WO2009141148A2 - Windkraftanlage - Google Patents

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Abstract

Eine Windkraftanlage (10) zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Windkraft mit einem vom Boden (12) aufragenden Turm (14), einem durch Wind antreibbaren Rotor (16), welcher oberhalb des Bodens (12) am Turm (14) angeordnet ist, sowie einem Generator (18) zum Umwandeln mechanischer Energie in elektrische Energie wird bereitgestellt. Die Windkraftanlage (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (18) im Bereich des Bodens (12) angeordnet ist und die Windkraftanlage (10) umfasst weiterhin: eine Kraftübertragungseinrichtung (20) zur mechanischen Kraftübertragung vom Rotor (16) zum Generator (18), sowie einen Schwungspeicher (22) zum Speichern kinetischer Energie mittels Drehung einer Schwungmasse (24), wobei der Schwungspeicher (22) eine Kupplungseinrichtung (26) aufweist, mit der die Schwungmasse (24) derart mit dem Generator (18) zur mechanischen Übertragung von Rotationsbewegung gekoppelt ist, dass die Schwungmasse (24) erst ab einer bestimmten Mindestdrehzahl des Generators (18) in Bewegung versetzt wird.

Description

Windkraftanlage
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windkraftanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Windkraft mit einem vom Boden aufragenden Turm, einem durch Wind antreibbaren Rotor, welcher oberhalb des Bodens am Turm angeordnet ist, sowie einem Generator zum Umwandeln mechanischer Energie in elektrische Energie.
Derartige Windkraftanlagen sind am Markt in vielfältiger Form und Ausführung bekannt und werden zur Erzeugung von Energie, insbesondere zur Stromerzeugung eingesetzt. Die oben genannten Windkraftmaschinen weisen einen Turm auf, an welchem sich drehbar ein Turmaufsatz, auch Gondel genannt, anschließt. In diesem Turmaufsatz befindet sich bei den vorbekannten Winkraftanlagen ein Generator welcher mit dem vom Turmaufsatz abstehenden Rotor gekoppelt ist. Der Rotor wird durch Wind angetrieben und überträgt eine rotative Bewegung, ggf. über eine dazwischengeschaltete Übersetzung, direkt auf den Generator.
Bei den herkömmlichen Windkraftanlagen ist es nachteilig, dass die vom Generator erzeugte Stromleistung aufgrund sich schnell ändernder Windverhältnisse stark schwankt. Dies führt zu erheblichen Problemen für die Stromabnehmer, die in der Regel auf eine Versorgung mit konstant bleibender Stromleistung angewiesen sind.
Aufgabe der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Windkraftanlage der vorgenannten Art zu verbessern, und insbesondere die Konstanz der vom Generator erzeugten Stromleistung zu erhöhen. Erfindunαsαemäße Lösung
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Windkraftanlage zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Windkraft mit einem vom Boden aufragenden Turm, einem durch Wind antreibbaren Rotor, welcher oberhalb des Bodens am Turm angeordnet ist, sowie einem Generator zum Umwandeln mechanischer Energie in elektrische Energie gelöst, bei welcher der Generator im Bereich des Bodens angeordnet ist, wobei die Windkraftanlage weiterhin umfasst: eine Kraftübertragungseinrichtung zur mechanischen Kraftübertragung vom Rotor zum Generator sowie einen Schwungspeicher zum Speichern kinetischer Energie mittels Drehung einer Schwungmasse. Der Schwungspeicher weist eine Kupplungseinrichtung auf, mit der die Schwungmasse derart mit dem Generator zur mechanischen Übertragung von Rotationsbewegung gekoppelt ist, dass die Schwungmasse erst ab einer bestimmten Mindestdrehzahl des Generators in Bewegung versetzt wird.
