DE3622119A1

DE3622119A1 - Windkraftwerk fuer die stationierung auf see

Info

Publication number: DE3622119A1
Application number: DE19863622119
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Mozdzanowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-02
Filing date: 1986-07-02
Publication date: 1988-01-14

Description

Windkraftwerke auf dem Land haben beträchtliche Nachteile gegenüber einer Stationierung auf See. Das Meer hat riesige Wasserflächen mit guten Windverhältnissen. Eine Beeinträchtigung der Umgebung - wie auf dem Land - ist bei genügendem Abstand von der Küste nicht vorhanden. Wenn die Anlagen entsprechend gesichert sind, ähnl. wie Bojen und Kennfeuer, wird auch die Schiffahrt nicht gefährdet. Der Transport kann durch Schleppen über See relativ einfach an den Stationierungsort erfolgen. Durch die Erzeugung von Strom, d. h. Umsetzung der durch den Wind erzeugten mechanischen Energie in elektrische Energie, kann durch Elektrolyse, d. h. Zerlegung des vorhandenen Meereswassers, Wasserstoffgas erzeugt werden. Dieses kann über einen Kompressor in Tanks gespeichert werden. Über ein Funksignal kann das Wasserstoffgas durch entspr. Tankschiffe abtransportiert werden. Dadurch sind diese Windkraftwerke vollkommen ortsunabhängig, d. h. sie können an jedem Ort mit günstigen Windverhältnissen und Wassertiefen durch Ankerung stationiert werden.

Zur Verankerung dienen 3 Ankerketten unter 120°, Fig. 1 Nr. 9 In der Erfindung wird die Umsetzung der Windkraft in mechanische Energie durch ein sehr robustes Windkraftwerk, das ein Laufrad mit senkrechter Achse aufweist, vorgeschlagen, das sich für die rauhen Verhältnisse auf See eignet. Selbstverständlich können auch andere Systeme infrage kommen. Zur Leistungserhöhung besteht die Anlage aus einem Leitrad, siehe Fig. 1 Nr. 4, und Laufrad Nr. 3. Das Leitrad Nr. 4 hat unterschiedliche Schaufeln, die die Luftströmung, Fig. 2 Nr. 24, in tangentiale Richtung auf das Laufrad Nr. 3 lenken. Dieses hat ein symmetrisches Schaufelgitter, in dem die Strömung in mechanische Energie umgesetzt wird. Das Leitrad Nr. 4 wird durch das Leitwerk, Fig. 1 Nr. 10, und Trimmklappe 11 immer entspr. der Windrichtung so gedreht, daß die Schaufeln, wie in Fig. 2, zu der Windrichtung 24 stehen. Diese Drehung kann auch über eine Automatik erfolgen, siehe Fig. 4. Über den Verklicker 27 mit elektrischem Geber wird das Leitrad Nr. 4, verbunden mit dem Zahnkranz 28, über das Ritzel 29 durch den Motor 31 mit Getriebe 30 in den Wind gedreht. Dadurch erhält das Leitrad Nr. 4 die günstigste Anströmrichtung. In Lee, d. h. der Wind abgekehrten Seite, sind die Schaufeln des Leitrades Nr. 4 so ausgelegt, daß die aus dem Leitrad Nr. 3 ausströmende Luft in Windrichtung umgelenkt wird, sodaß kein Rückstau auftritt. Die Trimmklappe 11 kann auch mit einer Automatik verbunden werden, die das Rückdrehmoment des Laitrades Nr. 4 entspr. der Windstärke ausgleicht. Das gleiche gilt für das Kippmoment infolge des Winddruckes. Dieses kann durch das Höhenleitwerk 25 der Fig. 1 mit Höhenruder 26 erfolgen, wobei ebenfalls der Ausschlag des Höhenruders 26 über eine Automatik, entspr. dem Winddruck, gesteuert werden kann. Laufrad 3 und Leitrad 4 sind auf der Achse 5 gelagert. Die Achse 5 ist in dem eigentlichen Körper 18, der als eine Betonröhre vorzugsweise gefertigt wird, befestigt. In dem Betonkörper 18 sind die Aggregate, Generator 13, Gleichrichter 14, Elektrolyseanlage 15 und Kompressoranlage 16, in getrennten Kammern untergebracht. Der Generator 13 wird über die Welle 7 angetrieben. In dem Körper 18 befindet sich der Speicherraum 17, in den das Wasserstoffgas durch den Kompressor 16 gedrückt wird. Dieses kann über die Leitung 12 entnommen werden. Die Elektrolyseanlage 15 und Kompressor 16 sowie der Speicherraum 17 können über die Leitung 8 mit Stickstoffgas gespült werden, damit eine Vermischung von Luft und Wasserstoff vermieden wird. Die Belastung der Elektrolyseanlage 15 erfolgt über Spannungsregler, siehe Fig. 3 Nr. 22, die die einzelnen Elektrolysekammern 23 je nach Generatorspannung zu- oder abschalten. Selbstverständlich könnte auch über einen entspr. Speicher das anfallende Sauerstoffgas aufgefangen werden. Auf jeden Fall wird, wenn der Sauerstoff nicht aufgefangen und an die Atmosphäre weitergegeben wird, der für die Verbrennung des Wasserstoffs erforderliche Sauerstoff in der gleichen Menge der Luft zugeführt.

