DE4106976A1 - Windkraftanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Windkraftanlagen, bei denen der Wind um horizontale oder vertikale Achsen rotierende Rotore antreibt, die über Generatoren elektrischen Strom erzeugen, welcher in das Stromnetz eingespeist wird und der Strom über an Hoch­ spannungsmasten angeordneten Leitungen transportiert und ver­ teilt wird.

Unabhängig von der Art der Rotor-Systeme nimmt die die Energie­ ausbeute mit der Höhe zu, in der die Rotore laufen, weil die durchschnittliche Windgeschwindigkeit über das Jahresmittel gemessen ebenfalls zunimmt. Dies bedeutet, daß man die Roto­ re einer Windkraftanlage so hoch wie möglich anordnen sollte. Zur Erhöhung der Leistung oder aus anderen technischen Gründen sind schon zwei verschiedene Rotor-Systeme auf einem Mast an­ geordnet worden. In allen Fällen besteht aber der Nachteil, daß für jede Anlage eine Tragkonstruktion mit aufwendiger Fundamentierung, in der Regel ein Gittermast aus Stahl-Pro­ filen oder ein Betonmast, aufgebaut werden muß. Solche Maste beanspruchen Fläche und belasten als technische Bauwerke die Landschaft. Windkraftanlagen stellen in der Regel "Eingriffe in Natur und Landschaft" dar (gemäß § 8 Bundesnaturschutzge­ setz und entsprechender Vorschriften der Ländernaturschutz­ gesetze). Für solche Anlagen werden demzufolge Ausgleichs­ und Ersatzmaßnahmen oder Ausgleichszahlungen erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Nutzung bestehender Masten ein Feld aufzubauen, in dem kostengünstig möglichst viel Windenergie erzeugt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß ein oder mehrere Rotore an oder in einem Hochspannungsmast angeordnet und mit einem Generator verbunden sind und der vom Generator erzeugte Strom, gegebenenfalls über Transformatoren, Steuergeräte etc. in die am Hochspannungsmast hängende und Strom führende Leitung oder Leitungen eingespeist wird.

Vorteilhaft sind mehrere vertikalachsige Rotore mit einer einzigen einen Generator antreibenden Vertikalachse wirkver­ bunden.

Zweckmäßig ist der Hochspannungsmast als Träger der Vertikal­ achse ausgebildet, um den sich der Rotor dreht.

Der außerordentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Anlagen besteht darin, daß für die Windkraftanlagen keine zusätzlichen Trägermaste aufgestellt werden müssen, sondern die sowieso vorhandenen Maste für die Hochspannungsleitungen als Träger­ maste für die Windkraftanlagen verwendet werden können. Selbst wenn die Hochspannungsmaste noch zusätzliche Verstärkungsele­ mente, Abspannseile oder im Masten vertikal eingeführte Stütz­ elemente erhalten müßten, wäre der Aufwand weit geringer, als wenn für jede Windkraftanlage ein eigener Trägermast o. ä. er­ stellt werden müßte. Weiter würde bei der erfindungsgemäßen Nutzung der Masten des Hochspannungsleitungsnetzes die bereits vorhandene, im Bau befindliche oder geplante Infrastruktur ge­ nutzt. Dadurch kann der Aufwand für Planung, Genehmigung, Herstellung und Unterhaltung der Windkraftanlagen beträchtlich reduziert werden.

In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zwar zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hochspannungs­ mastes mit drei Darrieus-Rotoren,

Fig. 2 ein Hochspannungsmast, um den sich ein HM-Rotor dreht.

Nach Fig. 1 sind im Innern eines Hochspannungsmastes 11 über­ einander drei Darrieus-Rotoren 12, 13 und 14 mit vertikaler Achse drehbar angeordnet, wobei die Größe der Rotore von unten nach oben abnimmt, so daß der größte Rotor 12 den Gefahren- Abstand der Rotore vom Boden markiert. Jeder Rotor 12, 13, 14 ist direkt mit einem Generator 15 verbunden, von dem aus der durch die Drehung der Rotore 12, 13, 14 erzeugte Strom direkt in die stromführenden Leitungen 16 geschickt wird. Wenn auch hier die einfachste Konstruktion eines Mastes dargestellt ist, so muß doch darauf hingewiesen werden, daß auch andere Mastkonstruk­ tionen verwendet werden können, etwa solche, bei denen zwei oder noch mehr Quertraversen vorhanden sind. Es können selbst­ verständlich auch mehr Rotore angeordnet sein, was von der Höhe und dem Querschnitt des Mastes abhängt. Auch kann die Zuordnung der Rotore zu einem oder mehren Generatoren frei gewählt und den Anforderungen angepaßt werden, zum Beispiel alle Rotoren zu einem Generator oder je zwei Rotore zu einem Generator etc.

