WO2011050923A2 - Windkraftanlage mit batterieanordnung - Google Patents

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WO2011050923A2
WO2011050923A2 PCT/EP2010/006426 EP2010006426W WO2011050923A2 WO 2011050923 A2 WO2011050923 A2 WO 2011050923A2 EP 2010006426 W EP2010006426 W EP 2010006426W WO 2011050923 A2 WO2011050923 A2 WO 2011050923A2
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Tim Schaefer
Andreas Gutsch
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Li-Tec Battery Gmbh
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    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine, in particular a wind turbine for use on or in a body of water.
  • a wind turbine for use on or in a body of water.
  • Such wind turbines are used in so-called off-shore systems, which are located on the open sea. Direct land access is usually not available.
  • the environmental influences in particular due to the salt water, great challenges to the design of such wind turbines.
  • the removal of generated electrical energy to consumers requires special attention.
  • wind turbines of this kind can also be used near or on inland waters, in particular large lakes, since strong winds can also occur there.
  • Regenerative energies such as wind energy or solar energy
  • wind turbines or solar power systems can deliver high power, while with a corresponding change in the weather situation, the power output can drop to a very low value within a short time.
  • Such fluctuations make it necessary to use electrical energy, which in favorable weather conditions - -
  • DE 202 06 234 U1 shows a buoyant wind turbine. This has a buoyancy body that floats on a water surface. The buoyant wind turbine can be anchored in the coastal area. In the area of buoyancy bodies, a buffer battery for emergency power can be accommodated.
  • DE 197 14 512 C2 shows a maritime power plant with a manufacturing process for the production, storage and consumption of renewable energy.
  • a floating support structure is provided on which a plurality of wind energy converters are arranged.
  • the object underlying the invention is achieved by a wind turbine, in particular for use on or in a body of water, with a wind turbine, a generator which can be brought into drive connection with the wind turbine, and a battery arrangement with at least one electrochemical cell.
  • a wind turbine means a device which can convert the kinetic energy of the wind into electrical energy.
  • electrical energy is also understood to mean electrical energy stored in chemical form. The kinetic energy is thereby _ _
  • a battery arrangement is to be understood as an apparatus which has at least one electrochemical cell.
  • the battery assembly may include structural means, in particular a housing, which can carry the electrochemical cell positionally stable.
  • the battery assembly may include means for contacting the electrochemical cell.
  • the housing can seal the electrochemical cell from the environment.
  • an electrochemical cell is to be understood as a device which can also serve for the storage of chemical energy and for the release of electrical energy.
  • the electrochemical cell can have at least one electrode stack, which also includes electrode windings, which is delimited substantially gas- and liquid-tight by means of a jacket against the environment.
  • the electrochemical cell may be configured to receive electrical energy while charging. This is also referred to as a secondary cell or an accumulator.
  • the battery assembly is preferably designed such that it can at least temporarily absorb significant portions of the electrical energy generated by the generator. This means that the battery assembly can absorb at least 50%, in particular at least 75%, in particular 90%, in particular 100%, of the maximum electrical power that can be generated by the generator and convert it into chemical energy.
  • the battery arrangement preferably provides significantly more capacities for the conversion of electrical energy into chemical energy than, for example, batteries or buffer systems functioning as emergency generators. _.
  • the battery assembly By a battery assembly of this kind, on the one hand, a storage of electrical energy in times in which the wind turbine can produce a lot of electrical energy can be achieved. On the other hand, the battery arrangement can provide electrical energy in times in which low electrical energy can be generated by the generator due to low wind load.
  • a housing of the battery arrangement and / or an enclosure of an electrochemical cell can be flowed around directly by the water of the water body.
  • Under the water of the water is preferably the sea water or the water of a lake or river meant in or on which the wind turbine is placed.
  • the water of the water can serve for temperature control of the battery assembly and / or the electrochemical cell.
  • the North Sea has water temperatures of about 10 ° C in winter and about 25 ° C in summer.
  • the resulting temperature difference of about 15 ° C over the course of the year represents a very small temperature fluctuation compared to the variations that can occur in the operation of electrochemical cells.
  • the seawater is very well suited to tempering electrochemical cells under almost constant external conditions.
  • the battery arrangement can be arranged at least partially, in particular completely below a water surface of the water body.
  • the battery assembly and / or the electrochemical cell is in contact with at least part of the water under any tidal conditions.
  • means for conveying water from the water to the battery arrangement can be provided.
  • the conveying means may comprise a pump. , _
  • a separate heat circuit may be provided which is in thermal contact with at least one electrochemical cell on the one hand and the water of the water body on the other hand.
  • the thermal contact can be formed directly with the electrochemical cell as well as indirectly over parts of the battery assembly.
  • the battery assembly may be mounted in places where the water of the water can not reach independently.
  • a battery assembly is releasably secured in a housing of the wind turbine.
