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Elektrische Windkraftanlage Bekanntlich unterliegt die von einem elektrischen
Windkraftwerk gelieferte Energie gewissen zeitlichen Schwankungen, die meteorologisch
bedingt sind und zu entsprechenden Spannungsschwankungen im angeschlossenen Verbrauchsnetz
führen. Diese Spannungsschwankungen lassen sich durch einen Regeltransformator oder
gleichartige Mittel nicht ohne weiteres ausgleichen, weil bei einem Windrade stets
die Gefahr besteht, daß es durch Belastungsänderungen aus der aerodynamisch vorgegebenen
optimalen Umlaufgeschwindigkeit herausfällt und dann entweder zum Stillstand kommt
oder durchgeht.
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Diesen Nachteil beseitigt die Erfindung dadurch, daß zwei getrennte
und in verschiedener Weise geregelte Belastungskreise vorgesehen werden. Der eine
von diesen Belastungskreisen verbindet die Kraftanlage mit dem allgemeinen Verbräuchsnetz
und wird mit den hierfür üblichen Mitteln (Drehtransformator o. dgl.) auf konstante
Ausgangsspannung geregelt. Der zweite Verbrauchskreis hingegen erhält eine in weiten
Grenzen sehwankende Energieaufnahme und wird durch einen Strömungsmesser, welcher
den Quotienten der vor und der hinter der Windturbine herrschenden Strömungsgeschwindigkeiten
überwacht, derart gesteuert, daß dieser Quotient .dauernd einen unveränderlich vorgegebenen
Wert beibehält. Auf diese Weise erreicht man, daß an das Hauptverbrauchsnetz dauernd
eine konstante Spannung abgegeben wird, die sich auch bei starken Belastungsschwankungen
nicht ändert, und daß gleichzeitig die Windturbinen völlig unberührt von diesen
Belastungsschwankungen stets unter einer Belastung arbeiten, welche nur von der
Windgeschwindigkeit abhängt und; welche die Turbinen stets in der für die betreffende
Windgeschwindigkeit optimalen Umdrehungsgeschwindigkeit hält.
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Die Bedeutung dieser Maßnahme erkennt man aus. Abb. z, deren Kurve
I die zeitlichen Änderungen der Belastung eines Kraftwerkes durch ein normales Stadtnetz
und deren Kurve II die atmosphärisch bedingten Schwankungen in der unter optimaler
aerodynamischer Ausnutzung aus, einem Windkraftwerk zu entnehmenden Leistung wiedergibt.
Wie
man erkennt, laufen die Kurven I und II keineswegs parallel. Der Zweck der erfindungsgemäßen
Maßnahmen besteht nun darin, einen Hilfskreis zu schaffen, dessen Energieaufnahme
das schraffierte Gebiet zwischen den beiden Kurven umfaßt, d. h. in jedem Zeitpunkt
der Differenz zwischen den Ordinaten der Kurven I und 1I entspricht; denn nur wenn
diese Bedingung erfüllt ist, laufen die Turbinen stets unter optimalen aerodynamischen
Verhältnissen und wird gleichzeitig dem Verbrauchskreis stets genau die Leistung
zugeführt, durch deren Abgabe das Spannungsniveau auf einem konstanten Wert erhalten
bleibt.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Abbildungen _ näher erläutert.
Abb. 2 -
zeigt ein Schaltungsschema der Ausgangskreise. Im Stromkreis des
mit den Windturbinen gekuppelten Generators i liegen die beiden Regeltransformatoren
2 und 3. Der Regeltransformator 2 beliefert über die Klemmen 4 .das normale Verbrauchsnetz
und ist mit einem Steuerapparat 5 verbunden, der seine Sekundärspannung mit bekannten
Mitteln auf einen unveränderlich vorgegebenen. Wert (z. B. auf 22o Volt) hält. Der
Regeltransformator 3 beliefert über die Klemmen 6 den Hilfsbelastungskreis uvd wird
mittels des Motors 7 geregelt, der den Abgriffw ähler 8 über ein Schneckengetriebe
9 antreibt. Der Motor 7 läuft dabei in der einen oder in der anderen Drehrichtung
an, wenn .die Kontaktzunge io den Kontakt ii oder den. Kontakt 12 schließt.
