DE3710150A1 - Method for generating energy and device for implementing the method, in particular using wind-energy converters or internal-combustion engines - Google Patents
Method for generating energy and device for implementing the method, in particular using wind-energy converters or internal-combustion enginesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung von Energie mittels zu einem Hybridsystem zusammengeschlossener mit regenerativen bzw. fossilen Energieträgern arbeitenden Energiewandlern und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere unter Einsatz von Windenergiekonvertern und Brennkraftmaschinen, wobei sämtliche Energiewandler auf eine gemeinsame Arbeitsmaschine, ausgelegt für variable Drehzahlen bzw. einen gemeinsamen Verbraucher arbeiten.The invention relates to a method for converting Energy by means of a hybrid system working with renewable or fossil fuels Energy converters and device for carrying out the process, especially using wind energy converters and internal combustion engines, all energy converters on a common machine, designed for variable Speeds or a common consumer work.
Hybride Energieversorgungs-Anlagen sind gekennzeichnet durch die Anordnung von mindestens zwei Energiewandlern, die von verschiedenen Primärenergieträgern gespeist werden. Hybrid energy supply systems are characterized by the arrangement of at least two energy converters by different primary energy sources.
Unterschieden wird dabei zwischen Systemen, bei denen sämtliche Komponenten mit regenerativen Primärenergieträgern und solchen Systemen, bei denen regenerativ und fossile Primär energieträger eingesetzt werden.A distinction is made between systems in which all Components with regenerative primary energy sources and such systems where regenerative and fossil primary energy sources are used.
Als bekannt sind z. N. zur Erzeugung elektrischen Stromes Energiewandler anzusehen, die mit konstanter Drehzahl betrieben werden, um an dem von ihnen angetriebenen Generator bzw. Generatoren elektrischen Strom vorgegebener Frequenz abnehmen zu können, beispielsweise für das Einspeisen in ein Netz mit 50 Hz.As are known for. N. for generating electrical current Watch energy converters that operate at constant speed to be on the generator they are driving or generators of electrical current of a predetermined frequency to be able to decrease, for example for feeding into a network with 50 Hz.
Bei derartigen Anlagen wird die vorgeschriebene Frequenz eingehalten ohne Rücksicht auf eine optimale Nutzung, sowohl des regenerativen Primärenergieangebotes, als auch des last- und drehzahlabhängigen, minimalen Verbrauchs an fossilen Energieträgern.In such systems, the prescribed frequency adhered to regardless of optimal use, both the regenerative primary energy supply, as well as the load and speed dependent, minimal fossil consumption Energy sources.
Die bekannten Anlagen weisen für beide Systeme je einen als Stromerzeuger dienenden Generator auf, wobei deren Koppelung auf der elektrischen Seite erfolgt.The known systems have one for each of the two systems Electricity generator serving on, their coupling done on the electrical side.
Während mit regenerativen Primärenergie arbeitende Energiewandler z. B. Windenergiekonverter hinsichtlich der Speicherfähigkeit abhängig sind vom sich ständig ändernden Energieangebot, ist die Energie bei mit fossiler Primärenergie arbeitenden Energiewandlern z. B. Dieselmotoren jederzeit abrufbar. While energy converters working with regenerative primary energy e.g. B. Wind energy converter with regard to storage capacity depend on the constantly changing energy supply, is the energy at with fossil primary energy working energy converters z. B. Diesel engines available at any time.
Nur in der Verbindung eines mit jederzeit abrufbarer Energie arbeitenden Energiewandlers oder einem großen Sekundär energiespeicher werden mit regenerativer Energie arbeitende Energiewandler z. B. Windenergiekonverter zur jederzeit verfügbaren Energieversorgung einzelner oder mehrerer nur von dieser Energiequelle abhängiger Verbraucher.Only in combination with one that can be called up at any time working energy converter or a large secondary energy storage systems are working with renewable energy Energy converter z. B. Wind energy converter available at any time Energy supply for one or more only from this energy source dependent consumer.
Konventionelle Lösungen unter Einsatz regenerativer Primärenergiewandler nutzen bei konstanter Drehzahl das Energieangebot nur ungenügend aus.Conventional solutions using regenerative primary energy converters use the energy supply at constant speed insufficient.
Mit fossilen Energieträgern arbeitende Energiewandler z. B. Verbrennungskraftmaschinen weisen im Teillastbetrieb bei konstanter Drehzahl einen spezifisch hohen Brennstoffverbrauch auf. Außerdem verkürzen unnötig hohe Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine deren Lebensdauer.Energy converters working with fossil fuels e.g. B. Internal combustion engines demonstrate in part-load operation constant speed a specifically high fuel consumption on. In addition, unnecessarily high speeds shorten the Internal combustion engine their lifespan.
Die vergleichbare Technik netzgeführter Anlagen eignet sich
nur für symmetrisch belastete, niederohmige und stabile Verbundnetze.