  • a detachable connection is to be understood as such a compound that is designed to be solved or re-attached several times in the context of proper operation of the wind turbine. Replacement of the battery assembly is a part of the routine use of the wind turbine. An expansion of the battery assembly merely for maintenance purposes is not a routine use of the wind turbine.
  • a detachable connection is particularly suitable for automated release and securing the battery assembly in the housing of the wind turbine. In particular, it can be achieved that parts of the electrical energy generated by the wind turbine are transported away with the battery assembly of the wind turbine.
  • the detachable connection can be realized by means of a plug-in device.
  • the battery assembly can be secured by suitable securing means, such as bolts, against accidental loosening.
  • Such a releasably mounted battery assembly is preferably mounted on an outside of the housing of the wind turbine to allow for simplified assembly and disassembly.
  • the battery assembly is mounted outside of a wind turbine housing.
  • a wind turbine housing is to understand such a device which is mounted substantially fixed to parts of the wind turbine and can protect at least parts of the wind turbine against environmental influences.
  • the wind turbine housing can accommodate support functions for components of the wind turbine.
  • the battery assembly can be easily removed from the wind turbine. This is particularly advantageous when a detachable from the wind turbine housing battery assembly is used, which may be provided in particular to be frequently removed from the wind turbine and mounted again.
  • the wind turbine as a device for emitting electrical energy exclusively battery arrangements. These are in particular releasably attached to the wind turbine.
  • a wind turbine with removable battery assembly is a kind of gas station for electrically powered ships. This is particularly advantageous in wind turbines, which are located at a great distance from the mainland.
  • the battery arrangement can be arranged in a foundation of the wind power plant.
  • the mass of the battery assemblies can be used as a foundation mass for fixing the wind turbine. Suitable for this purpose _ _
  • the invention further relates to a method for supplying a ship with propulsion and / or supply energy, wherein a battery assembly is removed from an aforementioned wind turbine and then inserted into a ship.
  • drive energy is that energy to understand that is used to propel the ship.
  • the drive energy is converted by means of a motor via propellers or screws.
  • supply energy is meant that energy which is not used for propulsion of the ship but for the supply of other technical equipment of the ship, such as control devices or air conditioning devices.
  • utility power is provided on ships or aircraft through an auxiliary power unit (APU).
  • APU auxiliary power unit
  • the battery arrangement which now applies the supply energy of a ship, can replace such an APU.
  • the invention further relates to a method for controlling the temperature of an electrochemical cell, wherein an exchange of energy from the electrochemical cell with at least parts of the environment is carried out via a heat exchange device, characterized in that a heat exchange takes place with the water of a body of water, in particular with the Water of a sea or an inland water.
  • a heat exchange device Under a heat exchange device, a heat exchanger can be understood.
  • a heat exchange device can only be provided by a housing. In this case, an outer surface of the housing can come into contact with the water of the water body. An inner surface of the housing can receive energy from the electrochemical cell.
  • the water of the water body comes into direct contact with a housing which accommodates the electrochemical cell, or with a - -
  • the electrochemical cell may be in heat-transferring contact with a coolant circuit, the coolant circuit being in heat-transferring contact with the water of a body of water.
  • 1 shows a wind turbine in a first embodiment
  • 2 shows a wind turbine in a second embodiment
  • a wind turbine in a fourth embodiment a wind turbine in a fifth embodiment
  • a wind turbine in a sixth embodiment a section of a wind turbine housing with a set battery assembly
  • Fig. 8 shows schematically a cooling circuit
  • Fig. 9 shows a battery assembly which is mounted outside of a wind turbine housing.
  • FIG. 1 shows a wind turbine 1 for the application in the open sea in a first embodiment.
  • the wind turbine 1 has a wind turbine 2, which is mounted on a wind turbine housing 3.
  • a generator 4 is provided, which is drivingly connected to the wind turbine 2.
  • a foundation 6 is provided, which holds the entire wind turbine 1 in its position and location.
  • the foundation 6 has the shape of a tripod, which is formed by three steel piles 7.
  • the steel piles 7 are hineingerammt in a seabed 8.
  • a central support tube 9 connects the foundation 6 with the upper part of the wind turbine housing 3.
  • a housing which receives the generator 4, the support tube 9 and the foundation 6 are part of the wind turbine housing. 3
  • a battery assembly 10 is disposed within one or more steel piles 7. Another battery assembly 10 is disposed within the support tube 9.
  • the battery assemblies 10 are arranged inside the wind turbine housing 3. Instead of the battery assemblies 10, individual electrochemical cells can also be used, which also applies to the following embodiments.
  • the space provided by the steel piles 7 and the support tube 9 is used efficiently by the battery arrangements 10.
  • the weight forces of the battery assemblies 10 can be used to stabilize the foundations.
  • FIG. 2 shows a wind turbine 1 in a second embodiment, which largely corresponds to the first embodiment. In the following, only the differences will be discussed.