Erfindungsgemäß wird also der Generator nicht, wie herkömmlicherweise üblich, in einem Turmaufsatz angeordnet, in dem auch der Rotor gelagert ist. Erfindungsgemäß wird vielmehr der Generator im Bereich des Bodens bzw. am Boden selbst angeordnet, während der Rotor oberhalb des Bodens am Turm, insbesondere an der Turmspitze, angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Generator in jedem Fall näher zum Boden angeordnet ist als der Rotor. In einem Ausführungsbeispiel ist der Rotor mehr als 50 m, insbesondere mehr als 100m über dem Boden angeordnet, während der Generator maximal 10 m, insbesondere maximal 5 m über dem Boden angeordnet ist.
Die durch die Windkraft am Rotor erzeugte mechanische Energie wird mittels einer mechanischen Kraftübertragungseinrichtung zum Generator übertragen. Dabei wird die Drehbewegung des Rotors auf mechanische Weise auf den Generator übertragen. Dies kann, wie nachstehend näher erläutert, beispielsweise durch einen Riementrieb, einen Seiltrieb, einen Kettentrieb oder auch eine vertikal im Turm verlaufende Welle erfolgen. Der Schwungspeicher, beispielsweise ein Schwungrad, ist erfindungsgemäß derart mit dem Generator gekoppelt, dass die Schwungmasse erst ab einer bestimmten Mindestdrehzahl des Generators in Bewegung versetzt wird. Diese Mindestdrehzahl bezeichnet eine Drehzahl, die der Generator aufweisen muss, damit die Schwungmasse in Bewegung versetzt wird und liegt vorzugsweise in der Nähe einer Maximaldrehzahl, die für den Betrieb des Generators vorgesehen ist.
Die Kopplung kann beispielsweise mittels einer Fliehkraftkupplung erfolgen. Damit wird bewirkt, dass bei Windgeschwindigkeiten über der Generatornennleistung überschüssige Energie im Schwungspeicher gespeichert wird. Damit wird bei kurzzeitig stärkerem Windaufkommen eine verbesserte Energieaufnahme durch die Windkraftanlage ermöglicht. Reduziert sich daraufhin das Windaufkommen auf Windgeschwindigkeiten, die unterhalb der Generatornennleistung liegen, so kann mit der erfindungsgemäßen Windkraftanlage die im Schwungspeicher gespeicherte mechanische Energie in den Generator eingespeist werden, so dass die vom Generator erzeugte elektrische Leistung gehalten werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass durch das Kombinieren der Maßnahme, den Generator im Bereich des Bodens anzuordnen, sowie der Maßnahme, den Schwungspeicher mit der vorgenannten Kupplungseinrichtung zu versehen, die Konstanz der vom Generator erzeugten Stromleistung erheblich verbessert werden kann. Durch das Anordnen des Generators am Boden wird es nämlich möglich, einen zur Abfederung von Windstärkefluktuationen ausreichend groß dimensionierten und damit entsprechend schweren Schwungspeicher vorzusehen. Bei einer Integration eines derartigen Schwungspeichers in einen Turmaufsatz bei gleichzeitiger Anordnung des Generators darin würde die Turmlast derart erhöht, dass die bauliche Auslegung eines dafür benötigten Turmes mit erheblichen Kosten verbunden wäre bzw. dazu führen würde, dass der Schwungspeicher unterdimensioniert werden müsste. Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung ermöglicht es, die erzeugte Stromleistung auf hohem Leistungsniveau konstant zu halten. So kann beim Anfahren der Windkraftanlage schnell die Nennleistung des Generators erreicht werden. Wäre der Schwungspeicher anstatt über die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung direkt mit dem Generator verbunden, so müsste vor dem Erreichen der Nennleistung zunächst die Schwungmasse auf die entsprechende Drehzahl mitbeschleunigt werden, so dass die Nennleistung wesentlich später erreicht würde.