Die Technik für die Einspeisung in schwache Netze
ist konstruktiv und regelungstechnisch aufwendig oder erfordert
einen Gleichstrom-Zwischenkreis mit Wechselrichter.
Anlagen die beiden Anforderungen gerecht werden, was für
Regionen mit unzuverlässiger Netzversorgung zwingend ist,
erfordern nach dem Stand der Technik den erheblichen Aufwand
auf der elektrischen Seite der Anlage.
The comparable technology of network-guided systems is only suitable for symmetrically loaded, low-resistance and stable interconnected networks. The technology for feeding into weak networks is complex in terms of design and control technology or requires a DC link with an inverter. Systems that meet both requirements, which is imperative for regions with unreliable power supply, require the considerable effort on the electrical side of the system according to the prior art.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, als Hybridsystem mit fossilen und regenerativen Energiewandlern arbeitende Energieversorgungsanlagen in bezug auf optimale Ausnutzung des regenerativen Energieangebotes und in bezug auf einen minimalen Verbrauch an fossilen Brennstoffen bei geringst möglichen Drehzahlen zu verbessern.The object of the present invention is as a hybrid system working with fossil and regenerative energy converters Energy supply systems with regard to optimal utilization of the regenerative energy supply and in relation to one minimal consumption of fossil fuels with minimal possible speeds to improve.
Die gestellte Aufgabe soll außerdem unter wesentlicher Verringerung des Bauteile- und Betriebskostenaufwandes für die gesamte Anlage und insbesondere für den elektrischen Anlagenteil gelöst werden.The task is also intended to be significantly reduced the component and operating costs for the entire system and especially for the electrical system part be solved.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. 2 und in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung durch die Merkmale der diesen nachfolgenden Ansprüchen gelöst.The task is according to the invention by the features of claim 1 or 2 and in a further advantageous embodiment by the features of the following claims solved.
Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird eine optimale Ausnutzung des regenerativen Energieangebotes erreicht und der Betrieb des mit fossilen Energieträgern arbeitenden Energiewandlers erfolgt bei minimalem Brennstoffverbrauch.With a method according to the invention or a method according to the invention A facility for carrying out the process will be a optimal utilization of the regenerative energy supply achieved and the operation of those working with fossil fuels Energy converter takes place with minimal fuel consumption.
Der Betrieb mit lastabhängiger Drehzahl führt zur Verlängerung der Standzeit der mit fossilen Brennstoffen arbeitenden Energiewandler (z. B. Dieselmotoren).Operation at load-dependent speed leads to extension the service life of those working with fossil fuels Energy converters (e.g. diesel engines).
Außerdem ergeben sich nach dem erfindungsgemäßen Aufbau der Einrichtung bzw. nach dem Verfahren wesentliche Vorteile durch die erhebliche Reduzierung des Bauaufwandes, insbesondere des elektrisch arbeitenden Anlageteiles.In addition, according to the structure of the invention Establishment or significant advantages according to the procedure due to the considerable reduction in construction costs, in particular of the electrical system part.
Die erfindungsgemäße Ausbilung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht begrenzt auf Primärenergieträger der beschriebenen Art. Die Merkmale sind übertragbar z. B. auf in Hybridsystemen zusammenwirkende Turbinen bzw. Solar generatoren oder dergleichen.The training according to the invention or the one according to the invention The process is not limited to primary energy sources described type. The features are transferable z. B. on turbines or solar interacting in hybrid systems generators or the like.
Der Einsatz von nach dem bekannten Darrieus-Prinzip arbeitenden Windenergiekonvertern, ermöglicht durch die senkrechte Rotordrehachse die Anordnung des Antriebes in Bodennähe. Der doppelt gespeiste Generator, dessen Läufer sowohl vom Windenenergiekonverter als auch von der Brennkraftmaschine antreibbar ist, liefert bei variabler Eingangsdrehzahl eine konstante Frequenz der abgegebenen elektrischen Energie (ein- oder mehrphasig).The use of working according to the well-known Darrieus principle Wind energy converters, made possible by the vertical Rotor rotation axis the arrangement of the drive near the ground. The double-fed generator, whose rotor runs both from Wind energy converter as well as from the internal combustion engine is drivable, provides a variable input speed constant frequency of the delivered electrical energy (single or multi-phase).
Der Erfindung ist die Betriebscharakteristik der Energiewandler des erfindungsgemäß arbeitenden bzw. ausgebildeten Hybridsystems zugrundegelegt.The invention is the operating characteristic of the energy converter of working or trained according to the invention Based on the hybrid system.
Gekennzeichnet ist die Betriebscharakteristik des Wind energiekonverters dadurch, daßThe operating characteristic of the wind is marked energy converter in that
- - die Leistung proportional der 3. Potenz der Windge schwindigkeit ist, wobei- the power is proportional to the 3rd power of the windge is speed, being
- - zum Erreichen der optimalen Leistung die Rotordrehzahl proportional der Windgeschwindigkeit verändert wird und wobei- the rotor speed to achieve optimal performance changed proportionally to the wind speed will and where
- - jeder Drehzahl eine Windgeschwindigkeit zugeordnet ist, die eine obere Grenzleistung liefert.- A wind speed assigned to each speed which provides an upper limit power.