  • the foundation 6 of the wind turbine 1 has a framework-like structure of steel elements 1 1, at the bottom - -
  • a bearing device in the form of a plateau is formed, on which a battery assembly 10 can be attached.
  • the battery assembly 10 is mounted outside of the wind turbine housing 3 in this case.
  • FIG 3 shows a wind turbine 1 in a third embodiment, which largely corresponds to the first embodiment.
  • the wind turbine housing 3 essentially has a support tube 9, which also forms the foundation 6.
  • the support tube 9 has different diameter over its length and is hineingerammt in the seabed 8.
  • a battery assembly 10 is disposed below the sea surface.
  • Figure 4 shows a wind turbine 1 in a fourth embodiment, which largely corresponds to the third embodiment. In the following, only the differences are discussed.
  • a gravity body 13 is provided, which rests on the seabed 8. A substantial proportion of the weight of the gravity body 13 is formed by the battery assemblies 10.
  • FIG. 5 shows a wind turbine 1 in a fifth embodiment, which largely corresponds to the fourth embodiment.
  • the foundation 6 is essentially formed by a bucket 14 in which ballast is arranged.
  • the ballast is formed in part by battery assemblies 10.
  • the support tube 9 is fixedly connected to the bucket 14.
  • FIG. 6 shows a wind turbine 1 in a sixth embodiment, which largely corresponds to the fourth embodiment. In the following, only the differences will be discussed.
  • the support tube 9 is substantially - -
  • a cable 15 connects the support tube 9 with a gravity foundation 13, in which battery assemblies 10 are arranged.
  • FIG. 7 shows an example of the arrangement of the battery assembly 10 within the support tube 9.
  • a recess 16 is provided, which is located approximately in the region of the water surface 5.
  • the battery assembly 10 is held within the recess 16 and is in direct contact with the water.
  • Cooling fins 17 are provided on the housing of the battery assembly 10 to allow better heat dissipation from the battery case to the water. The cooling fins 17 serve to break the waves.
  • the battery assembly 10 is releasably held within the support tube.
  • FIG. 8a shows schematically the structure of a heat exchange device.
  • the battery assembly 10 is connected via lines 18 to a separate heat exchanger 19.
  • Further lines 20 are arranged on the heat exchanger 19 and provided to promote seawater 21 to the heat exchanger 19.
  • the heat exchanger 19 is disposed directly within the seawater 21, in a departure from this.
  • the other lines 20 can be eliminated.
  • Figure 9 shows schematically the arrangement of the battery assembly 10 on the plateau 12.
  • the plateau 12 is disposed outside of the wind turbine housing 3.
  • the battery assembly 10 may be protected by a further housing, not shown, against environmental influences. This further housing is removable or otherwise allows easy access to the battery assembly 10.
  • the other housing is not part of the wind turbine housing 3.
  • the battery assembly 10 is connected via lines 22 to the generator 4, not shown. Due to the arrangement of the plateau 12 outside the wind turbine housing, a crane, not shown, can transport the battery assembly 10 away from the wind power plant, for example, to a ship. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Eine Windkraftanlage (1), insbesondere zur Nutzung an oder in einem Gewässer, weist ein Windrad (2), einen Generator (4), der in Antriebsverbindung mit dem Windrad (2) bringbar ist, und eine Batterieanordnung (10) mit zumindest einer elektrochemischen Zelle auf.

Description

106612P467PC
Li-Tec Battery GmbH
Windkraftanlage mit Batterieanordnung
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windkraftanlage, insbesondere eine Windkraftanlage zur Nutzung an oder in einem Gewässer. Derartige Windkraftanlagen finden Anwendung in sogenannten Off-shore Anlagen, welche sich auf dem offenen Meer befinden. Ein direkter Landzugang ist in der Regel nicht vorhanden. Insbesondere bei einem Einsatz derartiger Windkraftanlagen auf dem Meer stellen die Umwelteinflüsse, insbesondere bedingt durch das Salzwasser, große Herausforderungen an die Gestaltung derartiger Windkraftanlagen. Ferner erfordert der Abtransport von erzeugter elektrischer Energie hin zu Verbrauchern besondere Aufmerksamkeit.
Derartige Windkraftanlagen können aber auch in der Nähe von oder an Binnengewässern, insbesondere großen Seen, Anwendung finden, da auch dort starke Winde auftreten können.
Regenerative Energien, wie beispielsweise die Windenergie oder die Solarenergie, weisen den Nachteil der schwankenden Leistungsabgabe auf. Bei entsprechenden Witterungsbedingungen können Windkraftanlagen oder Solar- stromanlagen eine hohe Leistung abgeben, während bei entsprechender Änderung der Witterungslage die Leistungsabgabe innerhalb kurzer Zeit auf einen sehr geringeren Wert absinken kann. Derartige Schwankungen machen es notwendig, elektrische Energie, welche bei günstigen Witterungsbedingungen - -
erzeugt wird, zu speichern. Wenn die Windkraftanlagen oder die Solaranlagen wenig Leistung zur Verfügung stellen, kann die gespeicherte Energie die verminderte Leistungsabgabe ausgleichen. Die DE 202 06 234 U1 zeigt eine schwimmfähige Windkraftanlage. Diese hat einen Auftriebskörper, der auf einer Wasseroberfläche schwimmt. Die schwimmfähige Windkraftanlage kann im küstennahen Bereich verankert werden. In dem Bereich von Auftriebskörpern kann eine Pufferbatterie für den Notstrom untergebracht sein.
