DE3628651A1 - Anlage zur nutzung von windenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Nutzung von Wind­ energie mit einem Windrad.

Bei herkömmlichen Anlagen der obengenannten Gattung wird die von dem Windrad geleistete mechanische Arbeit in der Regel direkt mechanisch genutzt, beispielsweise bei einer Windmühle, oder sie wird in elektrische Energie umgewandelt, die dann ih­ rerseits genutzt wird. Da jedoch keine geeigneten Hilfsmittel zur Verfügung stehen, um elektrische Energie über einen län­ geren Zeitraum zu speichern, aus Batterien geht beispielsweise mit der Zeit ein erheblicher Teil der elektrischen Energie ver­ loren, ist die elektrische Energie in der Regel zum sofortigen Verbrauch bestimmt. Schwierigkeiten treten dabei insbesondere dadurch auf, daß zu Zeitpunkten, zu denen Energie benötigt wird, oftmals gerade kein ausreichender Wind weht, um das Wind­ rad anzutreiben, so daß die benötigte Energie oftmals nicht zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die von den Windver­ hältnissen zeitlich weitgehend unabhängig ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst worden, durch einen vom Windrad antreibbaren, dem Windrad nachgeschalteten Kompres­ sor und durch einen mit dem Kompressor mediumleitend verbunde­ nen Druckspeicher für das vom Kompressor komprimierte Medium.

Die von dem Windrad geleistete Arbeit wird genutzt, um in dem Druckspeicher einen Druck aufzubauen, so daß ein im wesent­ lichen durch den Wirkungsgrad des Kompressors bestimmter An­ teil der vom Windrad geleisteten Arbeit als Energieinhalt in dem komprimierten Medium im Druckspeicher gespeichert wird. Dieser gespeicherte Energieinhalt kann zu einem beliebigen Zeitpunkt verbraucht werden, mit Vorteil insbesondere auch zu einem Zeitpunkt, zu dem das Windrad, mangels Wind, nicht ange­ trieben ist, d.h. zu einem Zeitpunkt, zu dem normalerweise kei­ ne Windenergie zur Verfügung stünde. Die erfindungsgemäße Anla­ ge ist daher mit Vorteil zeitlich von den Windverhältnissen un­ abhängig. Der Energieinhalt ist in dem Druckspeicher über nahe­ zu beliebig lange Zeit speicherbar, so daß auch über eine län­ gere, windstille Periode im Druckspeicher ein Energievorrat zur Verfügung steht, aus dem Verbraucher versorgt werden kön­ nen.

Das Windrad kann auf einer waagerechten oder auf einer lot­ rechten Achse gelagert sein. Dabei kann das Windrad beispiels­ weise Flügel aufweisen, es kann aber auch Schaufeln oder der­ gleichen besitzen.

Bei einer bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen An­ lage ist der Kompressor ein Luft-Kompressor, so daß als Medium Umgebungsluft im Druckspeicher komprimiert werden kann, was den Vorteil hat, daß für das zu komprimierende Medium kein Re­ servoir geschaffen zu werden braucht, das über den Kompressor mit dem Druckspeicher zu einem Mediumkreislauf verbunden wer­ den muß. Es ist jedoch denkbar, auch ein anderes Medium als Luft zu verwenden.

Vorzugsweise ist der Druckspeicher ein an sich bekannter Tank, mit dem bereits vorhandene Anlagen zusammen mit einem Kompressor in einfacher Weise nachgerüstet werden können.

Zur Nutzung des im Druckspeicher gespeicherten Energiein­ haltes ist nach einer Weiterbildung der Erfindung eine Strö­ mungsmaschine vorgesehen und weist der Druckspeicher einen vor­ zugsweise mittels eines Sperrorgans betätigbaren Mediumaus­ tritt auf, über den der Druckspeicher mediumleitend als Versor­ gungsreservoir an die Strömungsmaschine angeschlossen ist. Der Einsatz einer Strömungsmaschine hat den Vorteil, daß das im Druckspeicher befindliche Medium auch bei einem relativ gerin­ gen Überdruck zum Antrieb der Strömungsmaschine genutzt werden kann. Insbesondere kann die von dem Windrad geleistete Arbeit bei ausreichendem Wind und laufendem Windrad auch nahezu unver­ züglich genutzt werden, indem das Medium mittels des Kompres­ sors lediglich durch den Druckspeicher gepumpt wird, den Druck­ speicher durchströmt und die Strömungsmaschine antreibt, ohne daß sich ein nennenswerter Druck im Druckspeicher aufbauen muß. Der Betrieb der Strömungsmaschine ist beispielsweise mit dem vorzugsweise regelbaren Sperrorgan steuerbar.