Die Charakteristik der Brennkraftmaschine ist gekennzeichnet dadurch, daßThe characteristic of the internal combustion engine is marked as a result of that
- - bei festgehaltener Drehzahl, in bestimmten Bereichen, mit fallender Leistung der spezifische Brennstoffverbrauch steigt, daß- at a fixed speed, in certain areas, with decreasing output the specific fuel consumption increases that
- - die Minimierung des Brennstoffverbrauches eine lastabhängige Drehzahl erfordert und daß- The minimization of fuel consumption is a load-dependent Speed required and that
- - die Lebensdauer einer Brennkraftmaschine sich mit abnehmender Drehzahl erhöht.- The life of an internal combustion engine with decreasing speed increased.
Die Arbeitsmaschinendrehzahl ist der freie Optimierungs parameter des Systems. Die Drehzahlen des Windenergiekonverters und die Drehzahlen der Brennkraftmaschine ergeben sich aus den Getriebeübersetzungen zur Arbeitsmaschine (Generator). Sie stehen damit auch in einem festen Verhältnis zueinander.The machine speed is free optimization system parameters. The speeds of the wind energy converter and the speeds of the internal combustion engine result from the gear ratios to the working machine (Generator). They are also in a fixed relationship to each other.
Beispielsweise ergeben sich aus der durch die geregelte Erregung wind- und bedarfsabhängig eingestellten Generatordrehzahl die momentanen Leistungsanteile beider Energiewandler. Aus den Kennfeldern z. B. von Dieselmotoren und Windenergiekonvertern leitet sich ab, daß nicht die Maximierung des Anteiles des Windenergiekonverters im Hybridbetrieb zu einem Minimum des Brennstoffverbrauches führt.For example, result from the regulated excitation generator speed set according to wind and demand the current power shares of both energy converters. From the maps z. B. of diesel engines and wind energy converters derives from the fact that the maximization of the Share of the wind energy converter in hybrid operation at one Minimum fuel consumption leads.
Der zentrale Regler der Hybridanlage kontrolliert den Brennstoffstrom so, daß mit einem Minimum, erforderlichenfalls mit dem Anteil des Windenergiekonverters, die vom Verbraucher angeforderte Leistung bereitgestellt wird.The central controller of the hybrid system controls the fuel flow so that with a minimum, if necessary with the share of the wind energy converter by the consumer requested service is provided.
Die Drehzahl des Generators und damit die Drehzahl des Wind energiekonverters wird dabei gerade auf einer solchen Höhe gehalten, daß bei der herrschenden Windgeschwindigkeit der Windenergiekonverter den notwendigen Leistungsanteil erbringt. Kurzzeitig Energieangebots- und -bedarfsspitzen werden durch Kurzzeitspeicher ausgeglichen.The speed of the generator and thus the speed of the wind Energy converters are just at such a height held that at the prevailing wind speed the Wind energy converter provides the necessary power share. Short-term energy supply and demand peaks are compensated by short-term storage.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt, die nachfolgend näher beschrieben sind. Es zeigtIn the drawing are exemplary embodiments according to the invention shown, which are described in more detail below. It shows
Fig. 1 in schematisierter Darstellung den Aufbau einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie als Hybridsystem, Fig. 1 in a schematic representation of the structure of a device for generating electrical energy as a hybrid system,
Fig. 2a und 2b die Kennfelder einer Darieus-Wind energieanlage bzw. eines Dieselmotors in angepaßter Darstellung und mit beispielsweisen Betriebspunkten und die FIGS. 2a and 2b, the characteristic diagrams of a power plant Darieus wind or a diesel engine at an updated display and with exemplary operating points and the
Fig. 3a bis 3g in schematisierter Darstellung beispielsweise Anordnungen der Komponenten des Hybridsystems. Fig. 3a to 3g in a schematic representation, for example, arrangements of the components of the hybrid system.
Das beispielsweise Hybridsystem gemäß Fig. 1 arbeitet mit einem Energiewandler in Form eines Windenergiekonverters nach dem Darrieus-Prinzip mit vertikaler Drehachse und einen mit fossilem Energieträger arbeitenden Energiewandler in Form einer Diesel-Brennkraftmaschine.The hybrid system according to FIG. 1, for example, works with an energy converter in the form of a wind energy converter based on the Darrieus principle with a vertical axis of rotation and an energy converter in the form of a diesel internal combustion engine working with fossil energy sources.