Die DE 197 14 512 C2 zeigt eine maritime Kraftwerksanlage mit einem Her- stellungsprozess zur Gewinnung, Speicherung und zum Verbrauch von regenerativer Energie. Es ist eine schwimmende Trägerstruktur vorgesehen, auf der mehrere Windenergiekonverter angeordnet sind.
Die DE 20 2009 006 647 U1 zeigt einen Energieturm, an dem eine Akkubank zur Strompufferung angeschlossen ist. An diesem Energieturm können beispielsweise Elektrofahrzeuge betankt werden. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Windkraftanlage bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Windkraftanlage, insbesondere zur Nutzung an oder in einem Gewässer, mit einem Windrad, einem Generator, der in Antriebsverbindung mit dem Windrad bringbar ist, und einer Batterieanordnung mit zumindest einer elektrochemischen Zelle.
Unter einer Windkraftanlage ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zu verstehen, die die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie umwandeln kann. Unter elektrischer Energie ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dabei auch in chemischer Form gespeicherte elektrische Energie gemeint. Die kinetische Energie wird dabei insbesondere unter Aus- _ _
nutzung des Bernoulli-Effekts in kinetische Energie des Windrades umgewandelt. Wenn das Windrad mit dem Generator in Antriebsverbindung ist, wird durch die Drehung des Windrades der Generator angetrieben und kann elektrische Energie erzeugen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer Batterieanordnung eine Vorrichtung zu verstehen, welche zumindest eine elektrochemische Zelle aufweist. Die Batterieanordnung kann dabei bauliche Mittel, insbesondere ein Gehäuse, aufweisen, welche die elektrochemische Zelle positionsstabil tragen können. Die Batterieanordnung kann Mittel zum Kontaktieren der elektrochemischen Zelle aufweisen. Das Gehäuse kann die elektrochemische Zelle gegenüber der Umgebung abdichten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einer elektrochemischen Zelle eine Vorrichtung zu verstehen, welche auch zur Speicherung von chemischer Energie und zur Abgabe von elektrischer Energie dienen kann. Dazu kann die elektrochemische Zelle wenigstens einen Elektrodenstapel, worunter auch Elektrodenwickel zu verstehen sind, aufweisen, der mittels einer Umhüllung gegenüber der Umgebung weitgehend gas- und flüssigkeitsdicht abgegrenzt ist. Auch kann die elektrochemische Zelle ausgestaltet sein, elektrische Energie beim Laden aufzunehmen. Man spricht dann auch von einer Sekundärzelle oder einem Akkumulator.
Die Batterieanordnung ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass diese zumindest zeitweise wesentliche Anteile der von dem Generator erzeugten elektrischen Energie aufnehmen kann. Damit ist gemeint, dass die Batterieanordnung mindestens 50%, insbesondere mindestens 75%, insbesondere 90%, insbesondere 100% der vom Generator maximal erzeugbaren elektrischen Leistung aufnehmen und in chemische Energie umwandeln kann. Insofern stellt die Batterieanordnung vorzugsweise deutlich mehr Kapazitäten zur Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie zur Verfügung, als dies beispielsweise als Notstromaggregate fungierende Batterien oder Puffer- _ .
batterien zu leisten vermögen. Durch eine Batterieanordnung dieser Art kann zum einen eine Speicherung von elektrischer Energie in Zeiten, in denen die Windkraftanlage viel elektrische Energie produzieren kann, erreicht werden. Zum anderen kann die Batterieanordnung in Zeiten, in denen aufgrund geringem Windaufkommens wenig elektrische Energie durch den Generator erzeugt werden kann, elektrische Energie bereitstellen.
Vorzugsweise kann ein Gehäuse der Batterieanordnung und/oder eine Umhüllung einer elektrochemischen Zelle unmittelbar vom Wasser des Gewässers umströmt werden. Unter dem Wasser des Gewässers ist dabei vorzugsweise das Meerwasser oder das Wasser eines Sees oder Flusses gemeint, in oder an dem die Windkraftanlage aufgestellt ist. Das Wasser des Gewässers kann dabei zur Temperierung der Batterieanordnung und/oder der elektrochemischen Zelle dienen. Zum Beispiel weist die Nordsee Wassertemperaturen von ca. 10°C im Winter und ca. 25°C im Sommer auf. Die resultierende Temperaturdifferenz von ca. 15°C über den Jahresverlauf stellt eine sehr geringe Temperaturschwankung im Vergleich zu den Schwankungen dar, welche im Betrieb von elektrochemischen Zellen auftreten können. Insofern eignet sich das Meerwasser sehr gut, um elektrochemische Zellen bei nahezu gleichbleibenden Außen- bedingungen zu temperieren. Da das Gehäuse der Batterieanordnung und/oder die Umhüllung einer elektrochemischen Zelle dabei unmittelbar mit dem Wasser in Kontakt geraten kann, kann der bauliche Aufwand für die Kühlung gering gehalten werden. Die Batterieanordnung kann dabei zumindest teilweise, insbesondere vollständig unterhalb einer Wasseroberfläche des Gewässers angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Batterieanordnung und/oder die elektrochemische Zelle bei jeglichen Gezeitenbedingungen zumindest mit Teilen des Wassers in Kontakt.