Als Strömungsmaschine könnte beispielsweise eine Turbine eingesetzt werden, nach einer nächsten Weiterbildung der Erfin­ dung ist jedoch eine Strömungsmaschine vorgesehen, die ein drehbar gelagertes Rad aufweist, welches im Nabenbereich einen Versorgungsanschluß zur Zuleitung von Medium in hohl ausgebil­ dete, speichenartig an der Nabe angeordnete Arme aufweist, und sind an den freien Enden der Arme tangential zum Radumfang und zueinander gleichsinnig ausgerichtete Ausströmöffnungen für das Medium angeordnet. Die Ausströmgeschwindigkeit bestimmt die Drehzahl des Rades der Strömungsmaschine und damit die als Rotationsenergie zur Verfügung stehende Energie, die einem Ver­ braucher zugeführt werden kann. Vorzugsweise ist jede Ausström­ öffnung zur Erzielung eines besonders hohen Antriebsimpulses als Laval-Düse ausgebildet.

Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist die Strömungsmaschine als Antrieb eines Elektrogenerators einge­ setzt, so daß die Rotationsenergie der Strömungsmaschine mit Vorteil in elektrische Energie umgewandelt wird, die Verbrau­ chern in einfacher Weise zuführbar ist. Durch den vorgeschal­ teten Druckspeicher steht diese elektrische Energie mit Vor­ teil zu beliebigen Zeitpunkten zur Verfügung, ohne daß die elektrische Energie selbst, beispielsweise mit Hilfe von Bat­ terien, gespeichert zu werden braucht.

Bei einer bevorzugten Ausbildung weist der Elektrogenera­ tor eine auf die dem Elektrogenerator jeweils abverlangte Lei­ stung reagierende Steuerungseinrichtung auf, die das Sperror­ gan des Mediumaustrittes betätigend mit dem Sperrorgan in Wirk­ verbindung steht. Dies hat den Vorteil, daß dem Druckspeicher nur soviel Medium entnommen wird, wie für die abverlangte Lei­ stung unbedingt nötig ist.

Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 ein Schaltungsprinzip einer Anlage zur Nutzung von Windenergie,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines Rades einer in die Anlage gemäß Fig. 1 eingesetzten Strömungsmaschine und

Fig. 3 einen Schnitt durch das Rad gemäß Fig. 2 entlang der in Fig. 2 mit III-III strichpunktierten Linie.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage weist ein Windrad 1 auf, welches über eine Welle 2 einen Kompresser 3 antreibt. Der Kom­ pressor 3 ist druckseitig über eine Leitung 4 mediumleitend mit einem Druckspeicher 5 verbunden. Der Druckspeicher 5 weist einen Mediumaustritt 6 auf, der über eine Zuleitung 7 an eine Strömungsmaschine 8 angeschlossen ist. Die Strömungsmaschine 8 treibt einen Elektrogenerator 9 an, von dem über Kabel 10 elek­ trische Energie abgenommen werden kann.

Die Strömungsmaschine 8 weist ein Rad auf, welches in der Fig. 2 in der Vorderansicht und in Fig. 3 in einem Schnitt dar­ gestellt ist.

Das Rad weist eine Nabe 11 auf, von der speichenartig Arme 12 radial abstehen. Die Nabe 11 und die Arme 12 sind hohl aus­ gebildet und mediumleitend miteinander verbunden. An der Nabe 11 ist die Zuleitung 7 des Druckspeichers 5 anschließbar, so daß aus dem Druckspeicher 5 austretendes Medium in die Nabe 11 und von dort durch die Arme 12 geleitet werden kann. An den freien Enden der Arme sind Ausströmöffnungen 13 für das Medium angeordnet, die tangential zu dem Rad und gleichsinnig zueinan­ der ausgerichtet sind, so daß das Rad durch das ausströmende Medium in Drehung versetzt wird. In dem in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiel ist jede Ausströmöffnung 13 als Laval-Düse ausgebildet.

Claims (9)

1. Anlage zur Nutzung von Windenergie mit einem Windrad, gekennzeichnet durch einen vom Windrad (1) antreibbaren, dem Windrad (1) nachge­ schalteten Kompressor (3) und durch einen mit dem Kompressor (3) mediumleitend verbundenen Druckspeicher (5) für das vom Kompressor (3) komprimierte Medium.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (3) ein Luft-Kompressor ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (5) ein Tank ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druckspeicher (5) einen Mediumaustritt (6) aufweist, über den der Druckspeicher (5) mediumleitend als Ver­ sorgungsreservoir an eine Strömungsmaschine (8) angeschlossen ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediumaustritt (6) mittels eines betätigbaren Sperrorgans re­ gelbar ist.

6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmaschine (8) ein drehbar gelagertes Rad auf­ weist, welches im Nabenbereich einen Versorgungsanschluß zur Zuleitung von Medium in hohl ausgebildete, speichenartig an der Nabe (11) angeordnete Arme (12) aufweist, und daß an den freien Enden der Arme (12) tangential zum Radumfang und zueinander gleichsinnig ausgerichtete Ausströmöffnungen (13) für das Medium angeordnet sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß je­ de Ausströmöffnung (13) als Laval-Düse ausgebildet ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strömungsmaschine (8) als Antrieb eines Elek­ trogenerators (9) eingesetzt ist.

9. Anlage nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrogenerator (9) eine auf die dem Elektrogenerator (9) jeweils abverlangte Leistung reagierende Steuerungseinrich­ tung aufweist, die das Sperrorgan des Mediumaustrittes (6) be­ tätigend mit dem Sperrorgan in Wirkverbindung steht.