Bei einer direkten Kopplung des Schwungspeichers mit dem Generator ohne die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung würden Änderungen in der Windgeschwindigkeit zwar durch den Schwungspeicher zu einer verzögerten Veränderung in der erzeugten elektrischen Leistung führen, eine Stabilisierung der elektrischen Leistung auf konstantem Niveau, was erfindungsgemäß mittels der Kupplungseinrichtung erreicht wird, wäre in diesem Fall jedoch nicht möglich. Wie bereits vorstehend erläutert, wird bei der erfindungsgemäßen Kopplung die Schwungmasse erst ab einer bestimmten Mindestdrehzahl des Generators in Bewegung versetzt. Dadurch wird überschüssige Energie erst oberhalb der Nennleistung des Generators an den Schwungspeicher abgegeben und bei Abfall der Windstärke von diesem wieder an den Generator zurücktransferiert. Dies ermöglicht eine Erzeugung elektrischer Leistung mit hoher zeitlicher Konstanz.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Turm der Windkraftanlage mindestens 50 m, insbesondere mindestens 100 m hoch und weist einen Innendurchmesser von mindestens 5 m und insbesondere mindestens 10 m auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung ist die Kupplungseinrichtung als Fliehkraftkupplung ausgebildet. Bei einer derartigen Fliehkraftkupplung wird der Kraftschluss beispielsweise hergestellt, indem sich Gewichte bei steigender Drehzahl nach außen bewegen, wodurch Kontakt mit der Innenwandung des Kupplungsgehäuses hergestellt wird, welches gleichzeitig als Antrieb dient. Das übertragene Drehmoment ist damit drehzahlabhängig. Bei Drehzahlabfall trennen sich die Gewichte von der Innenwandung des Kupplungsgehäuses selbsttätig.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung weist die Windkraftanlage weiterhin einen Antriebsmotor auf, welcher mit dem Generator zum Antreiben desselben mechanisch gekoppelt ist. Ein derartiger Antriebsmotor kann beispielsweise als Pflanzenölmotor konfiguriert sein. Der Antriebsmotor dient dazu, den Generator anzutreiben, falls weder der Rotor noch der Schwungspeicher ausreichende Leistung zum Antrieb des Generators bereitstellen können. Vorteilhafterweise ist die Windkraftanlage dazu konfiguriert, beim Anfahren der Windkraftanlage zunächst den Generator mittels des Antriebsmotors in Drehung zu versetzen. Damit wird unabhängig von den vorliegenden Windverhältnissen die Stromerzeugung durch den Generator aufgenommen. Bei Einsetzen von Wind übernimmt der Rotor die Generatordrehung. Der Antriebsmotor wird dann beispielsweise mittels eines Freilaufs oder einer Kupplung vom Antrieb des Generators abgekoppelt. Fällt während des Betriebs der Windkraftanlage die Windleistung ab, so gewährleistet der Antriebsmotor den Betrieb des Generators dann wieder, wenn im Schwungspeicher nicht mehr genügend Energie zur Aufrechterhaltung der Generatornennleistung vorhanden ist.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist der Generator eine Antriebswelle auf, auf der weiterhin der Schwungspeicher und/oder der Antriebsmotor angeordnet ist bzw. sind. Vorteilhafterweise erfolgt die mechanische Kraftübertragung vom Rotor auf die Antriebswelle. Die gemeinsame Antriebswelle des Generators, des Schwungspeichers und/oder des Antriebsmotors ermöglicht es, mechanische Energie zwischen den mit der Antriebswelle verbundenen Elementen effizient zu transferieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung ist die Antriebswelle quer zum Turm, vorteilhafterweise senkrecht zur Längserstreckung des Turms, ausgerichtet. Damit erstreckt sich die Antriebswelle im Wesentlichen parallel zum Boden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung ist der Schwungspeicher über einen Freilauf mit einer Antriebswelle