Alternativ oder in Kombination hierzu können Mittel zum Fördern von Wasser aus dem Gewässer zur Batterieanordnung vorgesehen sein. Hierdurch kann eine Unabhängigkeit vom Wasserstand des Gewässers, insbesondere dem Tidenhub erreicht werden. Die Fördermittel können eine Pumpe aufweisen. . _
Alternativ oder in Kombination hierzu kann ein separater Wärmekreislauf vorgesehen sein, der in thermischem Kontakt mit zumindest einer elektrochemischen Zelle einerseits und dem Wasser des Gewässers andererseits steht. Der thermische Kontakt kann dabei unmittelbar mit der elektrochemischen Zelle als auch mittelbar über Teile der Batterieanordnung gebildet sein. Bei einer derartigen Anordnung kann vorzugsweise eine räumliche Trennung der Batterieanordnung und/oder der elektrochemischen Zelle von dem Wasser des Gewässers gegeben sein. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Wasser des Gewässers salzhaltig ist, da salzhaltiges Wasser die Umhüllung der elektrochemischen Zelle und/oder das Gehäuse der Batterieanordnung chemisch angreifen kann. Ferner kann die Batterieanordnung an Orten montiert sein, an die das Wasser des Gewässers nicht selbständig hin gelangen kann. Vorzugsweise ist eine Batterieanordnung lösbar in einem Gehäuse der Windkraftanlage befestigt. Unter einer lösbaren Verbindung ist dabei eine derartige Verbindung zu verstehen, die dazu ausgelegt ist, im Rahmen des ordnungsgemäßen Betriebs der Windkraftanlage mehrmals gelöst bzw. wieder befestigt zu werden. Ein Austauschen der Batterieanordnung stellt einen Bestandteil der routinemäßigen Benutzung der Windkraftanlage dar. Ein Ausbau der Batterieanordnung lediglich zu Wartungszwecken stellt dabei keine routinemäßige Benutzung der Windkraftanlage dar. Eine lösbare Verbindung eignet sich insbesondere für ein automatisiertes Lösen und Befestigen der Batterieanordnung in dem Gehäuse der Windkraftanlage. Insbesondere kann damit erreicht werden, dass Teile der von der Windkraftanlage erzeugten elektrischen Energie mit der Batterieanordnung von der Windkraftanlage wegtransportiert werden. Die lösbare Verbindung kann dabei mittels einer Einschubvorrichtung realisiert sein. Die Batterieanordnung kann dabei durch geeignete Sicherungsmittel, beispielsweise Bolzen, gegen unbeabsichtigtes Lösen gesichert sein. Eine derartig lösbar angebrachte Batterieanordnung ist vorzugsweise an einer Außenseite des Gehäuses der Windkraftanlage angebracht, um eine vereinfachte Montage und Demontage zu ermöglichen. - -
Vorzugsweise ist die Batterieanordnung außerhalb eines Windkraftanlagengehäuses angebracht. Unter einem Windkraftanlagengehäuse ist dabei eine derartige Einrichtung zu verstehen, welche im Wesentlichen ortsfest an Teilen der Windkraftanlage angebracht ist und zumindest Teile der Windkraftanlage gegen Umwelteinflüsse schützen kann. Ferner kann das Windkraftanlagengehäuse Stützfunktionen für Komponenten der Windkraftanlage aufnehmen. Dadurch, dass die Batterieanordnung außerhalb des Windkraftanlagengehäuses angebracht ist, kann die Batterieanordnung leicht von der Windkraftanlage entfernt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine vom Windkraftanlagengehäuse lösbare Batterieanordnung verwendet wird, welche insbesondere dafür vorgesehen sein kann, häufig von der Windkraftanlage entfernt und wieder anmontiert zu werden. Vorzugsweise weist die Windkraftanlage als Vorrichtung zur Abgabe von elektrischer Energie ausschließlich Batterieanordnungen auf. Diese sind insbesondere lösbar an der Windkraftanlage befestigt. Wenn ausschließlich Batterieanordnungen zur Abgabe von elektrischer Energie vorgesehen sind, sind Kabelanbindungen an die Windkraftanlage unnötig. Die elektrische Energie wird somit mitsamt den Batterieanordnungen von der Windkraftanlage weg transportiert. Mittels eines Krans können die Batterieanordnungen direkt auf ein Schiff gehoben werden. Die Batterieanordnungen können dabei auch zur Versorgung des Schiffes mit Antriebs- oder Versorgungsenergie verwendet werden. Insofern stellt ein Windkraftrad mit abnehmbarer Batterieanordnung eine Art Tankstelle für elektrisch betriebene Schiffe dar. Dies ist insbesondere bei Windkraftanlagen von Vorteil, die in großer Entfernung vom Festland aufgestellt sind.