In Fig. 1 ist mit 1 insgesamt der Windenergiekonverter, mit 2 die als Dieselkraftmaschine ausgeführte Brennkraftmaschine und mit 3 ein an den Windenergiekonverter 1 und an die Brennkraftmaschine 2 wahlweise einzeln oder gemeinsam anschließbarer Wechselstrom-Synchrongenerator bezeichnet. Mit 4 ist ferner insgesamt die Steuerung der Windturbine 1 und mit 5 die Steuerung der Dieselkraftmaschine 2, mit 6 ein Generatorregler und mit 7 der zentrale Betriebsregler des Hybridsystems bezeichnet. Der zentrale Regler 7 beeinflußt, sowohl den Generatorregler 6 als auch die Steuerung 4 des Windenergiekonverters 1 bzw. die Steuerung 5 der Brennkraftmaschine 2.In Fig. 1, 1 denotes the wind energy converter overall, 2 the internal combustion engine designed as a diesel engine, and 3 an alternating current synchronous generator which can be connected individually or jointly to the wind energy converter 1 and to the internal combustion engine 2 . 4 also denotes the overall control of the wind turbine 1 and 5 the control of the diesel engine 2 , 6 a generator controller and 7 the central operating controller of the hybrid system. The central controller 7 influences both the generator controller 6 and the controller 4 of the wind energy converter 1 and the controller 5 of the internal combustion engine 2 .
Im einzelnen besteht der Windenergiekonverter 1 in bekannter Weise aus dem Rotor 10 mit seiner senkrecht stehenden Rotor drehachse 11 und den im Querschnitt profilierten Rotorblättern 12. Die nach dem Darrieus-Prinzip bogenförmig nach außen gewölbten Rotorblätter 12 sind über Trägerteile mit der Rotordrehachse 11 fest verbunden. Ferner sind noch ein oberes und unteres Drehlager für die drehbare Aufnahme der Rotordrehachse 11 und am oberen Ende des Rotormastes angreifende und am Boden verankerte Verspannung 14 vorgesehen. Die Rotordrehachse 11 ist kuppelbar mit dem Läufer 30 des Wechselstrom-Synchron-Generator 3, was später noch näher erläutert ist.In detail, the wind energy converter 1 consists in a known manner of the rotor 10 with its perpendicular rotor axis of rotation 11 and the rotor blades 12 with a cross-sectional profile. The rotor blades 12, which are curved outwards in an arc shape according to the Darrieus principle, are fixedly connected to the rotor axis of rotation 11 via carrier parts. Furthermore, an upper and lower pivot bearing are provided for the rotatable reception of the rotor axis of rotation 11 and bracing 14 which engages at the upper end of the rotor mast and is anchored to the ground. The rotor axis of rotation 11 can be coupled to the rotor 30 of the AC synchronous generator 3 , which will be explained in more detail later.
Die Dieselkraftmaschine 2 üblicher Bauart ist mit ihrer Ausgangswelle bzw. Abtriebswelle 20 ebenfalls wie die Rotordrehachse 11 der Windturbine 1 an den Läufer 30 des Synchron-Generators 3 angeschlossen.The diesel engine 2 of conventional design is connected to the rotor 30 of the synchronous generator 3 with its output shaft or output shaft 20 , just like the rotor axis of rotation 11 of the wind turbine 1 .
Der Anschluß der Rotordrehachse 11 der Windturbine 1 und der Abtriebswelle 20 der Brennkraftmaschine 2 erfolgt je mittels einer Überholkupplung 31 bzw. 32, an den Läufer 30 des Synchron- Generator 3 so, daß die jeweils mit höherer Drehzahl arbeitende Systemkomponente 1 bzw. 2 sich selbsttätig an den Läufer 30 des Generators 3 an- bzw. abzukoppeln vermag. Dabei folgen bei dem beschriebenen hybriden, autonomen Ener gieversorgungssystemen die verschiedenen Betriebsweisen aus der vom Verbraucher geforderten und von den Systemkomponenten 1 bzw. 2 angebotenen Leistungen.The connection of the rotor axis of rotation 11 of the wind turbine 1 and the output shaft 20 of the internal combustion engine 2 takes place by means of an overrunning clutch 31 and 32 , respectively, on the rotor 30 of the synchronous generator 3 in such a way that the system components 1 and 2 , each operating at a higher speed, operate automatically is able to couple or decouple to the rotor 30 of the generator 3 . In the case of the described hybrid, autonomous energy supply systems, the various modes of operation follow from the services required by the consumer and offered by the system components 1 and 2 .
Für die Leistungsanteile der Systemkomponenten 1 bzw. 2 ergeben sich dabei nach nachfolgend angegebene charakteristische Betriebszustände.For the power components of system components 1 and 2 , the characteristic operating states are as follows.
a)V < W/V = W-DL b)V = W/V = W c)V < W/V = W + D d)V = 0/V = D a) V < W / V = W - DL b) V = W / V = W c) V < W / V = W + D d) V = 0 / V = D
Wobei V für die Anforderung des Verbrauchers, W für den Leistungsanteil des Windenergiekonverters 1 und D für den Leistungsanteil der Verbrennungskraftmaschine 2 (Dieselmotor) steht.Where V stands for the demand of the consumer, W for the power share of the wind energy converter 1 and D for the power share of the internal combustion engine 2 (diesel engine).