des Generators gekoppelt, wobei der Freilauf darauf ausgelegt ist, die Antriebswelle von der Drehbewegung der Schwungmasse zu entkoppeln, wenn die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle größer ist als eine zur Drehgeschwindigkeit der Schwungmasse proportionale Referenzdrehgeschwindigkeit. Ein Freilauf ist allgemein eine Vorrichtung, die einen Teil eines Antriebsstranges von der Drehbewegung entkoppelt, wenn sich die Lastverhältnisse ändern. Der erfindungsgemäße Freilauf wirkt derart, dass erst bei einem Abfall der Drehfrequenz der Antriebswelle durch ein Nachlassen der Windgeschwindigkeit die Schwungmasse Energie auf die Antriebswelle überträgt. Die Referenz- drehgeschwindigkeit kann beispielsweise die Drehgeschwindigkeit der Schwungmasse sein, aber auch eine Drehgeschwindigkeit, die mittels eines Übersetzungsverhältnisses mit der Drehgeschwindigkeit der Schwungmasse korreliert ist. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle größer ist als die Referenzdrehgeschwindigkeit, befindet sich der Freilauf im Leerlauf. Das heißt, der Schwungspeicher und die Antriebswelle sind durch den Freilauf nicht miteinander gekoppelt. Lediglich die Kupplungseinrichtung, beispielsweise in Gestalt einer Fliehkraftkupplung, sorgt für eine mechanische Kopplung zwischen Schwungspeicher und Antriebswelle. Ist die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle geringer als die Referenzdrehgeschwindigkeit, so sorgt der Freilauf dafür, dass die Schwungscheibe die Antriebswelle antreibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung ist der Rotor über einen weiteren Freilauf mit einer Antriebswelle des Generators gekoppelt, wobei der weitere Freilauf darauf ausgelegt ist, die Antriebswelle von der Drehbewegung des Rotors zu entkoppeln, wenn die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle größer ist als eine zur Drehgeschwindigkeit des Rotors proportionale Referenzdrehgeschwindigkeit. Mit anderen Worten befindet sich dieser Freilauf dann im Leerlauf, wenn die Antriebswelle sich schneller dreht als der Rotor bzw. als eine Referenzdrehgeschwindigkeit des Rotors, welche zu der Drehgeschwindigkeit des Rotors in einem Übersetzungsverhältnis steht. Dies ist z.B. der Fall, wenn der Generator bei geringer Windgeschwindigkeit vom Antriebsmotor angetrieben wird. Dreht sich die Antriebswelle langsamer als die Referenzgeschwindigkeit des Rotors, dann treibt der Rotor die Antriebswelle an.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung umfasst die Kraftübertragungseinrichtung einen Zugmitteltrieb, insbesondere einen Riementrieb und/oder einen Kettentrieb. Ein derartiger Riementrieb kann beispielsweise einen Seilantrieb mit Komponenten aus der Seilbahntechnik umfassen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Rotor über eine Übersetzung, beispielsweise in Gestalt eines Getriebes, mit einer Antriebswelle des Generators gekoppelt. Ein derartiges Getriebe kann beispielsweise als Walzkörpergetriebe ausgestaltet sein. Dieses Getriebe bewirkt eine Übersetzung der Drehgeschwindigkeit des Rotors auf eine höhere Drehgeschwindigkeit zum Antrieb des Generators.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung ist die Windkraftanlage auf einem Drehlager angeordnet, so dass die Windkraftanlage zur Ausrichtung des Rotors in Windrichtung um eine Drehachse senkrecht zum Boden verdrehbar ist. Dies ermöglicht es, die Windkraftanlage bei sich drehendem Wind der Windrichtung nachzufahren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung umfasst das Drehlager eine kreisförmig gebogene Schiene sowie darauf aufgesetzte Spurkranzräder. Die Schiene sowie die Spurkranzräder sind erfindungsgemäß vorteilhafterweise in Eisenbahntechnik konfiguriert.