Alternativ oder in Kombination zu den vorgenannten Möglichkeiten kann die Batterieanordnung in einem Fundament der Windkraftanlage angeordnet sein. Insbesondere kann dabei die Masse der Batterieanordnungen als Fundamentmasse zur Fixierung der Windkraftanlage verwendet werden. Hierzu eignen sich _ _
insbesondere wartungsfreie Lithium-Ionen-Batterien. Ferner können nahezu jede Stellen an einem Gehäuse des Windkraftrades mit elektrochemischen Zellen befüllt sein. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Versorgen eines Schiffes mit Antriebs- und/oder Versorgungsenergie, wobei eine Batterieanordnung aus einer vorgenannten Windkraftanlage entnommen wird und anschließend in ein Schiff eingesetzt wird. Unter Antriebsenergie ist dabei diejenige Energie zu verstehen, die zum Vortrieb des Schiffes verwendet wird. Üblicherweise wird die Antriebsenergie mittels eines Motors über Propeller oder Schrauben umgesetzt. Unter Versorgungsenergie ist diejenige Energie gemeint, die nicht zum Antrieb des Schiffes sondern zur Versorgung sonstiger technischer Einrichtungen des Schiffes, wie beispielsweise Steuereinrichtungen oder Klimatisierungseinrichtungen, verwendet wird. Üblicherweise wird die Versorgungsenergie auf Schiffen oder Flugzeugen durch eine Auxiliary Power Unit (APU) bereitgestellt. Die Batterieanordnung, welche nunmehr die Versorgungsenergie eines Schiffes aufbringt, kann eine derartige APU ersetzen.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Temperieren einer elektro- chemischen Zelle, wobei über eine Wärmetauschvorrichtung ein Austausch von Energie von der elektrochemischen Zelle mit zumindest Teilen der Umgebung vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeaustausch mit dem Wasser eines Gewässers stattfindet, insbesondere mit dem Wasser eines Meeres oder eines Binnengewässers. Unter einer Wärmetauschvorrichtung kann ein Wärmetauscher verstanden werden. Eine Wärmetauschvorrichtung kann aber lediglich auch durch ein Gehäuse bereitgestellt werden. Hierbei kann eine Außenfläche des Gehäuses mit dem Wasser des Gewässers in Kontakt treten. Eine Innenfläche des Gehäuses kann Energie von der elektrochemischen Zelle aufnehmen.
Vorzugsweise gerät das Wasser des Gewässers in unmittelbaren Kontakt mit einem Gehäuse, welches die Elektrochemische Zelle aufnimmt, oder mit einer - -
Umhüllung der elektrochemischen Zelle. Hiermit kann eine baulich einfach gestaltete Wärmetauschvorrichtung bereitgestellt werden. Durch die nahezu gleichbleibenden Temperaturen eines Gewässerwassers kann eine gleichmäßige Temperierung gewährleistet sein.
Alternativ kann die elektrochemische Zelle mit einem Kühlflüssigkeitskreislauf in wärmeübertragendem Kontakt sein, wobei der Kühlflüssigkeitskreislauf mit dem Wasser eines Gewässers in wärmeübertragendem Kontakt steht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine Windkraftanlage in einer ersten Ausführungsform; Fig. 2 eine Windkraftanlage in einer zweiten Ausführungsform; eine Windkraftanlage in einer dritten Ausführungsform; eine Windkraftanlage in einer vierten Ausführungsform; eine Windkraftanlage in einer fünften Ausführungsform; eine Windkraftanlage in einer sechsten Ausführungsform; einen Ausschnitt eines Windkraftanlagengehäuses mit einer einge setzten Batterieanordnung;
Fig. 8 schematisch einen Kühlkreislauf
a) in einer ersten Ausführungsform,
b) in einer zweiten Ausführungsform; und - -
Fig. 9 eine Batterieanordnung, die außerhalb eines Windkraftanlagengehäuses angebracht ist.