Der Antrieb des Läufers 30 des Synchron-Generators 3 über die Rotordrehachse 11 des Windenergiekonverters 1 erfolgt unter Vermittlung eines Untersetzungsgetriebes 35, das beim vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Übersetzung bewirkt. Das Untersetzungsgetriebe 35 ist zwischen der Rotordrehachse 11 und der Überholkupplung 31 in den Antriebswellenzug für den Läufer 30 des Synchron-Generators 3 eingesetzt. Ferner ist für die Windturbine 1 eine Bremseinrichtung 37 vorgesehen. Die Bremseinrichtung 37 wird hierbei betätigt über die Steuerung 6 bei gegebenen, vorbestimmten Windgeschwindigkeiten.The rotor 30 of the synchronous generator 3 is driven via the rotor axis of rotation 11 of the wind energy converter 1 by means of a reduction gear 35 which, in the present exemplary embodiment, brings about a translation. The reduction gear 35 is inserted between the rotor axis of rotation 11 and the overrunning clutch 31 in the drive shaft train for the rotor 30 of the synchronous generator 3 . Furthermore, a braking device 37 is provided for the wind turbine 1 . The braking device 37 is actuated via the controller 6 at given, predetermined wind speeds.
Ein hier nicht näher beschriebener Startermotor, angeordnet z. B. zwischen Kupplung 31 und Getriebe 35, ist als Anlaufhilfe für den nach dem Darrieus-Prinzip arbeitenen Wind energiekonverter 1 vorgesehen. A starter motor, not described here, arranged z. B. between clutch 31 and gear 35 , is provided as a starting aid for the working according to the Darrieus wind energy converter 1 .
Bei einer Ausführung mit einem Synchron-Generator 3 ist ein netzgeführter Frequenzkonverter 40 zur Frequenzanpassung vor Einspeisung des erzeugten Stromes in ein lokales Netz 41 (Verbraucher) bestimmter Frequenz vorgesehen.In the case of an embodiment with a synchronous generator 3 , a network-guided frequency converter 40 is provided for frequency adjustment before the current generated is fed into a local network 41 (consumer) of a certain frequency.
In Fig. 2a ist das Kennfeld des Windenergiekonverters 1 und in Fig. 2b das der Dieselbrennkraftmaschine 2 gezeigt, und zwar in angepaßter Darstellung und mit beispielsweisen Betriebspunkten.The characteristic diagram of the wind energy converter 1 is shown in FIG. 2a and that of the diesel internal combustion engine 2 in FIG. 2b, specifically in an adapted representation and with exemplary operating points.
Im Diagramm gemäß Fig. 2a ist über den Drehzahlen n/n N des Windenergiekonverters 1, die Leistung P W /P WN aufgetragen. Die Kurven v/v N (v N = Nennwindgeschwindigkeit) geben den Leistungsverlauf an.The power P W / P WN is plotted against the speeds n / n N of the wind energy converter 1 in the diagram according to FIG. 2a. The curves v / v N (v N = nominal wind speed) indicate the performance curve.
In das Diagramm ist ferner die optimale Betriebskurve eingetragen.The optimal operating curve is also entered in the diagram.
Im zugehörigen Diagramm gemäß Fig. 2b ist angepaßt an das Diagramm nach Fig. 2a ebenfalls über den Drehzahlen n/n N der Brennkraftmaschine 2 die Leistung P D /P DN aufgetragen. Hierbei geben die Kurven B/B N den Brennstoffverbrauch bzw. die Kurven b/b min den spezifischen Brennstoffverbrauch an.In the associated diagram according to FIG. 2b, the power P D / P DN is also plotted against the speeds n / n N of the internal combustion engine 2 , adapted to the diagram according to FIG. 2a. The curves B / B N indicate the fuel consumption and the curves b / b min the specific fuel consumption.
Die Wirkungsweise gemäß dem Verfahren bzw. der Einrichtung ist anhand eines Beispiels wie nachfolgend beschrieben. Gemäß den Kennfeldern des Windenergiekonverters 1 bzw. der Brennkraftmaschine 2 nach Fig. 2a bzw. 2b läuft, wenn von den Verbrauchern 41 insgesamt Nennleistung des Generators 3 gefordert wird, im Falle einer Windgeschwindigkeit von 80% den Nennwertes v/v N = 0,8 der Windenergiekonverter 1 im Punkt A 1, wenn dieser bei Nenndrehzahl gehalten wird. Den fehlenden Beitrag liefert dazu die Brennkraftmaschine 2 im Betriebspunkt A 2, wenn auch diese mit Nenndrehzahl läuft. Kann sich die Drehzahl n/n N des Windenergiekonverters 1 dem Maximum der Kennlinie anpassen, so stellt sich der Punkt B 1 ein. Der Leistungsanteil der Brennkraftmaschine 2 fällt bei konstanter Drehzahl auf den Betriebspunkt B 2 zurück, wobei der Brennstoffverbrauch B/B N der Brennkraftmaschine 2 um ca. 10% zurückgeht.The mode of operation according to the method or the device is described using an example as follows. According to the characteristic diagrams of the wind energy converter 1 and the internal combustion engine 2 according to FIGS. 2a and 2b, if the total rated power of the generator 3 is required by the consumers 41, the rated value v / v N = 0.8 in the case of a wind speed of 80% the wind energy converter 1 at point A 1 if it is kept at the nominal speed. The missing contribution is made by the internal combustion engine 2 at the operating point A 2 , even if it is running at the rated speed. If the speed n / n N of the wind energy converter 1 can adapt to the maximum of the characteristic curve, the point B 1 is set . The power component of the internal combustion engine 2 falls back to the operating point B 2 at a constant speed, the fuel consumption B / B N of the internal combustion engine 2 decreasing by approximately 10%.