Kurzbeschreibunα der Zeichnungen Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Windkraftanlage,
Fig. 2 eine Vorderansicht der Windkraftanlage gemäß Fig. 1 in stark schematisierter Darstellung, sowie
Fig. 3 eine Draufsicht auf den bodennahen Abschnitt der Windkraftanlage gemäß Fig. 1 in einer Ausführungsform, in dem die Windkraftanlage auf einer kreisförmig gebogenen Schiene gelagert ist.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
Die Figuren 1 und 2 veranschaulichen eine erfindungsgemäße Windkraftanlage 10 in Seitenansicht bzw. Vorderansicht. Die Windkraftanlage 10 umfasst einen vom Boden 12 aufragenden Turm 14 mit einer Höhe von 100 m und einem Innendurchmesser von 10 m..An der Spitze des Turms ist ein Turmaufsatz 17 in Gestalt einer sogenannten Gondel angeordnet. Im Turmaufsatz 17 ist ein durch Windkraft antreibbarer Rotor 16 gelagert. Die Windkraftanlage 10 umfasst weiterhin einen am Boden 12 angeordneten Generator 18 mit einer Antriebswelle 40, auf welcher weiterhin ein Schwungspeicher 22, ein Getrieberad 38 sowie ein Antriebsmotor 44, z.B. in Gestalt eines Pflanzenölmotors, angeordnet sind. Unterhalb der Antriebswelle 40 ist eine Nebenwelle 34 angeordnet, welche ein generatorseitiges Antriebsrad 32 trägt. Das generatorseitige Antriebsrad 32 wird über eine Kraftübertragungseinrichtung 20 vom Rotor 16 angetrieben. Dazu weist eine den Rotor 16 tragende Rotorwelle 28 ein rotorseitiges Antriebsrad 30 auf. Das rotorseitige Antriebsrad 30 sowie das generatorseitige Antriebsrad 32 sind wahlweise jeweils als Riemenscheibe und/oder in Gestalt eines Zahnrads ausgeführt, je nach Gestaltung der Kraftübertragungseinrichtung 20.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Kraftübertragungseinrichtung 20 als Riementrieb 20a bzw. Seiltrieb ausgeführt. Alternativ kann die Kraftübertragungseinrichtung 20 auch als Kettentrieb 20b gestaltet sein. In Fig. 1 ist zu Veranschaulichungszwecken sowohl ein Riementrieb 20a als auch ein Kettentrieb 20b eingezeichnet. In der Regel kommt jedoch lediglich eines von beiden Systemen zum Einsatz. Das rotorseitige Antriebsrad 30 ist vorteilhafterweise mit einem größeren Radius im Vergleich zum Radius des generatorseitigen Antriebsrades 32 gestaltet. In einer Ausführungsform ist der Radius des generatorseitigen Antriebsrades 32 halb so groß wie der Radius des rotorseitigen Antriebsrades 30. Damit wird eine Übersetzung der Rotordrehzahl in eine im Vergleich dazu höhere Drehzahl am generatorseitigen Antriebsrad 32 bewirkt. Fig. 2 zeigt zusätzlich zur Fig. 1 im Bereich des Turmaufsatzes 17 angeordnete Umkehrrollen 46 zur Führung des Riemen- bzw. Seiltriebs 20a.
Das Getrieberad 38 und das generatorseitige Antriebsrad 32 bilden zusammen ein weiteres Getriebe 36 in Gestalt eines Walzkörpergetriebes zur weiteren Übersetzung der Drehgeschwindigkeit. Das Getrieberad 38 umfasst einen Freilauf 42, welcher darauf ausgelegt ist, die Antriebswelle 40 von der Drehbewegung des Rotors 16 zu entkoppeln, wenn die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 40 größer ist als die Drehgeschwindigkeit des Getrieberades 38, welche eine zur Drehgeschwindigkeit des Rotors 16 proportionale Referenzdrehgeschwindigkeit darstellt.