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Die Steuerung der Kontaktzunge io erfolgt mittels einer Vorrichtung,
welche den Quotienten der Strömungsgeschwindigkeit vor und hinter dem Windrad überwacht.
Ein Ausführungsbeispiel für einen derartigen Quotientenmesser ist in den Abb.3 und
4 dargestellt. Abb. 3 zeigt die beiden Gitterbalken 13 und 14 der Auslegergabel,
welche das Windrad trägt, sowie den gerade zwischen diesen Balken befindlichen Windflügel
15 im Querschnitt. Vor und hinter dem Windrad sind an diesen Balken je ein Stautrichter
16 bzw. 17 befestigt, die j e mit einer Standruckleitung i8 bzw. i9 in Verbindung
stehen.
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Die Staudruckleitungen 18, ig führen zu dem in Abb.4 dargestellten
Steuerapparat. Dieser besteht aus zwei Zylindern 2o, 21, in denen zwei Kolben 22,
23 von verschiedenem Durchmesser gegenläufig angeordnet sind. Die beiden Kolben
22, 23 sind durch eine Stange 24 miteinander verbunden. Sie werden sich offenbar
nur dann im Gleichgewicht miteinander befinden, wenn die Staudrucke in den zugehörigen
Leitungen 18, i9 im umgekehrten Verhältnis zueinander stehen wie die Oberflächen
der Kolben 22, 23. Wird dieses Gleichgewicht gestört, so bewegt sich das Kolbensystem
22-24 gegen den Druck der Blattfeder 25 nach rechts oder nach links und nimmt hierbei
die Kontaktzunge io mit, welche dann entweder den Kontakt i i oder den Kontakt 12,
(vgl. Abb. 2) schließt.
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Zweckmäßig bemißt man das Verhältnis der Kolbenoberflächen auf etwa
i : 3, 'so daß Gleichgewicht besteht, wenn vor der Windturbine die dreifache Strömungsgeschwindigkeit
herrscht wie hinter der Windturbine; denn dieses Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeiten
ergibt bekanntlich die beste Ausnutzung der Strömungsenergie. Wird die Windturbine
vorübergehend überlastet, so sinkt die Strömungsgeschwindigkeit hinter der Windturbine
auf weniger als ein Drittel der vor der Windturbine herrschenden Strömungsgeschwindigkeit.
Das Kolbensystem 22-24 verschiebt sich .dann aus seiner Gleichgewichtsstellung nach
rechts, und die Kontaktzunge io schließt den Kontakt i i. Infolgedessen läuft der
Motor 7 in .der einen Drehrichtung an und regelt den Transformator 3 so lange herab,
bis die Belastung der Windturbine wieder auf den Optimalwert zurückgesunken und
damit der Strömungsquotient, welcher das Verhältnis der hinter der Windturbine bestehenden
Strömungsgeschwindigkeit als Bruchteil der vor der Windturbine herrschenden Strömungsgeschwindigkeit
angibt, wieder auf ein Drittel angestiegen ist. Steigt dieser Quotient auf einen
höheren Wert als ein Drittel an, so verläuft der Vorgang in umgekehrter Richtung.
Sobald die auf den Hilfsbelastungskreis übertragene Leistung auf Null sinkt, wird
ein Signalgerät 26 (Abb. 2) unter Strom gesetzt, das die Bedienungsmannschaft des
Kraftwerkes an .die rechtzeitige Bereitstellung von Hilfsmaschinen erinnert; dieses
Signalgerät zeigt also an, daß die Kurven I und II (Abb. i) sich zu kreuzen drohen.
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Die in den Hilfsbelastungskreis 6 gelieferte elektrische Energie kann
zu allen Zwecken verwendet werden, bei denen es nicht auf konstante Leistung ankommt.
Hierzu gehört z. B. in erster Linie die Bodenbeheizung für gärtnerische Zwecke.
Ferner kann die dem Hilfsbelastungskreis zugeführte Energie auf elektrischem, wärmetechnischem
oder chemischem Wege gespeichert und dann entweder aus den Speichern in konstantem
Fluß abgegeben oder auch bei der Überbrückung von Flauten zur Erzeugung der notwendigen
Ausgleichsleistung herangezogen werden.