rd Wheel
    4th Diffuser
    5 . Axis of the control u. Impeller
    6 . Storage of the control and Impeller
    7 . Impeller shaft
    8 . Nitrogen purge line
    9 . Bracing for anchoring
    10th Tail unit
    11 . Trim tab to the tail unit
    12 . Hydrogen gas extraction line
    13 . Generator with gear
    14 . Rectifier
    15 . Electrolysis plant with water pump
    16 . Compressor system with cooling
    17th Space for hydrogen storage
    18th Supporting body
    19th ballast
    20th Water level
    21st Impeller bearing
    22 . Voltage relay
    23 . Electrolysis chamber
    24th Wind direction
    25th Horizontal stabilizer
    26 . Elevator
    27th Clinker with electrical encoder
    28 Idler gear ring gear
    29 . pinion
    30th Reduction gear
    31 Electric motor for rotation
    32 . Wind power plant with generator only
    33 . Power cable to the center
    34 . Rope tensioning of the center
    35 . Bracing between the individual wind power plants
    36 . Center with electrolysis systems, compressor and storage for hydrogen gas
    37 . spherical tank
    38 . Lever arm with eye
    39 . Swivel
    40 . anchor
    41 . ground

Claims (8)

1. Windkraftwerk insbesondere für die Stationierung auf See, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anlage die mechanische Energie in elektrische Energie und diese in einer Elektrolyseanlage durch Zerlegung von Meerwasser Wasserstoffgas erzeugt, welches in der Anlage gespeichert wird.1. Wind power plant in particular for stationing at sea, characterized in that the mechanical energy in the system into electrical energy and this in an electrolysis system by decomposing sea water hydrogen gas, which is stored in the system. 2. Windkraftwerk wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffgas durch eine Kompressoranlage zur Speicherung komprimiert oder verflüssigt wird.2. Wind power plant as claimed in claim 1, that the hydrogen gas through a compressor system for Storage is compressed or liquefied. 3. Windkraftwerk wie Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Elektrolyse anfallende Sauerstoffgas nicht an die Atmosphäre abgegeben, sondern getrennt vom Wasserstoffgas gespeichert wird.3. Wind power plant as claimed in claims 1 and 2, that the oxygen gas produced during electrolysis is not released into the atmosphere, but separated from the hydrogen gas is saved. 4. Windkraftwerk wie Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Windkraft in mechanische Energie durch ein Laufrad und Leitrad erfolgt, deren Achse senkrecht steht, wobei das Leitrad unterschiedlich geformte Schaufeln enthält, die die anströmende Luft über ca. 180° tangential auf das Laufrad-Schaufelgitter lenken, wobei das Leitrad über ein mit ihm verbundenes Leitwerk oder einem automatisch gesteuerten Drehwerk in die optimale Stellung entspr. der vorhandenen Windrichtung gedreht wird.4. Wind power plant as claimed in claims 1, 2 and 3, that the conversion of wind power into mechanical energy by there is an impeller and stator whose axis is perpendicular, where the stator contains differently shaped blades, which the incoming air is tangent to the Steer the impeller vane grille, with the stator over tail unit connected to it or an automatically controlled one Slewing gear in the optimal position according to the existing one Wind direction is turned. 5. Windkraftwerk wie Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitwerk ein Höhenruder besitzt, das das durch den Winddruck erzeugte Kippmoment weitgehend reduziert.5. Wind power plant as claimed in claim 1, 2, 3 and 4, that the tail has an elevator that the Tipping moment generated by the wind pressure is largely reduced. 6. Windkraftwerk wie Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Windkraft in mechanische Energie durch ein Laufrad mit feststehendem Leitrad erfolgt, deren Achse senkrecht steht, wobei das Leitrad unterschiedlich geformte Schaufeln enthält, die die anströmende Luft über ca. 180° tangential auf das Laufrad-Schaufelgitter lenken. Die Drehung gegen den Wind erfolgt durch die Verankerung dadurch, daß die Ankerkette an einem Hebelarm angreift, der fest mit der Windkraftanlage verbunden ist und daß die Ankerkette am Anker drehbar befestigt wird. 6. Wind power plant as claimed in claims 1, 2 and 3, that the conversion of wind power into mechanical energy by an impeller with a fixed stator, whose Axis is vertical, with the stator different shaped blades that contain the incoming air Steer approx. 180 ° tangentially onto the impeller blade grille. The anchoring turns against the wind in that the anchor chain engages a lever arm, the is firmly connected to the wind turbine and that the Anchor chain is rotatably attached to the anchor.   7. Windkraftwerk wie Anspruch 1, 2, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher für das Wasserstoffgas als kugelförmiger Tank ausgebildet wird, der gleichzeitig als Auftriebskörper dient, wobei Leit- und Laufrad sowie Genrator über diesem Kugeltank liegen und die Aggregate zur Wasserstoffgaserzeugung unter dem Kugeltank angeordnet sind.7. Wind power plant like claim 1, 2, 3 and 6, characterized characterized in that the storage for the hydrogen gas is designed as a spherical tank that also serves as a buoyancy and impeller and genrator lie over this ball tank and the units for hydrogen gas generation below the ball tank are arranged. 8. Windkraftwerk wie Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Windkraftwerke vorhanden sind, die elektrische Energie erzeugen und daß in einer gemeinsamen zentralen Anlage mittels dieser elektrischen Energie Wasserstoffgas erzeugt und gespeichert wird.8. Wind power plant as claimed in claims 1 to 7, that there are several wind turbines, the electrical Generate energy and that in a common central Plant using this electrical energy hydrogen gas is generated and saved.
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