WO2014082939A2 - Verfahren und system zur kontrolle, zur steuerung und zum schutz sowie zur optimierung mittels eines geschützten breitband-kommunikations-navigations-netzes (pbcnn protected broadband communication navigation network) - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and system for the protection, control and protection of a protected broadband communication navigation network (PBCNN)
  • PBCNN protected broadband communication navigation network
  • a protected broadband communication and navigation network (5) Controlled by a protected broadband communication and navigation network (5) as a self-sufficient ground-based communication and power supply system independent of the power grid (4) and of satellites
  • nodes (1) are interconnected via fiber optic cables.
  • a fundamental problem with power generation with renewable energies is the fundamental impossibility of adapting the current power generation to the current, temporally fluctuating demand. In the generation of electricity from the sun and wind even a time constant energy production is not possible because the
  • WO 2010/121 764 A2 a network with charging stations for electric vehicles for storing, dispensing and distributing electrical energy is described which a three-phase turbine (Ossenburg turbine), an energy storage, a control unit and has a communication unit and is formed in a columnar shape.
  • the system can be part of a "smart grid” or an intelligent power grid, and a "multi-functionality" is described, which should increase the profitability and thus the acceptance. A protection against failures is not provided.
  • the segmented Savonius turbine of this document has no support structure that allows the turbine axle to have bearings at both ends.
  • Such Savonius or Flettner rotors are not robust.
  • Shipwreck when coupled with a small Flettner rotor with a wind turbine - and the world-famous oceanographer Jacques -Yves Cousteau must in October 1983, then already 74 years, make bad experiences - than at wind force 9, Turbosail 'comes down.
  • Paragraph 10 of that document also claims that the arrangements of the arrangement described therein provide a significant improvement in the ecological energy balance, since the ecologically produced energy is consumed locally, ie at the place of manufacture, in particular without transport losses, to process the IT services , Again, this claim is incorrect.
  • a photovoltaic system on a house does not generate more energy than the house itself needs. Therefore, in the system according to the document, it is not possible for the system to receive excess energy from the photovoltaic system.
  • the energy can only be purchased at a greater price than the system delivers the energy to the grid, as the feed into the grid
  • a decentralized system according to the invention which spans Germany in length and width, will be necessary to meet the future energy requirements and the following other requirements:
  • Wind turbine design as it is called in the name of this patent. This type of wind turbine is not suitable to withstand major storms.
  • the transmission shown in the document is designed so small and weak that it can withstand any major wind or wind speeds. But if the transmission were made stronger, it would be even more inefficient. The inventor knows this problem from the very massive transmission designs in the
  • Cloud in particular as a protected Broadband Communication Navigation Network (PBCNN)
  • a combination of a wind turbine with a photovoltaic system, so a hybrid system (solar and wind), have.
  • nodes (1) have a wind turbine (6) and accumulators (28) for decentralized, off-grid power supply,
  • the nodes (1) have a control device (14), the storage and output of the electrical energy in dependence on predetermined data for locally, regionally and / or nationally and / or internationally currently available electrical energy and their demand and / or in Dependent on the current stock exchange-oriented energy price,
  • the nodes (1) high performance capacitors (10) for higher voltage and high voltage and higher energy density and for faster delivery of
  • the controller has an overload protection to the
  • the system can still use the generated power up to 780 volts, since the excess voltage or energy is dissipated, so that the system is also at high
  • the inventive system PBCNN describes a self-sufficient system, which provides an uninterrupted communication and a decentralized power supply. All connection cables and connections to existing networks and the networking of the individual nodes are preferably underground and are protected.
  • the junctions (1) are arranged along an infrastructure route, an already existing, special network, e.g. As a road network with or without street lights, a motorway network, a railway track, a river or a sewer network, the basis for the new network with nodes for storing, dispensing and distributing electrical energy.
  • an already existing, special network e.g. As a road network with or without street lights, a motorway network, a railway track, a river or a sewer network, the basis for the new network with nodes for storing, dispensing and distributing electrical energy.
  • the protected broadband communication navigation network according to the invention is an alternative to the satellite-based global navigation system (GPS), which depends on satellite communications and thus very vulnerable to attacks by terrorists, other criminals or EMP (the
  • clusters have their own computer networks that work as a "cloud” to manage, control and regulate all the functions, both hardware and software, that run parallel to the Internet and are not accessible via the Internet, except where the
  • the system according to the invention enables the protection and control of a GPS-compatible navigation system to enable automobile safety and highway management. It uses cloud computer networks. It is decentralized and generates locally “green energy” and stores it to the local
  • Communication system and a public information system are also included. Protection of applications and computer networks against terrorism or cyberattacks is also given.
  • the entire system is safe only if all the electrical systems, circuits and microelectronic devices inside the insulated steel tower of the
  • connections to antennas and / or optical lenses located outside the tower must be secured against the electromagnetic pulse. This is preferably done by an automatic return protection, which is also attached. At the top of the tower is a lightning rod to install.
  • the inventive system is equipped with communication technology, which can work by networking over fiber optic cable without communication via satellite and also by shielding the system using a Faraday cage ago EMP (electromagnetic pulse) is protected.
  • the system is with a
  • Wind turbine combined to produce and store energy, which makes the system independent of the supply network and thus able to independently maintain the functionality of its communication technologies.
  • a PB CNN system is obtained, namely a "protected broadband communication navigation network”.
  • the system has an intelligent broadband energy management (IBEM), which is the storage, distribution and distribution of energy as a function of given data on locally, regionally, nationally and / or internationally currently available electrical energy and their Demand controls and / or regulates depending on the current energy price (electricity trading via the stock exchange).
  • IBEM intelligent broadband energy management
  • the system can store the self-generated energy or energy from the supply network in integrated accumulators and redistribute them as needed.
  • High performance integrated capacitors can achieve higher voltage and higher energy densities, as well as faster current delivery. The capacitors enable a quick response to the provision of energy.
  • a network of nodes is provided which are interconnected by fiber optic cable and communicate with each other and are arranged along an infrastructure route, in particular a road, a highway, a railway track, a river or a channel, at certain intervals, the system with street lights , Security monitoring and traffic control technology IBTM (intelligent broadband traffic management) is integrated into existing infrastructure.
  • IBTM intelligent broadband traffic management
  • the system can be provided with a mechanical storage via hydraulic, the foundation can serve as an energy storage, water storage, hydraulic and / or water reservoir. Due to the integrated energy storage, the system obtains a UPS function (uninterruptible power supply, uninterrupted power supply)
  • UPS function uninterruptible power supply, uninterrupted power supply
  • a danger due to satellite failure and thus endangered state security by eliminating the communication media and the GPS system is thus excluded according to the invention. Otherwise, there is a danger because satellites have no protection against EMP.
  • Car traffic control is possible, namely a computer-controlled, autonomous driving of the cars and trucks by placing the systems at regular intervals on highways
  • junctions are also designed as a charging station for electric cars
  • Figure 1 shows a schematic representation of the invention.
  • a highway 3 As a highway 3, a highway, a railway line, a river, a channel, etc., the nodes are arranged at a certain distance. In this case, along the main road 3, the nodes 1 are arranged in two rows at a distance of 100 m.
  • the nodes are connected to each other and to the general power network 4 and to communication technology networks 5 such as traffic management, security monitoring, broadband connections, etc.
  • the node 1 itself can with a variety of other systems and
  • Wind turbine 6 is combined. Particularly advantageous is a
  • Wind turbine as described in the Applicant's earlier patent applications, e.g. B. the German patent application DE 10 2011 109 215 AI, filed on 03.08.2011 and published on 22.03.2012.
  • the great advantage of these wind turbines is the ability to use them even in densely built-up areas and very close to buildings and even on these.
  • Another important advantage is the direct use of the generated electrical energy without conversion and transmission losses.
  • the counter-rotating twin turbines compensate for the vibrations and natural vibrations otherwise generated by the individual turbines.