Im Betrieb der Windkraftanlage 10 wird der Generator 18 vom Antriebsmotor 44 in Drehung versetzt mit einer Leistungsabgabe auf Generatorseite in Höhe der
Leistung entsprechend 2 m pro Sekunde Windgeschwindigkeit. Bei Einsetzen von
Wind übernimmt der Rotor 16 die Generatordrehung, indem der Freilauf 42 bei der dann erhöhten Drehgeschwindigkeit des Getrieberades 38 eine mechanische
Kopplung herstellt. Bei Windgeschwindigkeiten über der Generatornennleistung von z.B. 12 m pro Sekunde wird überschüssige Energie über eine im
Schwungspeicher 22 integrierte Kupplungseinrichtung 26 in Gestalt einer
Fliehkraftkupplung auf eine Schwungmasse 24 des Schwungspeichers 22 übertragen. Damit ist die Schwungmasse 24 mittels der Fliehkraftkupplung 26 derart mit der Antriebswelle 40 gekoppelt, dass die Schwungmasse 24 erst ab einer bestimmten Mindestdrehzahl der Antriebswelle 40 bzw. des Generators 18 in Bewegung versetzt wird.
Bei Nachlassen der Windgeschwindigkeit treibt die Schwungmasse 24 den Generator 18 an, sobald die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 40 geringer ist als die Drehgeschwindigkeit der Schwungmasse 24. Dies wird durch einen weiteren Freilauf 27 bewerkstelligt, welcher im Schwungspeicher 22 integriert ist.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den bodennahen Bereich der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Windkraftanlage 10. Der in den Fig. 1 und 2 mit Boden 12 gekennzeichnete Bereich weist in der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform eine zum Kreis geformte Schiene 48 in Eisenbahntechnik auf, welche auf ein Fundament der Windkraftanlage 10 aufgesetzt ist. Auf der Schiene 48 ist ein auf Spurkranzrädern 50 bzw. Wagonrollen ruhendes Gestell (Technikplattform) aufgesetzt, worauf sich die gesamte Windkraftanlage 10 einschließlich des Generators 18, des Schwungspeichers 22, des Getriebes 36, des Antriebsmotors 44 sowie des Turms 14 mit Rotor 16 befindet. Die gesamte Windkraftanlage 10 kann durch die Lagerung auf der kreisförmigen Schiene 48 um eine vertikale Achse zur optimalen Ausrichtung des Rotors 16 in Windrichtung gedreht werden. Bei sich drehendem Wind kann die Windkraftanlage 10 entsprechend der Windrichtung nachgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Windkraftanlage 10 bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Zu diesen zählen: Durch die Kraftübertragung mittels eines Riemen- oder Seiltriebs 20 kann bereits eine Drehzahlübersetzung erfolgen. Ein klassisches Getriebe ist damit nicht unbedingt notwendig. Weiterhin kann durch die Anordnung des Generators 18 am Boden ein handelsüblicher Generator verwendet werden, wodurch eine Kosteneinsparung möglich wird. Der Aufbau der Windkraftanlage 10 ist vergleichsweise einfach und damit wenig störungsanfällig. Die Anordnung der Antriebswelle 40 mit den damit verbundenen Vorrichtungen im Bodenbereich ermöglicht eine einfache Wartung. Durch das erfindungsgemäße Konzept der Drehzahlstabilisierung mittels Antriebsmotor 44 und/oder Schwungspeicher 22 lassen sich störende Spannungsschwankungen im Netz vermeiden. Damit ist die Windkraftanlage 10 problemlos bei schwachen Netzen und Netzendpunkten einsetzbar. Selbst bei Windflaute liefert die Windkraftanlage 10 elektrische Leistung. Jede elektrische Leistung von 0 Watt bis zur Nennleistung ist unabhängig von der Windgeschwindigkeit abrufbar. Weiterhin wird es durch die Anordnung des Generators 32 und des Antriebsmotors 42 im Bodenbereich möglich, die Abwärme des Generators 18 und/oder des Motors 44 für verschiedene Zwecke zu nutzen. Durch die Speicherung des Windpotentials über der Nennleistung ergibt sich im Vergleich zu herkömmlichen Windkraftanlagen für die erfindungsgemäße Windkraftanlage 10 ein höherer Wirkungsgrad.