Mit einem beiden Komponenten gemeinsamen Generator 3 ist die Betriebszahl zunächst frei; die Regelung muß das Optimum ermitteln.With a generator 3 common to both components, the operating number is initially free; the regulation must determine the optimum.
Wieder ausgehend von der Windgeschwindigkeit v/v N = 0,8 ist der mögliche Windenergieanteil, übertragen auf das Kennfeld der Brennkraftmaschine 2, gerechnet von der Horizontalen P D /P DN = 1 nach unten, begrenzt durch die Kurve 1 - P W /P WD , auf der auch der Betriebspunkt A 2 liegt. Dem darunterliegenden Bereich entspricht damit der notwendige Beitrag der Brennkraftmaschine 2. Das Optimum liegt dann dort, wo der Beitrag der Brennkraftmaschine 2 mit einem Minimum an Brennstoff realisiert werden kann, das heißt im Betriebspunkt C 2. Die Brennstoffeinsparung beläuft sich dabei im Vergleich zum Arbeitspunkt A 2 für das vorliegende Beispiel auf ca. 20%. Die (bezogen auf eine Nenndrehzahl für 50 Hz) zu einem hohen Anteil der Betriebszeit niedrigere Drehzahl resultiert in einer Verlängerung der Lebensdauer der Brennkraftmaschine 2 um ein Mehrfaches. Bei den in der Zeichnung Fig. 3a bis Fig. 3g dargestellten Ausführungsbeispielen sind mit G die Generatoren 3 mit BMK die Brennkraftmaschinen 2 und mit V der an die Generatoren angeschlossene Verbraucher bezeichnet. Ferner sind die Wind energiekonverter 1 gemäß Fig. 1 in Form eines stillisierten Darrieus-Rotors dargestellt. Die Über- bzw. Untersetzungsgetriebe sind gemäß Fig. 1 mit 21 bzw. 35 und die Überhol kupplungen entsprechend mit 31 bzw. 32 bezeichnet.Starting again from the wind speed v / v N = 0.8, the possible wind energy component, transferred to the map of the internal combustion engine 2 , calculated downwards from the horizontal P D / P DN = 1, is limited by the curve 1 - P W / P WD , on which the operating point A 2 is also located. The area below it thus corresponds to the necessary contribution of the internal combustion engine 2 . The optimum is then where the contribution of the internal combustion engine 2 can be realized with a minimum of fuel, that is to say at the operating point C 2 . The fuel saving in comparison to the working point A 2 for the present example is approximately 20%. The (in relation to a nominal speed for 50 Hz) to a high proportion of the operating time lower speed results in an extension of the life of the internal combustion engine 2 by a multiple. In the case of the drawing in Fig. 3a to Fig. 3g embodiments shown are the generators 3 with BMK designated G, the engine 2 and with the V connected to the generators consumers. Furthermore, the wind energy converter 1 according to FIG. 1 is shown in the form of a stylized Darrieus rotor. The over or reduction gears are shown in FIG. 1 with 21 and 35 and the overtaking clutches with 31 and 32 respectively.
Mit M ist ein Antriebsmotor und mit 48 sind als Pumpen arbeitende Verbraucher V bezeichnet. M is a drive motor and 48 are consumers V working as pumps.
In Fig. 3a ist als Ausführungsform gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 1 vorgesehen, sowohl dem Windenergiekonverter 1, als auch derBrennkraftmaschine BKM je einen Generator G zuzuordnen. Die Zusammenführung der Anteile der erzeugten Leistung durch den Windenergiekonverter bzw. die Brennkraftmaschine erfolgt hier über die Generatoren G auf einen beiden gemeinsamen Verbraucher V.In Fig. 3a, as an embodiment compared to the embodiment according to Fig. 1, one generator G is assigned to both the wind energy converter 1 and the internal combustion engine BKM . The parts of the power generated by the wind energy converter or the internal combustion engine are combined here via the generators G to a common consumer V.