  • the power generation of the turbine increases in proportion to the wind speed, but depending on the mutual distance between the twin turbines, the increase in power proportional to the wind speed is reduced. This effect can be used as a constructive automatic brake to control the turbine and storm it.
  • the segmented Savonius turbine does not have a support structure which allows turbine axis bearings at both ends, which gives Applicant's turbine according to the German patent application DE 10 2011 109 215 A1 a much longer life and dampens vibrations.
  • the sensitive electrical parts such as telecommuni cation units, computers, etc. require a very uniform electrical power supply and receive them in the system according to the invention on the inverter to the accumulators. It is not affected by any malfunction, such as lightning.
  • the wind turbine can not be replaced by a photovoltaic system, as this is not suitable due to the low energy efficiency and the larger space required compared to the above-mentioned wind turbine of the applicant.
  • Photovoltaic system ie a hybrid system (solar and wind).
  • the node can be provided with bulbs and thus as
  • the outside can be used as an advertising space 7.
  • the node is also advantageous with the lighting 8, z.
  • the street lighting such as lanterns combined, especially if they are equipped with energy-saving LED lamps.
  • Node 1 contains three main components: 1.
  • the node 1 serves primarily as energy storage and as
  • the node 1 contains a higher-level control as energy and
  • the energy and communication management system monitors the accumulators as well as the high-power capacitors and their state of charge and distributes the energy as needed. It also controls the communication between the individual wind turbines, which form their own network, as well as the communication with the higher-level general network. Integrated is also an intelligent hardware for information processing.
  • the hub can absorb and deliver energy.
  • the node can fulfill other functions and therefore
  • the system according to the invention offers protection against failures of any kind:
  • Foundation can serve as energy storage, water reservoir, hydraulic and / or water reservoir
  • the foundation can have additional accumulators as well as elements for heat storage, eg with latent heat accumulators (PCM Phase Change Material)
  • PCM Phase Change Material The system can be coupled to a truck with hydraulic stabilizers so that they can be used in emergencies and disasters mobile two wind turbines, not shown, which are part of a wind turbine according to the earlier German patent application of the applicant DE 10 2011 109 215 AI produce by means of two connected generators 23 alternating current, which is fed into a controller 24.
  • the low voltage wind generated voltage with voltage below 150 volts is fed to a first rectifier 25.
  • the alternating current is fed to a second rectifier 26.
  • Both rectifiers 25, 26 contain a control unit in order to reach the "Maximum Power Point (MPP)", ie the point of the current-voltage diagram of a solar cell, at which the largest power can be taken, ie the point at which the Product of current and voltage has its maximum.
  • MPP Maximum Power Point
  • the rectifier 25 is designed for a hybrid operation for processing wind energy up to 3 kW and solar energy up to 0.9 kW.
  • the rectifier 26 operates in the same way, but is designed for electricity from wind energy up to 10 kW and solar energy up to 3 kW.
  • the rectifier 26 can feed the delivered DC voltage with up to 10 kW in the public power grid and derive the excess energy up to 10 kW.
  • the DC voltage is converted via a connected to the public grid inverter (10 kW) 32 in AC and to a
  • Power supply unit 33 passed. If the voltage supplied by the generator is higher than the maximum voltage to be processed by the system, in the exemplary embodiment 780 volts, the system can still use the generated power up to 10 kW and 780 volts, as the excess voltage and energy is dissipated. This means that the system does not have to be shut down as in the case of known systems if the generator supplies too high voltages and power.
  • the system can feed a power of up to 10 kW into the public grid and derive an excess power of up to 10 kW. This means that the system can deliver its nominal power under all conditions and accepts any voltage from the generator.
  • the device 25, 26 optimizes and smoothes voltage spikes that occur during the
  • the parts 30 and 31 are hardware parts for deriving overvoltages that occur when switching between the low-wind system (storage system) and
  • the elements 30 and 31 are needed when the grid dependent inverter 32 synchronizes with the grid and does not load the generators.
  • the protected broadband communication navigation network according to the invention is connected to its own power supply network and protected against harmful influences from the Internet. It receives information and

Abstract

Das Verfahren und System zum Schutz, zum Steuern und Kontrollieren durch ein geschütztes Breitband-Kommunikations- und Navigations-Netz (5) als autarkes erdbodenbasiertes Kommunikations- und Stromversorgungssystem mit vom Stromversorgungsnetz (4) und von Satelliten unabhängigen Kommunikationsmitteln (13) und mit Knotenpunkten (1), die miteinander verbunden sind, zum Schutz und zur Kontrolle eines GPS-kompatiblen Navigationssystems für die Automobilsicherheit und das Autobahnmanagement, unter Verwendung von Cloud-Computer-Netzen, zum Schutz und zur Kontrolle von dezentraler und lokale erzeugter/gespeicherter grüner Energie zur lokalen Verwendung oder zur Unterstützung des Stromversorgungsnetzes, zum Schutz und zur Kontrolle von Kommunikations- und öffentlichen Informations-Systemen, zum Schutz und zur Kontrolle eines Systems für die öffentliche Sicherheit, zum Schutz und zur Kontrolle von Anwendungen und Computernetzen gegen Terrorismus oder Cyber-Attacken, wobei die Knotenpunkte (1) über Glasfaserkabel miteinander verbunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Knotenpunkte (1) über Glasfaserkabel miteinander verbunden sind, dass die Knotenpunkte (1) eine elektromagnetische Abschirmung aufweisen, dass die Knotenpunkte (1) eine Windkraftanlage (6) aufweisen, dass die Knotenpunkte (1) elektrische Akkumulatoren zum Speichern und Abgeben der elektrischen Energie aufweisen, dass die Knotenpunkte (1) eine Steuereinrichtung aufweisen, die das Speichern und Abgeben der elektrischen Energie in Abhängigkeit von vorgegebenen Daten zur lokal, regional und/oder national aktuell verfügbaren elektrischen Energie und deren Nachfrage und/oder in Abhängigkeit vom aktuellen Energiepreis regelt, dass die Knotenpunkte (1) entlang einer Infrastruktur-Trasse angeordnet sind.

Description

Verfahren und System zur Kontrolle, zur Steuerung und zum Schutz sowie zur Optimierung mittels eines geschützten Breitband-Kommunikations-Navigations-Netzes (PBCNN Protected Broadband Communication Navigation Network) Die Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Schutz, zum Steuern und
Kontrollieren durch ein geschütztes Breitband-Kommunikations- und Navigations-Netz (5) als autarkes erdbodenbasiertes Kommunikations- und Stromversorgungssystem mit vom Stromversorgungsnetz (4) und von Satelliten unabhängigen
Kommunikationsmitteln (13) und mit Knotenpunkten (1), die miteinander verbunden sind,
zum Schutz und zur Kontrolle eines GPS-kompatiblen Navigationssystems für die Automobilsicherheit und das Autobahnmanagement, unter Verwendung von Cloud- Computer-Netzen,
zum Schutz und zur Kontrolle von dezentraler und lokale erzeugter/gespeicherter grüner Energie zur lokalen Verwendung oder zur Unterstützung des
Stromversorgungsnetzes ,
zum Schutz und zur Kontrolle von Kommunikations- und öffentlichen Informations- Systemen,
zum Schutz und zur Kontrolle eines Systems für die öffentliche Sicherheit, zum Schutz und zur Kontrolle von Anwendungen und Computernetzen gegen
Terrorismus oder Cyber- Attacken,
wobei die Knotenpunkte (1) über Glasfaserkabel miteinander verbunden sind.
Hintergrund
Die Industrieländer wie Deutschland stehen, insbesondere nach der Katastrophe in Fukushima, vor der Herausforderung, eine stabile Energieversorgung zu sichern, die idealerweise weder nuklear ist noch einen C02-Ausstoß hat, außerdem kostengünstig ist und die Notwendigkeiten eines modernen Wirtschaftsstandortes berücksichtigt.
Ein tiefgreifendes Problem bei der Stromerzeugung mit erneuerbaren Energien ist die grundsätzliche Unmöglichkeit, die aktuelle Stromerzeugung dem aktuellen, zeitlich schwankenden Bedarf anzupassen. Bei der Stromerzeugung aus Sonne und Wind ist noch nicht einmal eine zeitlich konstante Energieproduktion möglich, da die
Sonneneinstrahlung und die Windstärke häufig wechseln.
Notwendig ist daher ein System zum Zwischenspeichern der erzeugten, aber aktuell nicht benötigten elektrischen Energie zur Abgabe für spätere Zeiträume. Nach einem besonders wichtigen Aspekt besteht eine Notwendigkeit, ein System zu entwickeln, welches eine hohe Sicherheit bei der Stromversorgung gewährleistet. Zum Beispiel fiel am 15. November 2012 in München die öffentliche Stromversorgung aus, wovon 450 000 Menschen betroffen waren. Die Bewohner waren ohne Strom, ohne Kommunikation und mit nur eingeschränkter Mobilität, weil die U-Bahn nicht mehr fuhr, Ampelanlagen nicht funktionierten, die Kommunikation eingeschränkt war, um bspw. ein Taxi zu rufen etc. Es herrschten kurzzeitig chaotische Zustände in München und das mitten in Deutschland im 21. Jahrhundert.
Bei einem Satellitenausfall oder Stromausfall, verursacht durch Naturkatastrophen, Sonneneruptionen, technische Fehler wie in München, durch Netzüberlastung, EMP, durch atomaren Erstschlag und weitere nicht ausschließbare Szenarien und einen dadurch verursachten Ausfall der Satellitenkommunikation und der Stromversorgung würden wir um 200 Jahre in die Vergangenheit katapultiert. Aber wir würden nicht überleben, da wir nicht mehr die Infrastruktur der vergangenen Jahrhunderte haben und aufgrund der Tatsache, dass wir nicht ohne Wasser leben können. Die
Wasserversorgung ist aber abhängig von einem funktionierenden öffentlichen
Stromnetz.
Wenn Satelliten ausfallen, fällt der Großteil der Kommunikation weg. Das Militär kann die Staatssicherheit nicht gewährleisten, weil es - bedingt durch den Ausfall u.a. von GPS, Telekommunikation und TV - nicht mehr kommunizieren kann und somit die Abwehr ausgeschaltet wird.
Stand der Technik
Bisherige bekannte Systeme zum Zwischenspeichern elektrischer Energie wie Pumpspeicherwerke, Druckluft-Speicherung, Speicherung von Wasserstoff in
Kavernen, zentrale stationäre Akkumulatoren haben bei weitem nicht die Speicher- Kapazität, die zum Umstieg auf erneuerbaren Energien nötig wäre, zumindest nicht bis zum Jahre 2030, wie von der Bundesregierung angestrebt. In der WO 2010/121 764 A2 wird ein Netz mit Ladestationen für Elektrofahrzeuge zum Speichern, Abgeben und Verteilen elektrischer Energie beschrieben, welches eine Drehstrom- Turbine (Ossenburg-Turbine), einen Energiespeicher, eine Steuereinheit sowie eine Kommunikationseinheit aufweist und säulenförmig ausgebildet ist. Das System kann Teil eines„smart grids" oder eines intelligenten Stromnetzes sein. Ferner ist eine„Multifunktionalität" beschrieben, die die Rentabilität und damit die Akzeptanz erhöhen soll. Ein Schutz vor Ausfällen ist aber nicht vorgesehen.
In diesem Dokument wird eine segmentierte Savonius-Turbine genannt. Dieser Turbinentyp wurde vielfach getestet, hat aber in keiner Variante die Effizienz einer normalen Savonius-Turbine. Die Savonius-Turbine arbeitet dann mit voller Leistung, wenn die Luftleitbleche sich über die gesamte Länge der Turbine erstrecken. Die maximale Leistung wird erreicht bei einem Winkel zwischen 60 und 120 Grad, bezogen auf den einströmenden Wind. Alle anderen Formen, z.B. Spiralformen, oder Ausgestaltungen (z.B. Offset) über die Länge der Turbine bedeuten Leistungsverlust.
Die segmentierte Savonius-Turbine nach diesem Dokument hat keine Tragstruktur, die es ermöglicht, dass die Turbinenachse Lager an beiden Enden hat. Derartige Savonius- oder Flettner-Rotoren sind nicht robust. 1983 erleidet die US -Amerikanische Windship Development Corp. Schiffbruch, als sie einen kleinen Flettner-Rotor mit einer Windturbine koppelt - und auch der weltbekannte Meeresforscher Jacques-Yves Cousteau muss im Oktober 1983, damals schon 74jährig, schlechte Erfahrungen machen - als bei Windstärke 9 sein ,Turbosail' herunterkommt.
Zu diesem Zeitpunkt testete er gerade eine modifizierte 13,5 m hohe, tragflächenartige ovale Röhre, bei welcher der Unterdruck statt durch Rotation durch einen innen liegenden 12 PS Ventilator und siebartige Öffnungen in den Seiten erzeugt wird. Auf dem 22 m langen Katamaran ,Moulin ä Vent Γ sollte damit die gleiche Leistung wie durch einen konventionellen 150 PS Motor erbracht werden. Noch im Laufe des Jahres 1985 überquert Cousteau mit der ,Alcyone' den Atlantik ohne Zwischenfall und setzt seine Erprobungsfahrt in den Pazifik fort. Das Schiff ist 2006 immer noch für die Cousteau-Society unterwegs.
Zum Stand der Technik nach der EP 2 267 858 AI
In der Zusammenfassung auf der Titelseite dieser Druckschrift wird von einer oder mehreren autarken Energie-Netzwerk-Computer-Stationen gesprochen. Andererseits heißt es, dass diese Stationen ihre Energie von lokalen Kraftwerken über das Netz erhalten. Dies ist ein Widerspruch, da ein solches System nicht autark sein kann. Außerdem gibt es nicht genug grüne Energie in jeder Region, um die einzelnen Stationen rund um die Uhr und zu jeder Tages- und Jahreszeit autark machen zu können. Jede Netzanbindung, die Energie von der zentralisierten Netzregelung erhält, ist nicht autark, denn das Netz gibt an jeden Verbraucher Energie ab, der diese benötigt. Damit ist diese Netzanbindung abhängig vom zentralen Stromnetz und das System ist nicht autark, wie in dieser Druckschrift behauptet wird. Außerdem entnimmt dieses System angeblich nur„grüne Energie" aus dem Netz. Dadurch sollen Übertragungsverluste eingespart werden und dieses System sehr effizient arbeiten. Diese Behauptungen treffen ebenfalls nicht zu.
Jede Photovoltaikanlage, Windkraftanlage und jeder Generator ist verbunden mit dem zentralen Stromnetz, so dass es keine dezentralen Stromquellen gibt. Damit ist die Computerstation immer abhängig vom Netz. Ansonsten müsste man die
Stromerzeugung lokal steuern und regulieren und sicherstellen, dass es zu allen Zeiten genug lokale grüne Energie gibt und diese direkt mit der Computerstation verbunden ist. Diese Anordnung macht das System nicht autark, sondern kostet eine immense Menge an Geld.
In Absatz 10 dieser Druckschrift wird außerdem behauptet, dass die Ausgestaltungen der dort beschriebenen Anordnung eine erhebliche Verbesserung der ökologischen Energiebilanz liefern, da die ökologisch produzierte Energie lokal verbraucht wird, also am Ort der Herstellung, insbesondere ohne Transportverluste, um die IT-Dienste zu verarbeiten. Auch diese Behauptung trifft nicht zu.
Zu Nachtzeiten, wenn es keinen ausreichenden Wind gibt, wie es oft der Fall ist, und wenn Biogas-Treibstoff nicht zugänglich ist, kann die Energie nur von dem zentralen Stromversorgungsnetz erhalten werden. Das zentrale Netzmanagement reguliert die
Energie und bestimmt, wo diese herstammt. Es ist nicht möglich, zu bestimmen, dass der Anwender die Energie von einer bestimmten Region erhält, zum Beispiel von den Windfarmen in der Ostsee. Man kann außerdem die grünen Stromerzeuger nicht vom Netz abtrennen und sie nur für die Computerstationen verwenden. Denn wenn der Wind stark bläst und die Sonne scheint, wird zu viel Strom erzeugt. Dann müssten einige der Stromgeneratoren abgeschaltet werden, die andererseits Strom erzeugen, der an anderer Stelle benötigt würde.
Im Gegensatz zu dem bekannten System braucht man daher ein System entsprechend der vorliegenden Anmeldung mit einer Speicherkapazität von 4 kWh pro Tag für einen durchschnittlichen Haushalt und entsprechend für einen Zeitraum von 40 Tagen eine Speicherkapazität von 160 kWh pro Haushalt.
Eine Photovoltaikanlage auf einem Haus erzeugt nicht mehr Energie als das Haus selber benötigt. Daher ist es in dem System nach der Druckschrift nicht möglich, dass das System überschüssige Energie von der Photovoltaikanlage erhält. In dem bekannten System kann die Energie nur zu einem größeren Preis eingekauft werden als das System die Energie an das Netz abgibt, da die Einspeisung in das Netz
subventioniert ist.
Schließlich kostet eine Photovoltaikanlage viel zu viel, um sie zu installieren, sofern sie nicht subventioniert wird, und es gibt dann auch keinen Platz, um große Windturbinen aufzubauen, wobei die Bevölkerung außerdem bekanntermaßen erhebliche Einwände gegen die großen Windkraftanlagen hat.
Ein dezentrales System entsprechend der Erfindung, welches Deutschland in Länge und Breite überspannt, wird nötig sein, um in Zukunft den Energiebedarf und die folgenden anderen Forderungen zu erfüllen:
Die Reduktion von C02 bei gleichzeitiger Energieproduktion,
IT-Stationen,
Breitbandlösungen,
Internetmöglichkeiten und -kapazitäten,
Datenverwaltung und -speicherung,
Mobilfunk-Türme,
Videoüberwachung.
Alle diese Forderungen werden mit dem erfindungsgemäßen System sicher und dezentral erfüllt.
Zum Stand der Technik nach der US 2006 / 0 281 471 AI Diese Druckschrift beschreibt ein seit längerem bekanntes System. Es beschreibt die Verwendung von unterschiedlichen Radiofrequenzen und die Verhinderung des so genannten„Jamming". Diese Druckschrift beschäftigt sich nicht mit der Sicherung der Energie, die für ihre Antennen oder Systeme benötigt wird, und nicht mit der benötigten Plattform oder deren Positionierung oder der von ihr abgedeckten Fläche. Hier geht es nur um die Verwendung unterschiedlicher Frequenzen innerhalb eines Raumbereiches und um die Beziehung zu anderen räumlichen Bereichen.
Der Aspekt der öffentlichen Sicherheit oder wirtschaftliche Aspekte werden in dieser Druckschrift nicht bewertet. Diese Druckschrift beschäftigt sich auch nicht mit der persönlichen Sicherheit.
Zum Stand der Technik nach der US 7 436 086 B2
Hier handelt es sich um Verfahren und Apparate mit einem fortgeschrittenen
Windturbinendesign, wie es in der Bezeichnung dieses Patentes heißt. Dieser Typ von Windkraftanlage ist aber nicht geeignet, um größeren Stürmen zu widerstehen.
Außerdem hat er einen sehr schlechten Wirkungsgrad. Bekannt ist dagegen, dass die Savonius-Turbine den besten Wirkungsgrad hat, um Flüssigkeiten zu pumpen.
Das in der Druckschrift gezeigte Getriebe ist so klein und schwach ausgelegt, dass es keinen größeren Windstoß bzw. größere Windgeschwindigkeiten verträgt. Wenn das Getriebe aber stärker gemacht würde, wäre es noch ineffizienter. Der Erfinder kennt dieses Problem von den sehr massiven Getriebekonstruktionen in den
Windkraftanlagen mit horizontalen Achsen, wobei die Lager durch die auftretenden
Spannungen oft ausfallen.
Die in der Druckschrift dargestellte Konstruktion ist jedenfalls keineswegs wirtschaftlich und sinnvoll. Ein tatsächlicher Bau einer solchen Konstruktion würde zum wirtschaftlichen Ruin führen. Natürlich kann ein hydraulischer Motor oder ein
Kompressor durch den Wind angetrieben werden, aber nicht in wirtschaftlicher Weise mit dieser Konstruktion.
Aufgabe und Lösung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung: Das eingangs genannte Verfahren und System soll - eine Speicher-Kapazität aufweisen, die zum Umstieg auf erneuerbaren Energien nötig ist
- weder nuklear sein noch einen C02- Ausstoß haben
- die gespeicherte Energie nach Bedarf verteilen
- Versorgungssicherheit und Energiestabilität mit erneuerbaren Energien
gewährleisten
- eine Plattform zur Verfügung stellen, die die notwendige
Informationsverarbeitung integriert, dafür die Hard- und Software zur
Verfügung stellt und damit eine Virtualisierung der Energiewirtschaft ermöglicht
- notwendige Infrastrukturmaßnahmen, die eine Kommunikationsplattform
benötigen, z. B. Sicherheitsüberwachung, Breitbandanschlüsse, CCTV, LTE, IPTV, Verkehrsmanagement, mit einer dezentralen Energieproduktion verbinden
- höchste Sicherheit gewährleisten durch verteilte Kommunikation (im Sinne von
„Cloud", insbesondere als ein geschütztes Breitband-Kommunikations- Navigations-Netz (PBCNN Protected Broadband Communication Navigation Network))
- eine GPS -Kommunikationsmöglichkeit haben
- integrierte Hochleistungs-Kondensatoren für höhere Spannung und höhere
Energiedichte und für eine schnellere Abgabe von Strom haben
- durch eine Co-Finanzierung, z. B. durch Werbemöglichkeiten des Systems, und Einsparung, z. B. Bündelung notwendiger Bauvorhaben wie Straßen-Laternen, Funktürme, eine bezahlbare Rundumversorgung bereitstellen
- sehr flexibel durch Baukastensystem (Modulsystem) sein
- die nationalen Transmissions Verluste der elektrischen Energie erheblich
verringern
- die zentrale Windenergie-Produktion mit ihren zeitlichen Schwankungen und Ausfällen positiv ergänzen und deren Schwächen kompensieren
- auch in Drittländern, z. B. bei Katastrophen, einsetzbar sein, wobei ein mobiler, kurzfristiger Einsatz der Anlage durch Flanschverbindung des Turms mit einer Fußplatte bzw. Trägerkonstruktion anstelle des Fundaments möglich ist,
- ohne Kommunikation über Satelliten arbeiten können,
- vor EMP (elektromagnetischem Impuls) geschützt sein,
- unabhängig vom öffentlichen Versorgungsnetz und somit autark in der Lage sein, auch bei Ausfall des öffentlichen Stromversorgungsnetzes für die Aufrechterhaltung der Funktionalität seiner Kommunikationstechnologien zu sorgen,
- Netzausfälle und Versorgungslücken abdecken und höchste
Versorgungssicherheit realisieren,
- optional eine Kombination einer Windkraftanlage mit einer Photo voltaikanlage, also eine Hybridanlage (Solar und Wind), aufweisen.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren und System der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
- dass die Knotenpunkte (1) eine elektromagnetische Abschirmung aufweisen,
- dass die Knotenpunkte (1) eine Windkraftanlage (6) und Akkumulatoren (28) zur dezentralen, netzunabhängigen Stromversorgung aufweisen,
- dass die Knotenpunkte (1) eine Steuereinrichtung (14) aufweisen, die das Speichern und Abgeben der elektrischen Energie in Abhängigkeit von vorgegebenen Daten zur lokal, regional und/oder national und/oder international aktuell verfügbaren elektrischen Energie und deren Nachfrage und/oder in Abhängigkeit vom aktuellen börsenorientierten Energiepreis regelt,
- dass die Knotenpunkte (1) entlang einer Infrastruktur-Trasse (3) angeordnet sind,
- dass die Knotenpunkte (1) Hochleistungs-Kondensatoren (10) für höhere Spannung und Hochspannung und höhere Energiedichte und für eine schnellere Abgabe von
Strom aufweisen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung liegen in den folgenden
Ausführungen. Die Steuereinrichtung hat eine Überlastungssicherung, um den
Generator vor einer Zerstörung zu schützen bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten und sogar Stürmen. Wenn die erzeugte Spannung höher als die maximale vom System zu verarbeitende Spannung, im Ausführungsbeispiel 780 Volt, ist, kann das System dennoch die erzeugte Leistung bis 780 Volt nutzen, da die überschüssige Spannung bzw. Energie abgeführt wird, so dass das System auch bei hohen
Windgeschwindigkeiten nicht wie andere Systeme stillgelegt werden muss.
Ein Blitzschutz ist außerdem vorgesehen.
Wichtig ist auch eine hydraulische Bremse für die Windkraftanlage, die im Übrigen auch gesetzlich vorgeschrieben ist. Grundsätzlich beschreibt das erfindungsgemäße System PBCNN ein in sich autarkes System, welches eine unterbrechungsfreie Kommunikation und eine dezentrale Energieversorgung bereitstellt. Alle Anschlusskabel und Verbindungen zu bestehenden Netzen sowie die Vernetzung der einzelnen Knotenpunkte liegen vorzugsweise unterirdisch und sind geschützt.
Da erfindungsgemäß die Knotenpunkte (1) entlang einer Infrastruktur- Trasse angeordnet sind, kann kostengünstig ein bereits vorhandenes, spezielles Netz, z. B. ein Straßennetz mit oder ohne Straßenlaternen, ein Autobahnnetz, ein Eisenbahn-Trasse, ein Fluss oder ein Kanalnetz, die Basis für das neue Netz mit Knotenpunkten zum Speichern, Abgeben und Verteilen elektrischer Energie bilden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt. Das erfindungsgemäße System bietet Schutz vor Ausfällen jeglicher Art:
• Schutz vor EMP und Ausfall der Kommunikation über Satelliten, welche keinen Schutz vor EMP haben (keine Gefährdung der Staatssicherheit durch Ausfall der Satelliten und Wegfall der Kommunikationsmedien)
• Unabhängigkeit vom Versorgungsnetz, da durch die Turbine eigene Energie zur Versorgung des Systems bereitgestellt und somit eine unterbrechungsfreie Versorgung mit Energie und eine Aufrechterhaltung der Kommunikationsmedien gewährleistet wird.
Das erfindungsgemäße Geschützte Breitband- Kommunikations -Navigations -Netz ist eine Alternative zum satellitenbasierten globalen Navigationssystem (GPS), welches von der Satellitenkommunikation abhängt und dadurch sehr verletzlich gegenüber Angriffen von Terroristen, anderen Kriminellen oder durch EMP (dem
elektromagnetischen Puls) ist. Alle nationalen Verteidigungssysteme der westlichen Welt sind von diesem satellitenbasierten Navigationssystem abhängig. Dies trifft ebenso zu auf die Navigations Systeme der Automobile und den Betrieb der
Mobiltelefone.
Durch den erfindungsgemäßen Bau eines Clusters von Türmen entlang von
Infrastrukturtrassen, wobei diese Türme GPS-Fähigkeiten haben und untereinander durch Intranet verbunden sind, erhält man ein„Erdboden- Positionierungs-System", welches nicht wie das satellitenbasierte Kommunikations- und Navigationssystem angegriffen werden kann und dabei so präzise arbeiten kann, dass Automobile selbstfahrend ausgestattet sein können, also sich ohne Einwirkung eines Fahrers bewegen. Verkehrsstaus können verhindert werden. Sogar Informationen über
Falschfahrer (Geisterfahrer) und das Überschreiten der vorgeschriebenen
Geschwindigkeit können erfasst werden. Das Unfallmanagement kann erheblich effektiver sein. Eine Filterung kann programmiert werden, um Unfälle bzw.
Unfallwahrscheinlichkeiten vorherzusehen, ebenso wie Staus und Verkehrsstillstände.
Diese Cluster haben ihre eigenen Computer-Netze, die als eine„Cloud" arbeiten, um alle Funktionen, sowohl der Hardware- als auch der Software-Systeme, zu verwalten, zu steuern und zu regeln. Diese Netzwerke laufen parallel zum Internet und sind nicht zugänglich über das Internet. Eine Ausnahme besteht nur dann, wenn die
Kommunikationsgeräte den richtigen Code in ihren Prozessoren haben. Ein Decoder würde notwendig sein, wodurch Cyber- Attacken unmöglich gemacht werden und damit das erfindungsgemäße System zusätzlich geschützt ist. Das Computernetz
entsprechend der Erfindung ist in der Lage, einen Zugang zum Internet zu haben und über das Internet auffindbar zu sein, falls es erforderlich ist.
Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße System den Schutz und die Steuerung eines GPS -kompatiblen Navigationssystems, um eine Automobil-Sicherheit und ein Autobahn-Management zu ermöglichen. Es nutzt Cloud- Computer-Netze. Es ist dezentral und erzeugt lokal„grüne Energie" und speichert diese zur lokalen
Verwendung oder zur Unterstützung des Netzes. Integriert sind außerdem ein
Kommunikationssystem sowie ein öffentliches Informationssystem. Ein System für die öffentliche Sicherheit ist ebenso enthalten. Ein Schutz der Anwendungen und der Computernetze gegen Terrorismus oder Cyber- Attacken ist ebenfalls gegeben.
Das gesamte System ist nur dann sicher, wenn alle elektrischen Systeme, Schaltkreise und mikroelektronische Einrichtungen innerhalb des isolierten Stahlturms des
Knotenpunktes angeordnet und davon umschlossen sind. Alle Drähte und
Verbindungen zu Antennen und/oder optische Linsen, die außerhalb des Turms angeordnet sind, müssen gegen den elektromagnetischen Puls gesichert werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine automatische Rückstellsicherung, die ebenfalls angebracht ist. An der Spitze des Turms ist ein Blitzableiter anzubringen. Das erfindungsgemäße System ist bestückt mit Kommunikationstechnologie, welche durch Vernetzung über Glasfaserkabel ohne Kommunikation über Satelliten arbeiten kann und zudem durch das Abschirmen der Anlage mittels eines Faraday- Käfigs vor EMP (elektromagnetischem Impuls) geschützt ist. Das System ist mit einer
Windkraftanlage kombiniert, um Energie zu produzieren und zu speichern, wodurch die Anlage unabhängig vom Versorgungsnetz und somit autark in der Lage ist, für die Aufrechterhaltung der Funktionalität seiner Kommunikationstechnologien zu sorgen. Auf diese Weise erhält man erfindungsgemäß ein PB CNN-System, nämlich ein „Geschütztes Breitband- Kommunikations-Navigations-Netz (Protected Broadband Communication Navigation Network)".
Das System verfügt über ein IBEM (intelligent broadband energy management, intelligentes Breitband-Energie-Management), welches die Speicherung, Abgabe und Verteilung von Energie in Abhängigkeit von vorgegebenen Daten zur lokal, regional, national und/oder international aktuell verfügbaren elektrischen Energie und deren Nachfrage steuert und/oder in Abhängigkeit vom aktuellen Energiepreis regelt (Stromhandel über die Börse).
Mittels eines integrierten IBLM (intelligent battery load management, intelligentes Batterielade-Management) kann das System die selbst erzeugte Energie oder auch Energie aus dem Versorgungsnetz in integrierte Akkumulatoren speichern und diese nach Bedarf wieder verteilen. Mit integrierten Hochleistungs-Kondensatoren können höhere Spannung und höhere Energiedichten sowie eine schnellere Abgabe von Strom erreicht werden. Die Kondensatoren ermöglichen eine schnelle Reaktionsfähigkeit für die Bereitstellung der Energie.
Ein Netz mit Knotenpunkten ist vorgesehen, die mittels Glasfaserkabel miteinander vernetzt sind und untereinander kommunizieren und entlang einer Infrastrukturtrasse, insbesondere einer Straße, einer Autobahn, einer Eisenbahn- Trasse, einem Fluss oder einem Kanal, in bestimmten Abständen angeordnet sind, wobei das System mit Straßenlaternen, Sicherheitsüberwachung und Verkehrsleittechnik IBTM (intelligent broadband traffic management, intelligentes Breitband- Verkehrs-Management) ausgestattet in vorhandene Infrastruktur integriert wird.
Das System kann mit einem mechanischen Speicher über Hydraulik versehen werden, wobei das Fundament als Energiespeicher, Wasserspeicher, Hydraulik- und/oder Wasserreservoir dienen kann. Durch die integrierte Energiespeicherung, erlangt das System eine UPS-Funktion (uninterruptible power supply, ununterbrochene
Stromversorgung), wobei Netzausfälle und Versorgungslücken abgedeckt werden und Versorgungssicherheit realisiert wird. Bei einem Netzausfall können Fernseh- Sendungen über Satellit mittels des erfindungsgemäßen Systems weiter empfangen werden.
Eine Gefahr infolge Satellitenausfall und damit gefährdeter Staatssicherheit durch den Wegfall der Kommunikationsmedien und des GPS-Systems wird erfindungsgemäß damit ausgeschlossen. Eine derartige Gefahr besteht ansonsten, denn Satelliten verfügen über keinen Schutz vor EMP.
In jedem möglichen Scenario für einen Ausfall der vorhandenen Systeme bleibt das erfindungsgemäße System durch die vorgesehenen Schutzmechanismen und die
Unabhängigkeit vom Netz vom Ausfall verschont. Der Ausfall der Kommunikation über Satelliten kann über das erfindungsgemäße System aufgefangen und eine weiterhin reibungslose Kommunikation gewährleistet werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Systems:
• Alle Verbindungskabel (der Anlagen untereinander und die Verbindung zum bestehenden Kommunikations- und Stromnetz) sind unterirdisch verlegt und somit geschützt
· Auto-Verkehrssteuerung sind möglich, nämlich ein computergesteuertes, selbständiges Fahren der Autos und LKWs durch Platzierung der Anlagen in regelmäßigen Abständen an Autobahnen
• die Knotenpunkte sind zusätzlich als Ladestation für E-Autos ausgebildet
• Schutz vor EMP, Kometen, Sonneneruptionen, Stromausfall, Netzüberlastung etc.
• Schutz vor Ausfall der Kommunikation (wichtig insbesondere beim Militär, denn ohne Kommunikation ist keine Steuerung von Flugzeugen oder Raketen möglich; somit wichtig im Fall einer Gefährdung der Staatssicherheit durch Ausfall der
Kommunikationsmittel) .
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Erfindung. Entlang einer Infrastruktur- Trasse, z. B. einer Bundesstraße 3, einer Autobahn, einer Eisenbahn- Trasse, einem Fluss, einem Kanal, usw. werden die Knotenpunkte in bestimmtem Abstand angeordnet. In diesem Fall werden längs der Bundesstraße 3 die Knotenpunkte 1 in zwei Reihen im Abstand von 100 m angeordnet. Die Knotenpunkte sind miteinander und mit dem allgemeinen Stromnetz 4 sowie mit Kommunikationstechnologie-Netzen 5 wie Verkehrsmanagement, Sicherheitsüberwachung, Breitbandanschlüsse, usw. verbunden. Der Knotenpunkt 1 selber kann mit einer Vielzahl von weiteren Anlagen und
Einrichtungen verbunden sein, wie Figur 2 zeigt.
Damit er selber Energie erzeugen kann, ist von Vorteil, wenn er mit einer
Windkraftanlage 6 kombiniert wird. Besonders vorteilhaft ist dabei eine
Windkraftanlage, wie sie in den früheren Patent- Anmeldungen des Anmelders beschrieben ist, z. B. der deutschen Patent-Anmeldung DE 10 2011 109 215 AI, angemeldet am 03.08.2011 und veröffentlicht am 22.03.2012. Zum Zwecke der Ergänzung der Offenbarung wird auf deren Inhalt ausdrücklich Bezug genommen. Der große Vorteil dieser Windkraftanlagen ist die Möglichkeit, sie auch in dicht bebauten Gebieten und sehr nahe an Gebäuden und sogar auf diesen einsetzen zu können. Ein weiterer wichtiger Vorteil liegt in der direkten Nutzung der erzeugten elektrischen Energie ohne Umwandlungs- und Transmissionsverluste.
Weitere Vorteile dieser Windkraftanlagen liegen in seinen Eigenschaften:
Geräuschlos
Selbststartend
Selbsttätig in den Wind drehend
Integriertes Speichersystem mit Steuereinheit In stark turbulenten Wind kompensieren die gegenläufig rotierenden Zwillingsturbinen die von den Einzelturbinen ansonsten erzeugten Vibrationen und Eigenschwingungen. Die Energieerzeugung der Turbine steigt proportional zur Windgeschwindigkeit an, aber in Abhängigkeit vom gegenseitigen Abstand zwischen den Zwillingsturbinen wird das Anwachsen der proportional zur Windgeschwindigkeit steigenden Leistung verringert. Dieser Effekt kann als eine konstruktive automatische Bremse genutzt werden, um die Turbine zu regeln und sie sturmfest zu machen. Die segmentierte Savonius -Turbine hat dagegen keine Tragestruktur, die Lagerungen der Turbinenachse an beiden Enden ermöglicht, welche der Turbine des Anmelders entsprechend der deutschen Patentanmeldung DE 10 2011 109 215 A1 eine viel längere Lebensdauer gibt und Vibrationen dämpft.
Die empfindlichen elektrischen Teile wie Telekommuni-kationseinheiten, Computer, usw. benötigen eine sehr gleichmäßige elektrische Spannungsversorgung und erhalten diese im erfindungsgemäßen System über die Inverter bis zu den Akkumulatoren. Sie wird nicht durch irgendeine Leistungsstörung, wie Blitzschlag, beeinträchtigt.
Andere Windkraftanlagen sind i. a. nicht kompatibel, haben erheblich größere
Abmessungen, und sind ohnehin viel weniger effizient, da sie nur in eng begrenzten Bereichen der Windgeschwindigkeit arbeiten können.
Die Windkraftanlage kann nicht durch eine Photovoltaikanlage ersetzt werden, da diese aufgrund der niedrigen Energieeffizienz und des größeren Platzbedarfs gegenüber der oben genannten Windkraftanlage des Anmelders nicht geeignet ist. Möglich und vorteilhaft ist jedoch eine Kombination einer Windkraftanlage mit einer
Photovoltaikanlage, also eine Hybridanlage (Solar und Wind).
Weitere mögliche Funktionen des Knotenpunkts:
• SAT-TV-Empfang
• Navigationsmanagement
• LED-Beleuchtung
• Verwendung des V-förmigen Windverteilers (Nase) der Windkraftanlage nach der DE 10 2011 109 215 AI als Werbefläche oder sogar als großer digitaler Bildschirm.
Der Knotenpunkt kann mit Leuchtmitteln versehen werden und damit als
Straßenlaterne fungieren.
Zur Co-Finanzierung kann die Außenseite als Werbefläche 7 nutzbar sein. Der Knotenpunkt ist auch mit Vorteil mit der Beleuchtung 8, z. B. der Straßenbeleuchtung wie Laternen kombinierbar, insbesondere wenn diese mit energiesparenden LED- Lampen bestückt sind.
Der Knotenpunkt 1 enthält drei Hauptbestandteile: 1. Der Knotenpunkt 1 dient in erster Linie als Energiespeicher und als
Kommunikationsplattform. Er enthält daher
Akkumulatoren (Batterien), GPS, LED, Hochleistungs-Kondensatoren
Computer-Hardware wie PC / Laptop und
die entsprechende Software.
Der Knotenpunkt 1 enthält eine übergeordnete Steuerung als Energie- und
Kommunikationsmanagementsystem, ein Navigationsmanagement-System sowie eine Informationsverarbeitung zur optimalen Verteilung der Energie. Das Energie- und Kommunikationsmanagementsystem überwacht die Akkumulatoren sowie die Hochleistungs-Kondensatoren und deren Ladezustand und verteilt die Energie nach Bedarf. Es steuert auch die Kommunikation der einzelnen Windkraftanlagen untereinander, die ein eigenes Netz bilden, sowie die Kommunikation mit dem übergeordneten allgemeinen Netz. Integriert ist außerdem eine intelligente Hardware zur Informationsverarbeitung.
Über eine Verbindung mit dem allgemeinen Stromnetz kann der Knotenpunkt Energie aufnehmen und abgeben.
2. Außerdem ist - wie bereits oben ausgeführt - eine Windkraftanlage im Knotenpunkt 1 enthalten.
3. Zusätzlich kann der Knotenpunkt weitere Funktionen erfüllen und daher
Daten-Massenspeicher
eine oder mehrere Kameras,
Antennen, Transmitter, GPS
Satelliten- Antenne,
VHF/UKW-Sender,
Datenspeicher und/oder
Radar
enthalten und daher verschiedene Applikationen ermöglichen:
Konstruktive Anpassung an bestimmte Anwendungen, z. B. Lampen
Überwachungskameras
Konstruktive sicherheitstechnische Anpassung
Integrierte Intelligenz. Das erfindungsgemäße System bietet Schutz vor Ausfällen jeglicher Art:
• Schutz vor EMP und Ausfall der Kommunikation über Satelliten, welche keinen Schutz vor EMP haben (keine Gefährdung der Staatssicherheit durch Ausfall der Satelliten und Wegfall der Kommunikationsmedien)
· Unabhängigkeit vom Versorgungsnetz, da durch die Turbine eigene Energie zur Versorgung des Systems bereitgestellt und somit eine unterbrechungsfreie Versorgung mit Energie und eine Aufrechterhaltung der Kommunikationsmedien gewährleistet wird. Der Schwerpunkt liegt also in der Sicherheit der Anlage und dem Schutz vor Ausfällen von Kommunikationsmedien und der Energieversorgung.
Zusätzliche Vorteile bieten die weiteren optionalen
Bestandteile der Anlage:
· Kombination mit der Windkraftanlage
• Straßenbeleuchtung
• erhöhte Effizienz durch die Kombination mit der Windkraftanlage
• Verkehrsleittechnik
Mobilfunk, Internet und Breitband, SAT-TV
· Videoüberwachung
• Mechanischer Speicher über Hydraulik
• Fundament kann als Energiespeicher, Wasserspeicher, Hydraulik- und/oder Wasserreservoir dienen
• Durch das Abschirmen der Anlage mittels eines Faraday- Käfigs ist die Anlage vor EMP - elektromagnetischer Impuls - geschützt
• Navigationsmanagement
• UPSN - uninterup table power supply network
• Hybrid-Funktion, kann also auch zusätzlich mit Photovoltaik bestückt werden
• Kondensatoren (capacitors) für Hochspannung
· Faraday' scher Käfig zum Schutz vor EMP
• elektrische Anschlüsse wie Steckdosen, für Einphasenwechselstrom mit 220 Volt und Dreiphasen- Wechselstrom mit 380 Volt für lokale Anwendungen
• Das Fundament kann zusätzliche Akkumulatoren aufweisen sowie Elemente zur Wärmespeicherung z.B. mit Latentwärmespeichern (PCM Phase Change Material) Die Anlage kann an einen Lastkraftwagen gekoppelt werden mit hydraulischen Stabilisatoren, so dass sie in Notfällen und Katastrophen mobil eingesetzt werden kann Zwei nicht dargestellte Windturbinen, die Teil einer Windkraftanlage nach der früheren deutschen Patent- Anmeldung des Anmelders DE 10 2011 109 215 AI sind, erzeugen mittels zweier angeschlossener Generatoren 23 Wechselstrom, der in einen Regler 24 eingespeist wird. Der bei niedriger Windgeschwindigkeit erzeugte Strom mit Spannung unterhalb von 150 Volt wird in einen ersten Gleichrichter 25 eingespeist. Bei hohen
Windgeschwindigkeiten und erzeugten Spannungen oberhalb von 150 Volt wird der Wechselstrom in einen zweiten Gleichrichter 26 eingespeist. Beide Gleichrichter 25, 26 enthalten eine Regeleinheit, um den„Maximum Power Point (MPP)", also den Punkt des Strom-Spannungs-Diagramms einer Solarzelle zu erreichen, an welchem die größte Leistung entnommen werden kann, d. h. den Punkt, an welchem das Produkt von Strom und Spannung sein Maximum hat.
Der Gleichrichter 25 ist ausgelegt auf eine Hybrid- Arbeitsweise zum Verarbeiten von Windenergie bis 3 kW und Solarenergie bis 0,9 kW. Der Gleichrichter 26 arbeitet in gleicher Weise, aber ist ausgelegt für Strom aus Windenergie bis 10 kW und auf Solarenergie bis 3 kW.
Bei von der Einheit 25 abgegebenen Spannungen unterhalb von 95 Volt und
Leistungen bis zu 3 kW fließt der Gleichstrom über ein Ladegerät 27 in einen
Akkumulator 28 für 48 Volt, welcher wiederum den Gleichstrom an einen Regler 29 abgibt.
Bei erzeugten Gleichspannungen von mehr als 95 Volt und Leistungen über 3 kW werden diese Spannungsspitzen durch Löschdioden in der Spannungsspitzeneinheit 30
(3 kW) abgebaut.
Der Gleichrichter 26 kann die abgegebene Gleichspannung mit bis zu 10 kW in das öffentliche Stromnetz einspeisen und die überschüssige Energie bis zu 10 kW ableiten. Die Gleichspannung wird über einen an das öffentliche Stromnetz angebundenen Inverter (10 kW) 32 in Wechselspannung umgewandelt und zu einer
Netzanschlusseinheit 33 geleitet. Wenn die vom Generator gelieferte Spannung höher ist als die maximale, vom System zu verarbeitende Spannung, im Ausführungsbeispiel 780 Volt, kann das System dennoch die erzeugte Energie bis zu 10 kW und 780 Volt nutzen, da die überschüssige Spannung und Energie abgeleitet wird. Dies bedeutet, dass das System nicht wie bei bekannten Anlagen heruntergefahren werden muss, wenn der Generator zu hohe Spannungen und Leistung liefert. Das System kann eine Leistung bis zu 10 kW in das öffentliche Stromnetz einspeisen und eine überschüssige Leistung bis zu 10 kW ableiten. Dies bedeutet, dass das System seine Sollleistung unter allen Bedingungen erbringen kann und jegliche Spannung vom Generator akzeptiert.
Die Einrichtung 25, 26 optimiert und glättet Spannungsspitzen, die bei der
Umschaltung zwischen den Systemen entstehen, verlängert deren Lebensdauer und gewährleistet einen sehr hohen Umwandlungsgrad.
Die Teile 30 und 31 sind Hardware-Teile zum Ableiten von Überspannungen, die beim Umschalten zwischen dem Schwachwindsystem (Speichersystem) und
Starkwindsystem entstehen, wobei das Starkwindsystem den Generator am Freilauf hindert, welcher ansonsten zu hohe Drehmomente und Spannungen am Generator verursachen würde, wenn er bei Starkwind eingesetzt wird. Die Elemente 30 und 31 werden benötigt, wenn der netzabhängige Inverter 32 eine Synchronisation mit dem Netz vornimmt und keine Last auf die Generatoren gibt.
Im Folgenden werden weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung genannt. Das erfindungsgemäße geschützte Breitband-Kommunikation-Navigation-Netz ist verbunden mit seinem eigenen Stromversorgungsnetzwerk und geschützt vor schädlichen Einflüssen aus dem Internet. Es empfängt Informationen und
meteorologische Daten, mit denen es automatisch und softwaregesteuert die
Speicherung, die Lieferung und Verteilung der Energie regelt. Es hat eine hydraulische Bremse zum Schutz der Techniker bei der Wartung, welche aber auch bei Stürmen benutzt wird, wenn alle anderen Teile ausfallen. Die Generatoren können von der Turbine über eine automatische Kopplung getrennt werden, wobei die Kopplung vom System selber gesteuert wird. Wenn in der Nachbarschaft zu einem Knotenpunkt ein Notfall auftritt und die Region krisengefährdet ist, kann ein automatisches Notrufsystem mit einer Funktion zum Herbeirufen von Helikoptern oder Luftunterstützung installiert werden. 1 Knotenpunkt
3 Bundesstraße
4 allgemeines Stromnetz
5 Kommunikationstechnologie-Netz (Verkehrsmanagement,
Sicherheitsüberwachung, Breitbandanschlüsse, usw.) 6 Windkraftanlage
7 Werbefläche
8 Beleuchtung (Straßenbeleuchtung wie Laternen, insbesondere, wenn diese mit energiesparenden LED-Lampen bestückt sind)
9 Kabelanschluss
9a Steckdosen für Einphasenwechselstrom 220 Volt und
Dreiphasen Wechselstrom 380 Volt für lokale Anwendungen
10 integrierte Hochleistungs- Kondensatoren
11 SAT-TV-Empfang
12 Navigationsmanagement
13 GPS-Kommunikations-Einheiten (Hardware), Transponder
14 Computer-Hardware wie PC / Laptop und die entsprechende Software
15 Daten-Massenspeicher
16 eine oder mehrere Kameras, z. B. Überwachungskameras
17 Antenne, z. B. Satelliten- Antenne
18 Transmitter (Sender), z. B. VHF/UKW-Sender
19 Radar
20 Computerterminal
21 erstes Photovoltaikmodul
22 zweites Photovoltaikmodul
23 Generatoren
24 Regler
25 Gleichrichter mit Hybrid- Regler mit integrierter Steuereinheit mittels
Pulsweitenmodulation zur Ableitung überschüssiger Leistung
26 Gleichrichter mit Hybrid- Regler mit integrierter Steuereinheit mittels
Pulsweitenmodulation zur Ableitung überschüssiger Leistung
27 Ladegerät
28 Akkumulator Regler
Spannungsspitzeneinheit Generatorschutzeinheit Inverter
Netzanschlusseinheit

Claims

A n s p r ü c h e
Verfahren und System zum Schutz, zum Steuern und Kontrollieren durch ein geschütztes Breitband-Kommunikations- und Navigations-Netz (5) als autarkes erdbodenbasiertes Kommunikations- und Stromversorgungssystem mit vom Stromversorgungsnetz (4) und von Satelliten unabhängigen
Kommunikationsmitteln (13) und mit Knotenpunkten (1), die miteinander verbunden sind,
zum Schutz und zur Kontrolle eines GPS-kompatiblen Navigationssystems für die Automobilsicherheit und das Autobahnmanagement, unter Verwendung von Cloud- Computer- Netzen,
zum Schutz und zur Kontrolle von dezentraler und lokale
erzeugter/gespeicherter grüner Energie zur lokalen Verwendung oder zur Unterstützung des Stromversorgungsnetzes,
zum Schutz und zur Kontrolle von Kommunikations- und öffentlichen
Informations-Systemen,
zum Schutz und zur Kontrolle eines Systems für die öffentliche Sicherheit, zum Schutz und zur Kontrolle von Anwendungen und Computernetzen gegen Terrorismus oder Cyber-Attacken,
wobei die Knotenpunkte (1) über Glasfaserkabel miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass die Knotenpunkte (1) eine elektromagnetische Abschirmung aufweisen,
- dass die Knotenpunkte (1) eine Windkraftanlage (6) und Akkumulatoren (28) zur dezentralen, netzunabhängigen Stromversorgung aufweisen,
- dass die Knotenpunkte (1) eine Steuereinrichtung (14) aufweisen, die das Speichern und Abgeben der elektrischen Energie in Abhängigkeit von vorgegebenen Daten zur lokal, regional und/oder national und/oder
international aktuell verfügbaren elektrischen Energie und deren Nachfrage und/oder in Abhängigkeit vom aktuellen börsenorientierten Energiepreis regelt,
- dass die Knotenpunkte (1) entlang einer Infrastruktur- Trasse (3) angeordnet sind,
- dass die Knotenpunkte (1) Hochleistungs-Kondensatoren (10) für höhere Spannung und Hochspannung und höhere Energiedichte und für eine schnellere Abgabe von Strom aufweisen.
2. Verfahren und System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Knotenpunkte (1) entlang einer Straße (3), einer Autobahn, einer Eisenbahn-Trasse, einem Fluss oder einem Kanal in bestimmten Abständen angeordnet sind.
Verfahren und System nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Knotenpunkte (1) Straßenlaternen und/oder GPS-Transmitter (18) für
Navigation und/oder Einrichtungen zur Sicherheitsüberwachung, insbesondere mit Überwachungskameras (16), und/oder eine Verkehrsleittechnik, insbesondere mit Kameras (16), aufweisen.
Verfahren und System nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Knotenpunkte (1) Fundamente haben, die einen mechanischhydraulischen Energiespeicher und/oder Wasserspeicher aufweisen.
Verfahren und System nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Windkraftanlage (6) als ein Turbinensystem mit zwei Radialturbinen ausgebildet ist,
dass die Radialturbinen einen um eine Achse drehbaren Rotor aufweisen, welcher einen oder mehrere Turbinenflügel umfasst, wobei die Turbinenflügel parallel zum Rotor ausgerichtet und innerhalb einer konzentrisch um die Achse angeordneten Zylinderschale angeordnet sind,
dass die zwei Radialturbinen nebeneinander und parallel ausgerichtet und vertikale Rotationsachsen haben, die miteinander verbunden und um eine Schwenkachse parallel zu den Turbinenachsen verschwenkbar sind, wobei die Schwenkachse und ein V-förmiger Windverteiler außerhalb der
Verbindungslinie der Turbinenachsen und beide auf der gleichen Seite der Verbindungslinie liegen.
Verfahren und System nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Knotenpunkte (1) eine Werbefläche (7)_aufweisen.
7. Verfahren und System nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Knotenpunkte (1) eine Kommunikationsplattform für
Breitbandanschlüsse, Überwachungskamerasysteme CCTV (16),
Mobilfunkstandard LTE, Internet Protocol Television IPTV aufweisen.
Verfahren und System nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Knotenpunkte (1) Einrichtungen zur Verbindung mit Mobilfunk,
Internet und sonstigen Kommunikationsmedien aufweisen und/oder selber als
Station für Mobilfunk ausgebildet sind.
Verfahren und System nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Knotenpunkte (1) bestückt sind mit Informationsterminals (20), welche auf Sprachsteuerung reagieren und in der Lage sind, Statusinformationen über das System sowie Internet-, E-Mail- und Nachrichtendienste zur Verfügung zu stellen, wobei alle in der Anlage verbauten elektronischen Bauteile sowie der PC (14) und das Informationsterminal (20) vor EMP geschützt sind zur Erstellung eines geschütztes Breitband-Kommunikations-Netzes.
Verfahren und System nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Knotenpunkte (1) bestückt sind mit Lautsprecheranlagen für öffentliche Bekanntmachungen wie Evakuierungs aufrufe im Notfall und bei
Naturkatastrophen.
PCT/EP2013/074519 2012-11-28 2013-11-22 Verfahren und system zur kontrolle, zur steuerung und zum schutz sowie zur optimierung mittels eines geschützten breitband-kommunikations-navigations-netzes (pbcnn protected broadband communication navigation network) WO2014082939A2 (de)

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