Bezugszeichenliste
10 Windkraftanlage
12 Boden
14 Turm
16 Rotor
17 Turmaufsatz
18 Generator
20 Kraftübertragungseinrichtung
20a Riementrieb
20b Kettentrieb
22 Schwungspeicher
24 Schwungmasse
26 Kupplungseinrichtung
27 Freilauf des Schwungspeichers
28 Rotorwelle
30 rotorseitiges Antriebsrad
32 generatorseitiges Antriebsrad
34 Nebenwelle
36 Getriebe
38 Getrieberad
40 Antriebswelle
42 Freilauf des Getrieberads
44 Antriebsmotor
46 Umlenkrolle
48 Schiene
50 Spurkranzrad

Claims

Ansprüche
1. Windkraftanlage (10) zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Windkraft mit einem vom Boden (12) aufragenden Turm (14), einem durch Wind antreibbaren Rotor (16), welcher oberhalb des Bodens (12) am Turm(14) angeordnet ist, sowie einem Generator (18) zum Umwandeln mechanischer Energie in elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (18) im Bereich des Bodens (12) angeordnet ist und die Windkraftanlage (10) weiterhin umfasst: eine Kraftübertragungseinrichtung (20) zur mechanischen Kraftübertragung vom Rotor (16) zum Generator (18), sowie einen Schwungspeicher (22) zum Speichern kinetischer Energie mittels Drehung einer Schwungmasse (24), wobei der Schwungspeicher (22) eine Kupplungseinrichtung (26) aufweist, mit der die Schwungmasse (24) derart mit dem Generator (18) zur mechanischen Übertragung von Rotationsbewegung gekoppelt ist, dass die Schwungmasse (24) erst ab einer bestimmten Mindestdrehzahl des Generators (18) in Bewegung versetzt wird.
2. Windkraftanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (26) als Fliehkraftkupplung ausgebildet ist.
3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin gekennzeichnet durch einen Antriebsmotor (44), welcher mit dem Generator (18) zum Antreiben desselben mechanisch gekoppelt ist.
4. Windkraftanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (18) eine Antriebswelle (40) aufweist, auf der weiterhin der Schwungspeicher (22) und/oder der Antriebsmotor (44) angeordnet ist.
5. Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (40) quer zum Turm (14) ausgerichtet ist.
6. Windkraftanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungspeicher (22) über einen Freilauf (27) mit einer Antriebswelle (40) des Generators (18) gekoppelt ist, wobei der Freilauf (27) darauf ausgelegt ist, die Antriebswelle (40) von der Drehbewegung der Schwungmasse (24) zu entkoppeln, wenn die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle (40) größer ist als eine zur Drehgeschwindigkeit der Schwungmasse (24) proportionale Referenzdrehgeschwindigkeit.
7. Windkraftanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) über einen weiteren Freilauf (27) mit einer Antriebswelle (40) des Generators (18) gekoppelt ist, wobei der weitere Freilauf (27) darauf ausgelegt ist, die Antriebswelle (40) von der Drehbewegung des Rotors (16) zu entkoppeln, wenn die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle (40) größer ist als eine zur Drehgeschwindigkeit des Rotors (16) proportionale Referenzdrehgeschwindigkeit.
8. Windkraftanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinrichtung (20) einen Zugmitteltrieb (20a; 20b), insbesondere einen Riementrieb (20a) und/oder einen Kettentrieb (20b), umfasst.
9. Windkraftanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) über eine Übersetzung (36) mit einer Antriebswelle (40) des Generators (18) gekoppelt ist.
10. Windkraftanlage nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (10) auf einem Drehlager (48, 50) angeordnet ist, so dass die Windkraftanlage (10) zur Ausrichtung des Rotors (16) in Windrichtung um eine Drehachse senkrecht zum Boden (12) verdrehbar ist.
11. Windkraftanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (48, 50) eine kreisförmig gebogene Schiene (48) sowie darauf aufgesetzte Spurkranzräder (50) umfasst.
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