In Fig. 3b ist der Windenergiekonverter 1 über ein Getriebe 35 und eine Überholkupplung 31 an den Generator G angeschlossen. Gleichzeitig ist auch die Brennkraftmaschine BKM der Ausführung über eine Überholkupplung 32 an den Generator G angeschlossen. Vom Generator G wird der Verbraucher V gespeist.In Fig. 3b the wind energy converter 1 via a gear 35 and an overrunning clutch is connected to the generator G 31. At the same time, the internal combustion engine BKM of the design is connected to the generator G via an overrunning clutch 32 . The consumer V is fed by the generator G.
In Fig. 3c ist ein von einem Windenenergiekonverter 1 unmittelbar angetriebener Generator G und ein zweiter Generator G vorgesehen, der von einem Windenergiekonverter 1 über ein Getriebe 35 und eine Überholkupplung 31 und andererseits von einer Brennkraftmaschine BKM über eine Überholkupplung 32 angetrieben wird. Hierbei arbeiten die beiden Generatoren G auf den Verbraucher V.In Fig. 3c, a by a wind energy converter 1 immediately driven generator G and a second generator G is provided by a wind energy converter 1 via a gear 35 and an overrunning clutch 31 and, on the other hand, driven by an internal combustion engine BKM of an overrunning 32nd Here, the two generators G work on the consumer V.
Gemäß Fig. 3d ist vorgesehen, einen Windenergiekonverter 1 und eine Brennkraftmaschine je über eine Überholkupplung 31 bzw. 32 und ein Übersetzungsgetriebe 35 zusammenzufassen und mittels des Abtriebs des Getriebes und eine Überholkupplung 31 an einen Generator G anzuschließen. Der Generator G wird außerdem unter Vermittlung einer Überholkupplung 32 durch eine weitere Brennkraftmaschine BKM angetrieben. According to FIG. 3d, it is provided to combine a wind energy converter 1 and an internal combustion engine each via an overrunning clutch 31 or 32 and a transmission gear 35 and to connect it to a generator G by means of the output of the transmission and an overrunning clutch 31 . The generator G is also driven by a further internal combustion engine BKM by means of an overrunning clutch 32 .
In Fig. 3e sind einerseits ein Windenergiekonverter 1 und andererseits zwei Brennkraftmaschinen BKM vorgesehen. Der Windenergiekonverter 1 arbeitet über ein Getriebe 35 und eine Überholkupplung 31 auf einen von zwei Generatoren G, der über eine Überholkupplung 32 gleichzeitig an eine der Brennkraftmaschinen BKM anschließt. Der zweite Generator wird angetrieben durch die zweite Brennkraftmaschine BKM und die beiden Generatoren arbeiten gemeinsam auf den Verbraucher V.In Fig. 3e, a wind energy converter 1 and the other two internal combustion engines BKM one hand are provided. The wind energy converter 1 works via a gear 35 and an overrunning clutch 31 on one of two generators G , which simultaneously connects to one of the internal combustion engines BKM via an overrunning clutch 32 . The second generator is driven by the second internal combustion engine BKM and the two generators work together on the consumer V.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 3f ist ein Windkonverter 1 und eine Brennkraftmaschine BKM vorgesehen, wobei der Wind energiekonverter und die Brennkraftmaschine je über eine Überholkupplung 31 bzw. 32 auf den Generator G arbeiten. Der Generator G speist einen Antriebsmotor M an dessen Ausgangswelle das Pumpenrad einer Förderpumpe 48 angeschlossen ist.In the embodiment according to Fig. 3f, a wind converter 1 and an internal combustion engine BKM is provided, wherein the wind energy converter and the internal combustion engine per work on the generator G through an overrunning clutch 31 and 32 respectively. The generator G feeds a drive motor M to the output shaft of which the pump wheel of a feed pump 48 is connected.
Schließlich arbeitet bei der Ausführung gemäß Fig. 3g der Windenergiekonverter 1 über eine Überholkupplung unmittelbar auf die Antriebswelle des Pumpenrades einer Förderpumpe 48. Eine dem Windenergiekonverter 1 zugeordnete Brennkraft maschine BKM ist hierbei unter Vermittlung einer Überhol kupplung 31 und ein Getriebe 35 an die Antriebswelle der Pumpe 48 bzw. die Abtriebswelle des Windenergiekonverters 1 angeschlossen.Finally, in the embodiment according to FIG. 3g, the wind energy converter 1 works directly on the drive shaft of the pump wheel of a feed pump 48 via an overrunning clutch. An assigned to the wind energy converter 1 internal combustion engine BKM is connected via an overrunning clutch 31 and a gear 35 to the drive shaft of the pump 48 or the output shaft of the wind energy converter 1 .