Nach Fig. 2 trägt der vertikale Teil 17 eines Hochspannungs­ mastes ein Lager 18, auf dem das Lagerbeil 19 eines HM-Rotors 20 liegt, so daß dessen Rotorblätter 21, welche senkrecht stehen, sich um eine vom Mast 17 gebildete Achse drehen können. Das Lager 18 kann auch gleichzeitig als ein Generator ausgebildet sein, dessen durch die Drehung des Rotors 20 erzeugter Strom in die stromführenden Leitungen 16 am Hochspannungsmast gelei­ tet werden. Je höher die Rotorblätter 21 angeordnet sind, desto besser kann der Wind greifen, wobei aber trotzdem darauf zu achten ist, daß die Unterkanten der Rotorblätter 21 einen Sicherheitsabstand von mind. 6 m vom Boden 22 haben sollen.

Auch die Oberkanten der Rotorblätter 21 benötigen wegen des Funkenüberschlags einen ausreichenden Sicherheitsabstand.

Sowohl die Konstruktion nach Fig. 1 als auch die Konstruktion nach Fig. 2 benötigt Steuer- und sonstige Umwandlungsgeräte, um den Strom vom Generator auf die Ebene der stromführenden Leitungen anzuheben und den Strom dann abzuschalten, wenn die Rotore nicht mehr schnell genug laufen, um einen Strom mit der richtigen Frequenz etc. zu liefern. Hier kann man auf be­ kannte Geräte zurückgreifen. Abschaltvorrichtungen sind auch bei zu hohen Windgeschwindigkeiten vorzusehen.

Anstelle des in Fig. 2 beschriebenen HM-Rotors, können auch andere H-Rotore eingesetzt werden.

Grundsätzlich kann man auch Rotore mit horizontalen Drehachsen am Hochspannungsmast anordnen, zum Beispiel auf der Spitze des Mastes befestigen, aber diese Anlagen benötigen einen erheblich größeren Aufwand, da in solchen Fällen ein Getriebe sowie eine Vorrichtung zum Nachführen des Rotors in den Wind etc.etc. vorgesehen werden muß. Die technische Ausführung wird hierbei jedoch (wegen der Höhe) schwieriger; ebenso nehmen die statischen Probleme zu.

Die über die erfindungsgemäße Windkraftanlage gewonnene Energie muß nicht unbedingt in das Hochspannungsnetz eingespeist werden sondern der erzeugte Strom kann zur Verminderung der Übertrag­ ungsverluste auch über ein an Kabeltraversen geführtes Leiter­ seil zur nächstgelegenen Mittelspannungsleitung transportiert und von dort zum nächstliegenden Stromverbraucher geführt werden, gegebenenfalls über einen Transformator etc.

Das erfindungsgemäße Prinzip der Windenergieerzeugung ist grundsätzlich auf alle weltweit bestehenden Hochspannungsleitungs­ netze übertragbar.

Claims (6)

1. Windkraftanlagen, bei denen der Wind um horizontale oder ver­ tikale Achsen rotierende Rotore antreibt, die über Generatoren elektrischen Strom erzeugen, welcher in das Stromnetz einge­ speist wird und der Strom über an Hochspannungsmasten angeord­ neten Leitungen transportiert und verteilt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein oder mehrere Rotore (12, 13, 14, 20) an oder in einem Hochspannungsmast (11, 17) angeordnet und mit einem Gene­ rator (15) verbunden sind und der vom Generator (15) erzeugte Strom, gegebenenfalls über Transformatoren, Steuergeräte etc. in die am Hochspannungsmast (11, 17) hängende und Strom führende Leitungen (16) eingespeist wird.

2. Windkraftanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere vertikalachsige Rotore mit einer einzigen einen Genera­ tor antreibenden Vertikalachse wirkverbunden sind.

3. Windkraftanlagen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungsmast (17) als Träger der Vertikalachse ausgebildet ist, um den sich der Rotor (20) dreht.

4. Windkraftanlagen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Rotore elektrisch mit einem einzigen Transformator verbunden sind.

5. Windkraftanlagen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der an mehreren benachbarten Hochspannungsmasten erzeugte Strom über an Kabeltraversen hängende Leitungen zu einem einzigen Transformator geführt und von dort in das Strom­ netz eingespeist wird.

6. Windkraftanlagen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der über Rotore an Hochspannungsmasten erzeugte Strom jeweils in das nächstliegende Mittelspannungsnetz transformiert wird und von dort zu den nächstliegenden Stromverbrauchern ge­ führt wird.