Figur 1 zeigt eine Windkraftanlage 1 für die Anwendung auf dem offenen Meer in einer ersten Ausführungsform. Die Windkraftanlage 1 weist ein Windrad 2 auf, welches auf einem Windkraftanlagengehäuse 3 angebracht ist. In einem oberen Teil des Windkraftanlagengehäuses 3 ist ein Generator 4 vorgesehen, welcher mit dem Windrad 2 antriebsverbunden ist. Unterhalb einer Wasseroberfläche 5 ist ein Fundament 6 vorgesehen, welches die gesamte Windkraftanlage 1 in ihrer Position und Lage hält. Das Fundament 6 weist die Form eines Tripods auf, welches durch drei Stahlpfähle 7 gebildet ist. Die Stahlpfähle 7 sind in einen Meeresboden 8 hineingerammt. Ein zentrales Tragrohr 9 verbindet das Fundament 6 mit dem oberen Teil des Windkraftanlagengehäuses 3. Ein Gehäuse, welches den Generator 4 aufnimmt, das Tragrohr 9 sowie das Fundament 6 sind Bestandteil des Windkraftanlagengehäuses 3.
Jeweils eine Batterieanordnung 10 ist innerhalb eines oder mehrerer Stahlpfähle 7 angeordnet. Eine weitere Batterieanordnung 10 ist innerhalb des Tragrohrs 9 angeordnet. Die Batterieanordnungen 10 sind dabei innerhalb des Wind- kraftanlagengehäuses 3 angeordnet. Anstelle der Batterieanordnungen 10 können auch einzelne elektrochemische Zellen verwendet werden, was auch für die folgenden Ausführungsformen gilt.
Dabei wird zum einen der durch die Stahlpfähle 7 und das Tragrohr 9 bereit- gestellte Raum effizient durch die Batterieanordnungen 10 genutzt. Zum anderen können die Gewichtskräfte der Batterieanordnungen 10 zur Stabilisierung der Fundamente genutzt werden.
Figur 2 zeigt eine Windkraftanlage 1 in einer zweiten Ausführungsform, die weitgehend der ersten Ausführungsform entspricht. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen. Das Fundament 6 der Windkraftanlage 1 weist eine fachwerkartige Struktur aus Stahlelementen 1 1 auf, an deren Unterseite - -
vier rechteckig zueinander angeordnete Stahlpfähle 7 vorgesehen sind. An der fachwerkartigen Struktur aus Stahlelementen 11 ist eine Lagervorrichtung in Form eines Plateaus ausgebildet, auf den eine Batterieanordnung 10 angebracht werden kann. Die Batterieanordnung 10 ist in diesem Fall außerhalb des Windkraftanlagengehäuses 3 angebracht.
Figur 3 zeigt eine Windkraftanlage 1 in einer dritten Ausführungsform, die weitgehend der ersten Ausführungsform entspricht. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen. Das Windkraftanlagengehäuse 3 weist im Wesent- liehen ein Tragrohr 9 auf, welches auch das Fundament 6 bildet. Das Tragrohr 9 weist über seine Länge unterschiedliche Durchmesser auf und wird in den Meeresboden 8 hineingerammt. In einem unteren Teil des Tragrohrs 9 ist unterhalb der Meeresoberfläche eine Batterieanordnung 10 angeordnet. Figur 4 zeigt eine Windkraftanlage 1 in einer vierten Ausführungsform, die weitgehend der dritten Ausführungsform entspricht Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen. An einem unteren Ende des Tragrohres 9 ist ein Schwerkraftkörper 13 vorgesehen, der auf dem Meeresboden 8 aufliegt. Einen wesentlichen Anteil der Gewichtskraft des Schwerkraftkörpers 13 wird durch einliegende Batterieanordnungen 10 gebildet.
Figur 5 zeigt eine Windkraftanlage 1 in einer fünften Ausführungsform, die weitgehend der vierten Ausführungsform entspricht. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen. Das Fundament 6 wird im Wesentlichen durch einen Eimer 14 gebildet, in dem Ballast angeordnet ist. Der Ballast wird zum Teil durch Batterieanordnungen 10 gebildet. Das Tragrohr 9 ist fest mit dem Eimer 14 verbunden.
Figur 6 zeigt eine Windkraftanlage 1 in einer sechsten Ausführungsform, die weitgehend der vierten Ausführungsform entspricht. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen. Das Tragrohr 9 ist im Wesentlichen - -
schwimmend gestaltet. Ein Seil 15 verbindet das Tragrohr 9 mit einem Schwerkraftfundament 13, in welchem Batterieanordnungen 10 angeordnet sind.
Figur 7 zeigt beispielhaft die Anordnung der Batterieanordnung 10 innerhalb des Tragrohres 9. Dabei ist eine Ausnehmung 16 vorgesehen, welche sich in etwa im Bereich der Wasseroberfläche 5 befindet. Die Batterieanordnung 10 ist innerhalb der Ausnehmung 16 gehalten und ist in unmittelbarem Kontakt mit dem Wasser. Kühlrippen 17 sind am Gehäuse der Batterieanordnung 10 vorgesehen, um eine bessere Wärmeableitung vom Batteriegehäuse zum Wasser zu ermöglichen. Die Kühlrippen 17 dienen zum Brechen der Wellen. Die Batterieanordnung 10 ist lösbar innerhalb des Tragrohres gehalten.
Figur 8a zeigt schematisch den Aufbau einer Wärmetauschvorrichtung. Die Batterieanordnung 10 ist über Leitungen 18 mit einem separaten Wärme- tauscher 19 verbunden. Weitere Leitungen 20 sind an dem Wärmetauscher 19 angeordnet und dazu vorgesehen, Meerwasser 21 zu dem Wärmetauscher 19 zu fördern. In der Ausgestaltung gemäß der Figur 8b ist abweichend dazu der Wärmetauscher 19 unmittelbar innerhalb des Meerwassers 21 angeordnet. Die weiteren Leitungen 20 können damit entfallen.
Figur 9 zeigt schematisch die Anordnung der Batterieanordnung 10 auf dem Plateau 12. Das Plateau 12 ist außerhalb des Windkraftanlagengehäuses 3 angeordnet. Die Batterieanordnung 10 kann von einem weiteren nicht dargestellten Gehäuse gegen Umwelteinflüsse geschützt sein. Dieses weitere Gehäuse ist abnehmbar oder erlaubt in sonstiger Weise einen leichten Zugang zur Batterieanordnung 10. Das weitere Gehäuse ist nicht Bestandteil des Windkraftanlagengehäuses 3. Die Batterieanordnung 10 ist über Leitungen 22 mit dem nicht dargestellten Generator 4 verbunden. Durch die Anordnung des Plateaus 12 außerhalb des Windkraftanlagengehäuses kann ein nicht dar- gestellter Kran die Batterieanordnung 10 von der Windkraftanlage wegbefördern, beispielsweise hin zu einem Schiff. Bezugszeichenliste
1 Windkraftanlage
2 Windrad
3 Windkraftanlagengehäuse
4 Generator
5 Wasseroberfläche
6 Fundament
7 Stahlpfahl
8 Meeresboden
9 Tragrohr
10 Batterieanordnung
11 fachwerkartige Struktur aus Stahlelementen
12 Lagervorrichtung
13 Schwerkraftkörper
14 Eimer
15 Seil
16 Ausnehmung
17 Kühlrippe
18 Leitungen
19 Wärmetauscher
20 Leitungen
21 Meerwasser
22 Leitungen

Claims

Pate n ta ns p rü c h e
Windkraftanlage (1), insbesondere zur Nutzung an oder in einem
Gewässer, aufweisend
ein Windrad (2),
einen Generator (4), der in Antriebsverbindung mit dem Windrad (2) bringbar ist, und
eine Batterieanordnung (10) mit zumindest einer elektrochemischen Zelle.
Windkraftanlage nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Gehäuse der Batterieanordnung (10) und/oder eine Umhüllung einer elektrochemischen Zelle unmittelbar vom Wasser des Gewässers (21) umströmt wird.
Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Windkraftanlage (1) Mittel zum Fördern von Wasser aus dem
Gewässer (21) zur Batterieanordnung (10) aufweist.
Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterieanordnung (10) und/oder eine elektrochemische Zelle zumindest teilweise, insbesondere vollständig, unterhalb einer Wasseroberfläche (5) des Gewässers angeordnet ist.
Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Wärmekreislauf vorgesehen ist, der in thermischem Kontakt mit zumindest einer elektrochemischen Zelle einerseits und dem Wasser des Gewässers (21) andererseits steht.
6. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterieanordnung (10) lösbar in der Windkraftanlage (1) befestigt ist.
7. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterieanordnung (10) außerhalb eines Windkraftanlagengehäuses (3) angeordnet ist.
8. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Vorrichtung zur Abgabe von elektrischer Energie ausschließlich
Batterieanordnungen (10) vorgesehen sind.
9. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterieanordnung (10) in einem Fundament (6) der Windkraftanlage angeordnet ist.
Verfahren zum Versorgen eines Schiffes mit Antriebs- und/oder
Versorgungsenergie,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Batterieanordnung (10) aus einer Windkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche entnommen und anschließend in ein Schiff eingesetzt wird.
Verfahren zum Temperieren einer elektrochemischen Zelle, bei welchem über eine Wärmetauschvorrichtung ein Austausch von thermischer Energie von der elektrochemischen Zelle mit zumindest Teilen der Umgebung vorgenommen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeaustausch (19) mit dem Wasser eines Gewässers (21) stattfindet, insbesondere mit dem Wasser eines Meeres oder eines Binnengewässers.
Verfahren nach Anspruch 11 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Wasser des Gewässers (21) in unmittelbarem Kontakt mit einem die elektrochemische Zelle aufnehmenden Gehäuse oder mit einer Umhüllung der elektrochemischen Zelle gerät.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrochemische Zelle mit einem Kühlflüssigkeitskreislauf in wärmeübertragendem Kontakt ist, wobei der Kühlflüssigkeitskreislauf mit dem Wasser eines Gewässers (21) in wärmeübertragendem Kontakt steht.
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