Claims (10)
- - sowohl der Windkonverter (1) als auch die Brennkraftmaschine
(2) fremdgeführt sind, wobei der
Windenergiekonverter (1) arbeitet
in Abhängigkeit von den Regelgrößen,
- - Windgeschwindigkeit (V/V N )
- - Rotordrehzahl (n/n N ) und
- - Drehmoment
und die Brennkraftmaschine (2) in Abhängigkeit von den Regelgrößen - - momentaner Brennstoffverbrauch (B/B N ),
- - momentane Drehzahl (n/n N ) und
- - momentaner Drehmoment, und
- daß ferner
- - der Windenergiekonverter (1) in Abhängigkeit von der Vorgabe der momentanen Ausgangsleistung (P W /P WN ),
- - die Brennkraftmaschine (2), in Abhängigkeit von der Vorgabe der momentanen Brennstoffzufuhr (B/B N ) und
- - die Arbeitsmaschine (3) in Abhängigkeit von der Vorgabe eines den Komponentensteuerungen (4 bzw. 5) übergeordneten, zentralen Betriebsreglers (7) arbeiten.
- - Both the wind converter ( 1 ) and the internal combustion engine ( 2 ) are externally managed, the wind energy converter ( 1 ) working as a function of the controlled variables,
- - wind speed (V / V N )
- - rotor speed (n / n N ) and
- - torque
and the internal combustion engine ( 2 ) as a function of the controlled variables - - current fuel consumption (B / B N ) ,
- - current speed (n / n N ) and
- - current torque, and
- that further
- - The wind energy converter ( 1 ) depending on the specification of the current output power (P W / P WN ) ,
- - The internal combustion engine ( 2 ), depending on the specification of the current fuel supply (B / B N ) and
- - The work machine ( 3 ) works in dependence on the specification of a central operating controller ( 7 ) superordinate to the component controls ( 4 or 5 ).
- - der bzw. die Windenergiekonverter (1) und der oder die Brennkraftmaschine (2) mittels eines zentralen Betriebsreglers (7) in bezug auf die Drehzahlen fremdgeführt sind, daß
- - die Fremdführung der Windenergiekonverter (1) in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit (v/v N ), der Rotordrehzahl (n/n N ) und dem Drehmoment und
- - die Fremdführung der Brennkraftmaschinen (2) in Ab hängigkeit vom momentanen Brennstoffverbrauch (B/B N ) und der momentanen Drehzahl (n/n N ) erfolgt, daß ferner
- - dem zentralen Betriebsregler (7) Steuerungen (4
bzw. 5) der Windenergiekonverter (1) bzw. der
Brennkraftmaschinen (2) nachgeordnet sind, bildend
- - Signale der Vorgabe der Ausgangsleistung (P W ) für die Windenergie bzw.
- - Signale der Vorgabe der momentanen Größe der Brennstoffzufuhr (B/B N ) zu den Brennkraftmaschinen (2) bzw.
- - Signale der Vorgabe der Leistung gemäß dem Verbrauch (B/B N ) und deren Verteilung zu der den Windenergiekonvertern (1) und den Brennkraft maschinen (2) gemeinsamen Arbeitsmaschine (3, 6).
- - The or the wind energy converter ( 1 ) and the internal combustion engine ( 2 ) by means of a central operating controller ( 7 ) in relation to the speeds are externally managed that
- - The external management of the wind energy converter ( 1 ) depending on the wind speed (v / v N ) , the rotor speed (n / n N ) and the torque and
- - The external management of the internal combustion engines ( 2 ) in dependence on the current fuel consumption (B / B N ) and the current speed (n / n N ) that further
- - The central operating controller ( 7 ) controls ( 4 and 5 ) of the wind energy converter ( 1 ) or the internal combustion engines ( 2 ) are arranged, forming
- - Signals of the specification of the output power (P W ) for the wind energy or
- - Signals of the specification of the current size of the fuel supply (B / B N ) to the internal combustion engines ( 2 ) or
- - Signals of the specification of the power according to the consumption (B / B N ) and their distribution to the wind energy converters ( 1 ) and the internal combustion engines ( 2 ) common machine ( 3, 6 ).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873710150 DE3710150A1 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Method for generating energy and device for implementing the method, in particular using wind-energy converters or internal-combustion engines |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873710150 DE3710150A1 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Method for generating energy and device for implementing the method, in particular using wind-energy converters or internal-combustion engines |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3710150A1 true DE3710150A1 (en) | 1988-10-13 |
DE3710150C2 DE3710150C2 (en) | 1989-06-01 |
Family
ID=6324143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873710150 Granted DE3710150A1 (en) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | Method for generating energy and device for implementing the method, in particular using wind-energy converters or internal-combustion engines |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3710150A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ES2065231A2 (en) * | 1992-09-02 | 1995-02-01 | Villar Jose Manuel Alonso | Installation for converting discontinuous wind power into continuous electrical power |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE846130C (en) * | 1948-10-02 | 1952-08-07 | Siemens Ag | Electric drive with a wide control range |
DE2623233B1 (en) * | 1976-05-24 | 1977-08-11 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Arrangement for adapting a wind turbine to an electrical generator |
-
1987
- 1987-03-27 DE DE19873710150 patent/DE3710150A1/en active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE846130C (en) * | 1948-10-02 | 1952-08-07 | Siemens Ag | Electric drive with a wide control range |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3710150C2 (en) | 1989-06-01 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DORNIER GMBH, 7990 FRIEDRICHSHAFEN, DE |
|
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |