WO2024138241A1 - Vorrichtung zur energiegewinnung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Energiegewinnung mit wenigstens einer auf einem zwischen zwei Stützen (1) verlaufenden Zugmittel (2) angeordneten Windturbine (3) beschrieben. Günstige Montagebedingungen werden durch eine Hebevorrichtung (5) zum Verlagern der Windturbine (3) zwischen einer Ankuppelstellung und einer gegenüber der Ankuppelstellung angehobenen Betriebsstellung, wobei die Windturbine (3) zum unmittelbaren und lösbaren Kuppeln an das Zugmittel ein Gehänge (4) aufweist, erhalten.

Description

Vorrichtung zur Enerqieqewinnunq

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Energiegewinnung mit wenigstens einer auf einem zwischen zwei Stützen verlaufenden Zugmittel angeordneten Windturbine. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Energiegewinnung mit einer solche Vorrichtung.

Windturbinen sind üblicherweise auf Masten mit Betonfundamenten installiert. Da das Windpotential mit zunehmender Höhe, in der die Windturbinen angebracht sind, steigt, müssen dementsprechend hohe extra dafür vorgesehene Masten erbaut werden, die einerseits das Landschaftsbild beeinträchtigen und andererseits einen hohen Kostenaufwand bei der Errichtung bedingen. Darüber hinaus nimmt der Installations- und Wartungsaufwand der Windturbinen sowohl mit steigender Höhe als auch mit steigender Anzahl der Windturbinen zu, da sowohl die Installation als auch die Wartung naturgemäß direkt an der Mastenspitze erfolgen muss.

Stand der Technik

Um den mit der Mastenerrichtung verbundenen Aufwand zu reduzieren, ist es bekannt, Windturbinen auf Brücken oder bereits errichteten Strommasten fest zu montieren. Der Montageaufwand der Windturbine selbst wird dabei jedoch nicht reduziert. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dabei dadurch, dass die Windturbinen in einem solchen Fall an die Standorte der Brückenpfeiler oder Strommasten gebunden sind, was jedoch oftmals keiner optimalen Lage für die Windturbinen entspricht und eine Anpassung der Lage und Ausrichtung derselbigen im Regelfall nicht zulässt. Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art vorzuschlagen, deren Wirkungsgrad bezüglich unterschiedlicher Windbedingungen optimiert werden kann, ohne dabei einen großen Installationsund Wartungsaufwand zu bedingen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Hebevorrichtung zum Verlagern der Windturbine zwischen einer Ankuppelstellung und einer gegenüber der Ankuppelstellung angehobenen Betriebsstellung, wobei die Windturbine zum unmittelbaren und lösbaren Kuppeln an das Zugmittel ein Gehänge aufweist. Zufolge der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die Windturbine über ihr Gehänge in einer leicht zugänglichen, vorzugsweise bodennahen Ankuppelstellung an die Vorrichtung gekuppelt werden und anschließend durch die Hebevorrichtung in die Höhe in Betriebsstellung verlagert werden. Während also die Kuppelstellung eine leichte Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten an der Windturbine, sowie der Installation der Windturbinen selbst erlaubt, kann durch die Hebevorrichtung die Windturbine in Abhängigkeit der vorherrschenden Windbedingungen auf unterschiedliche Höhen in eine optimale Betriebsstellung angehoben werden. Durch die Kuppelfunktion des Gehänges der Windturbine kann die Windturbine auf einfache Art und Weise von der übrigen Vorrichtung abgenommen werden und beispielsweise separat gelagert oder repariert werden. Das Gehänge kann vorzugsweise eine kuppelbare Klemme aufweisen. Da die Kuppelfunktion des Gehänges in Kombination mit einfachen Zugmitteln, insbesondere Seilzugsystemen funktioniert, können beliebige bereits bestehende Konstruktionen als Stützen eingesetzt werden, sodass eine eigene Errichtung von Stützen nicht unbedingt notwendig ist. In Abhängigkeit der Zugmittellänge kann eine Vielzahl an Windturbinen am Zugmittel angeordnet sein, ohne dabei eine Bodenversiegelung zu bedingen. Darüber hinaus können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch schwer zugängliche, nicht bebaubare oder bereits anderweitig genutzte Gebiete, wie Täler, Schluchten, Parkplätze oder dergleichen zur Energiegewinnung genutzt werden. Überraschenderweise wirkt sich die Anbringung der Windturbinen über das Gehänge am Zugmittel nicht negativ auf den Wirkungsgrad der Windturbine auf, da die Rotation der Windturbinen gyroskopeffektbedingt die Windturbinen im Wind stabilisieren, wodurch eine Verwindung der Windturbinen reduziert wird. Die von den Windturbinen gewonnene Energie kann mittels Energiespeicher gespeichert werden und/oder in ein Einspeisenetzt eingespeist werden.

Das Ankuppeln der Windturbine an die Vorrichtung in Ankuppelstellung kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. In einer besonders einfach auszuführenden Variante kann die Windturbine in einer bodennahen Ankuppelstellung an das in Richtung des Bodens herabgesenkte Zugmittel angekuppelt und anschließend das Zugmittel samt Windturbine in Betriebsstellung angehoben werden. In diesem Fall kann die Hebevorrichtung eine das Zugmittel aufnehmende Umlenkrolle umfassen, die durch Spannen und Lösen des Zugmittels die Höhenlage der darauf angekuppelten Windturbine ermöglicht. Das Spannen und Lösen des Zugmittels kann über einen Antrieb oder manuell erfolgen. Die Umlenkrolle kann hierzu an einer Stütze, vorzugsweise an der Stützenspitze angeordnet sein. Zum Spannen und Lösen des zwischen den zwei Stützen verlaufenden Zugmittels kann das Zugmittel mit einer Stütze über einen Festpunkt verbunden sein, während die andere Stütze die Umlenkrolle der Hebevorrichtung umfasst. Alternativ dazu können zum Spannen und Lösen des Zugmittelns an beiden Stützen wenigstens eine das Zugmittel aufnehmende Umlenkrolle vorgesehen sein.

Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit des Ankuppelns der Windturbine an die Vorrichtung in Ankuppelstellung ergibt sich, wenn die Hebevorrichtung von einem vom Zugmittel entkoppelten, vorzugsweise an einer der Stützen angeordneten, Aufzug gebildet ist, wobei zwischen Aufzug und Zugmittel eine Übergabeeinheit zum Übergeben der Windturbine vorgesehen ist. In diesem Fall wird in Ankuppelstellung die Windturbine zunächst mit dem Aufzug zum Zugmittel gefördert, also angehoben, und über eine Übergabeeinheit an das Zugmittel gekuppelt. Ein Herunterholen der Windturbine erfolgt auf umgekehrte Weise. Das Zugmittel muss in diesem Fall nicht gelockert oder gespannt werden, da die Höhenüberwindung durch den Aufzug erfolgt. Der Aufzug kann ein um laufendes Schleppmittel umfassen. Auf diese Weise kann die Windturbine in Ankuppelstellung zunächst auf das Schleppmittel des Aufzugs angekuppelt werden, vom Schleppmittel zur Übergabeeinheit gefördert und somit angehoben werden und dann von der Übergabeeinheit vom Schleppmittel auf das Zugmittel umgekuppelt werden. Die Umkuppelung durch die Übergabeeinheit kann analog zu Umkuppelvorgängen von Seilbahnen bei der Garagierung erfolgen. Um den Umkuppelvorgang zu erleichtern, können das Zugmittel und das Schleppmittel Seile mit dem gleichen Durchmesser sein.

Um die Installation der Windturbinen weiter zu vereinfachen und gleichzeitig die Anpassbarkeit an unterschiedliche Windbedingungen zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass dem Zugmittel eine Antriebseinrichtung zum Verlagern des Zugmittels zwischen den Stützen zugeordnet ist. Auf diese Weise können somit das Zugmittel und die damit verbundenen Windturbinen nicht nur höhenverlagert werden, sondern auch zwischen den Stützen in Zugmittelrichtung verlagert werden. Dies erlaubt eine Montage bzw. ein Ankuppeln der Windturbinen an das Zugmittel immer an der gleichen Stelle, sodass zunächst eine erste Windturbine an das Zugmittel angekuppelt wird, diese Windturbine gemeinsam mit dem Zugmittel verfahren wird und an der frei gewordenen Stelle des Zugmittels die nächste Windturbine angekuppelt wird. Das Zugmittel kann zu diesem Zweck um die Stützen um laufend geführt sein.

Grundsätzlich kann die Vorrichtung mit nur einer Windturbine ausgestattet sein, wiewohl sich bezüglich der Platznutzung besonders vorteilhafte Bedingungen ergeben, wenn am Zugmittel mehrere Windturbinen vorgesehen sind. Zur elektrischen Kopplung der Windturbinen untereinander, können diese je eine Steckverbindung zum elektrischen Koppeln mit weiteren am Zugmittel angeordneten Windturbinen aufweisen. Die Steckverbindung kann eine Dose und einen Stecker umfassen, über die ein jeweiliges Gegenstück einer Stromleitung mit der Windturbine elektrisch verbunden ist. Die Stromleitung kann benachbarte Windturbinen elektrisch miteinander verbinden. Die Stromleitung kann ein Stromkabel sein. Bei besonders langen Strom leitungen kann diese von einer am Zugmittel angeordneten Aufhängung gestützt sein. Die Aufhängung kann insbesondere zwischen zwei benachbarten Windturbinen am Zugmittel angeordnet sein. Über die Stromleitung können die Windturbinen an ein Einspeisenetz angeschlossen sein.

Damit eine Flexibilität hinsichtlich der Beabstandung der benachbarten Windturbinen und gleichzeitig eine sichere elektrische Kontaktierung zwischen den benachbarten Windturbinen erreicht werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Aufhängung zum Stützen der Strom leitung eine Kabelrolle, vorzugsweise mit einem Aufrollmechanismus zum Aufrollen der Stromleitung, umfasst. Durch die Kabelrolle kann eine Längenkompensation der Stromleitung erfolgen. Diese Längenkompensation ist besonders vorteilhaft, wenn die Kabelrolle einen Aufrollmechanismus vorzugsweise mit Rückstellfunktion aufweist. Die Aufhängung kann zwei Kabelrollen für jede benachbarte Windturbine aufweisen.

Um auf eine Aufhängung für besonders lange Strom leitungen verzichten zu können, ohne dabei der Gefahr eines Verhedderns der Strom leitung ausgesetzt zu sein, kann die Windturbine eine Kabelrolle für eine Stromleitung zum elektrischen Koppeln mit weiteren am Zugmittel angeordneten Windturbinen aufweisen. In diesem Fall weist demnach die Windturbine selbst die Kabelrolle auf, auf der ein Teil der Steckverbindung geführt sein kann.

Zwar genügt es aufgrund des auftretenden gyroskopischen Effekts, dass die Windturbine auf nur einem Zugmittel mittels Gehänge angeordnet ist, jedoch ergeben sich auch bei starken Windspitzen besonders sichere Bedingungen, wenn zwei parallel zueinander verlaufende Zugmittel vorgesehen sind, wobei die Windturbine an beiden Zugmitteln abgestützt ist. Vorzugsweise verlaufen die Zugmittel untereinander, sodass die Windturbine effektiv gegen ein Verschwenken gesichert ist. Es können auch, wie beispielsweise bei Seilbahnen typisch drei Zugmittel vorgesehen sein, wobei die Windturbine an allen drei Zugmitteln abgestützt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einem Verfahren zur

Energiegewinnung eingesetzt werden. Hierzu wird die Windturbine in einem bodennahen Bereich an die Vorrichtung angekuppelt, von der Hebevorrichtung in Betriebsstellung angehoben und mit einem Einspeisenetz verbunden.

Das Ankuppeln der Windturbine kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Beispielsweise kann die Windturbine in einem bodennahen Bereich an das heruntergelassene bzw. gelockerte Zugmittel angekuppelt werden, und von einer das Zugmittel aufnehmenden Umlenkrolle der Hebevorrichtung in Betriebsstellung angehoben werden, in dem das Zugmittel zwischen den Stützen gespannt wird. Zum Herunternehmen der Windturbine kann das Zugmittel gelockert werden, wodurch die Windturbine in Richtung Boden sinkt und von dort vom Zugmittel abgekoppelt werden kann.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Windturbine in einem bodennahen Bereich an einen Aufzug angekuppelt werden, der die Windturbine in Betriebsstellung anhebt und über eine Übergabeeinheit an das Zugmittel kuppelt, wonach die Windturbine am Zugmittel in Betriebsstellung gebracht wird. Auf diese Weise kann eine Montage der Windturbinen größtenteils automatisiert werden. Das Absenken kann in umgekehrter Reihenfolge stattfinden, in dem die Übergabeeinheit die Windturbine vom Zugmittel an den Aufzug übergibt, über den die Windturbinen abgesenkt werden können.

Kurze Beschreibung der Erfindung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energiegewinnung mit mehreren Windturbinen,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Windturbine im vergrößerten Maßstab,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Windturbine mit einer Aufhängung mit Kabelrolle,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform einer eine Kabelrolle aufweisenden, erfindungsgemäßen Windturbine und einer Aufhängung, Fig. 5 eine vierte Ausführungsform mit zwei erfindungsgemäßen Windturbinen und einer zwischengelagerten Aufhängung,

Fig. 6 eine fünfte Ausführungsform mit zwei erfindungsgemäßen Windturbinen und einer versteiften Kabelführung,

Fig. 7 eine sechste Ausführungsform mit zwei erfindungsgemäßen Windturbinen und Aufhängungen mit parallel geführter Turbinenschaltung,

Fig. 8 eine siebte Ausführungsform mit zwei erfindungsgemäßen Windturbinen, wobei die Strom leitung über das Zugmittel verläuft und

Fig.9 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem entkoppelten Aufzug als Hebevorrichtung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energiegewinnung weist, wie beispielsweise der Fig.1 zu entnehmen, mehrere auf einem zwischen zwei Stützen 1 verlaufenden Zugmittel 2 angeordnete Windturbinen 3 auf. Die Windturbinen 3 weisen erfindungsgemäß ein Gehänge 4 auf, welches zum lösbaren Kuppeln an das Zugmittel 2 dient. Die Windturbinen 3 können gemeinsam mit dem Zugmittel 2 mittels einer Hebevorrichtung 5, welche in der gezeigten Ausführungsform aus mehreren Umlenkrollen 6 gebildet ist, zwischen einer abgesenkten und strichliert dargestellten Ankuppelstellung und einer angehobenen Betriebsstellung verlagert werden. Diese Verlagerung des Zugmittels 2 kann dabei händisch oder, wie in der Fig. 1 gezeigt, mittels einer Antriebseinrichtung 7, beispielsweise einem Motor, erfolgen. Der umgekehrte Stellungswechsel kann durch Lockerung des Zugmittels 2 mithilfe der Schwerkraft erfolgen. Das Zugmittel 2 kann nicht nur höhenverlagert, sondern auch in bei gespanntem Zugmittel 2 in Zugmittellängsrichtung 8 zwischen den Stützen 1 verlagert werden. Dies kann auf besonders einfache Art und Weise erfolgen, wenn das Zugmittel 2 um die Stützen 1 um laufend geführt ist (Fig. 9) oder aber, wenn das Zugmittel auf endabschnittseitig angeordneten Seilwinden 9 aufgewickelt ist (Fig. 1 ). Die Windturbinen 3 können einen Stromspeicher 10, beispielsweise eine Batterie oder einen Kondensator, aufweisen. Anstelle oder zusätzlich zum Stromspeicher 10 können auch Transformatoren vorgesehen sein. In der Fig. 2 ist eine Detailansicht der in der Fig. 1 gezeigten Windturbinen 3 dargestellt. Dabei weist das Gehänge 4 eine kuppelbare Klemme 11 auf, mit der die Windturbine 3 fest, jedoch lösbar mit dem Zugmittel 2 verbunden ist. Die Windturbinen 3 gemäß den anderen Ausführungsformen, sowie die Aufhängungen 12 können ebenso eine solche kuppelbare Klemme 11 aufweisen.

In einer weiteren Ausführungsform, wie in Fig. 3 gezeigt, weisen die Windturbinen 3 eine Steckverbindung zum elektrischen Koppeln mit weiteren Windturbinen 3 auf, welche eine Dose 13 und einen Stecker 14 umfasst. Dabei kann die verbundene Stromleitung 15 über am Zugmittel 2 angeordnete Aufhängungen 12 stabilisiert werden. Um ein Durchhängen oder gar ein Verheddern des die Stromleitung 15 ausbildenden Kabels zu verhindern, kann eine Kabelrolle 16 mit eingebautem Aufrollmechanismus vorgesehen sein. Der Stecker 14 kann in der Dose 13 mit einer Auszugssicherung gesichert gehalten werden.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Kabelrolle 16 direkt an der Windturbine 3 befestigt ist.

In der Fig. 5 ist eine Ausführungsform mit mehreren Windturbinen 3 gezeigt, welche über eine Stromleitung 15 verbunden sind. Zum Schutz der Stromleitung 15 wird diese über eine Aufhängung 12 am Zugmittel 2 abgestützt. Die Stromleitung kann in jedem Ausführungsbeispiel zu einem nicht dargestellten Einspeisenetz führen.

Das in der Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel weist eine weitere Schutzmaßnahme für die Stromleitung 15 auf, indem diese über einen ausgesteiften Kabelkanal 17 geführt wird.

Wie in der Fig. 7 gezeigt, können die Windturbinen 3 auch parallel zueinander über separat verlaufenden Strom leitungen 15, welche wiederum auf einer Aufhängung 12 abgestützt sein können, mit einem Einspeisenetz verbunden sein. Eine besonders stabile Ausführungsform weist zwei, insbesondere drei, parallel verlaufende Zugmittel 2 auf, wie in der Fig. 8 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform kann die Kontaktierung direkt über zwei der Zugmittel 2 erfolgen, sodass keine gesonderte Kabelführung benötigt wird. Dadurch, dass das Gehänge 4 durch mehrere Klemmen 11 an wenigstens zwei Zugmitteln 2 fixiert ist, weist die

Windturbine 3 eine besonders starke Widerstandskraft gegen ein Verschwenken gegen den Wind auf.

Die Hebevorrichtung 5 zum Verlagern der Windturbine 3 zwischen einer Ankuppelstellung und einer Betriebsstellung kann, wie in Fig. 9 gezeigt, als vom Zugmittel 2 entkoppelter Aufzug 18 ausgebildet sein. Zwischen Aufzug 18 und Zugmittel 2 ist bevorzugt eine Übergabeeinheit 19 angeordnet, welche die Übergabe der Windturbinen 3 zwischen dem Schleppmittel 20 des Aufzugs 18 und dem Zugmittel 2 analog zu einer Seilbahnübergabeeinheit in aus dem Stand der Technik bekannter Weise durchführt. Auf diese Weise kann die Verlagerung zwischen der Ankuppelstellung und der Betriebsstellung weitgehend automatisiert erfolgen. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass der Aufzug 18 zum Garagieren der Windturbinen 3 in eine Garage 21 eingesetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche

1 . Vorrichtung zur Energiegewinnung mit wenigstens einer auf einem zwischen zwei Stützen (1 ) verlaufenden Zugmittel (2) angeordneten Windturbine (3), gekennzeichnet durch eine Hebevorrichtung (5) zum Verlagern der Windturbine (3) zwischen einer Ankuppelstellung und einer gegenüber der Ankuppelstellung angehobenen Betriebsstellung, wobei die Windturbine (3) zum unmittelbaren und lösbaren Kuppeln an das Zugmittel ein Gehänge (4) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Antriebseinrichtung (7) zum Verlagern des Zugmittels (2) zwischen den Stützen (1 ).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtung (5) eine das Zugmittel (2) aufnehmende und an wenigstens einer Stütze (1 ) angeordnete Umlenkrolle (6) umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtung (5) von einem vom Zugmittel (2) entkoppelten, vorzugsweise an einer der Stützen (1 ) angeordneten, Aufzug (18) gebildet ist, wobei zwischen Aufzug (18) und Zugmittel (2) eine Übergabeeinheit (19) zum Übergeben der Windturbine (3) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (3) eine Steckverbindung zum elektrischen Koppeln mit weiteren am Zugmittel (2) angeordneten Windturbinen (3) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Zugmittel (2) mehrere über eine Stromleitung (15) verbundene Windturbinen (3) angeordnet sind, wobei die Stromleitung (15) von einer am Zugmittel (2) angeordneten Aufhängung (12) gestützt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dass die Aufhängung (12) zum Stützen der Stromleitung (15) eine Kabelrolle (16), vorzugsweise mit einem Aufrollmechanismus zum Aufrollen der Stromleitung (15), umfasst.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (3) eine Kabelrolle (16) für eine Stromleitung (15) zum elektrischen Koppeln mit anderen am Zugmittel (2) angeordneten Windturbinen (3) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallel zueinander verlaufende Zugmittel (2) vorgesehen sind, wobei die Windturbine (3) an beiden Zugmitteln (2) abgestützt ist.

10. Verfahren zur Energiegewinnung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (3) in einem bodennahen Bereich angekuppelt, von der Hebevorrichtung (5) in Betriebsstellung angehoben und mit einem Einspeisenetz verbunden wird.

11 . Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (3) in einem bodennahen Bereich an das Zugmittel (2) angekuppelt wird, und von einer das Zugmittel (2) aufnehmenden Umlenkrolle (6) der Hebevorrichtung (5) in Betriebsstellung angehoben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Windturbine (3) in einem bodennahen Bereich an einen Aufzug (18) angekuppelt wird, der die Windturbine (3) anhebt und über eine Übergabeeinheit (19) an das Zugmittel (2) kuppelt, wonach die Windturbine (3) am Zugmittel (2) in Betriebsstellung gebracht wird.