Solche Windkraftanlagen lassen sich in Gruppen zusammenfassen, siehe Fig. 5, d. h. daß mehrere Windkraftwerke 32 mit einem gemeinsamen Zentrum 36 auf See verankert sind, wobei das Zentrum 36 die für die Wasserstofferzeugung und Speicherung erforderlichen Aggregate aufweist, während die Windkraftwerke 32 lediglich über den Generator den Strom erzeugen, der über die Leitungen 33 dem Zentrum 16 zugeführt werden. Die Verankerung der Anlage erfolgt ebenfalls auf dem Meeresboden über die Ankerketten 9 und zwischen den Elementen durch die Seile 34 und 35. Durch diese Aufteilung würde eine Vereinfachung und Rationalisierung erzielt werden. Für die Fertigung der Leit- und Laufräder sollten mögl. leichte Werkstoffe, entspr. dem Flugzeugbau, verwendet werden. Durch eine entspr. Serienfertigung wäre, da der Stationierung kaum Grenzen gesetzt sind, eine weitgehende Deckung des Energiebedarfs ohne Umweltbelastung möglich.

Eine weitere Variante der Ausführung bzw. Erfindung wird in Fig. 6 und 7 dargestellt. Hierbei wird die Windkraftanlage nur durch eine Ankerkette Nr. 9 gehalten; und zwar an einem Hebelarm 38. Diese Anordnung ergibt durch den Winddruck ein Moment, das das Leitrad 4 immer in Richtung des Windes stellt. Dadurch kann auf eine drehbare Lagerung mit Automatik bzw. Leitwerk 10 verzichtet werden. Die Ankerkette 9 muß allerdings am Boden 41, siehe Fig. 7, drehbar mit dem Anker 40 über ein Drehgelenk 39 befestigt werden. Die Windkraftanlage dreht durch diese Anordnung in einem bestimmten Kreis um den Ankerpunkt, je nach Windrichtung, d. h. die schwoit. Außerdem wurde bei dieser Ausführung die Speicherung des Wasserstoffs in einem kugelförmigen Tank 37 vorgesehen, der gleichzeitig als Auftriebskörper dient. Nur der Generator 13 wurde oberhalb dieses Auftriebskörpers angeordnet, während die anderen Aggregate, wie Kompressor 16, Elektrolyseanlage 15 und Gleichrichter 14, zur Verbesserung der Stabilität unterhalb des Auftriebskörpers 37 angeordnet sind.

Benennung der Zeichnungen Fig. 1 Schnitt durch das Windkraftwerk
Fig. 2 Schnitt A-B durch das Leit- und Laufrad
Fig. 3 Schaltung Elektrolyseanlage
Fig. 4 Leitrad mit Verklicker und automatisch gesteuertem Drehwerk
Fig. 5 Windkraftwerke Draufsicht mit zentraler Elektrolyse- und Speicheranlage sowie Abspannung
Fig. 6 Windkraftwerk mit feststehendem Leitrad und Kugeltank
Fig. 7 Verankerung am Boden1. Kennlicht für die Schiffahrt
2. Lagerung des Leitrades oben
3. Laufrad
4. Leitrad
5. Achse des Leit- u. Laufrades
6. Lagerung des Leit- u. Laufrades
7. Laufradwelle
8. Stickstoffspülleitung
9. Abspannung zur Verankerung
10. Leitwerk
11. Trimmklappe zum Leitwerk
12. Wasserstoffgasentnahmeleitung
13. Generator mit Getriebe
14. Gleichrichter
15. Elektrolyseanlage mit Wasserpumpe
16. Kompressoranlage mit Kühlung
17. Raum für Wasserstoffspeicherung
18. Tragkörper
19. Ballast
20. Wasserspiegel
21. Laufradlagerung
22. Spannungsrelais
23. Elektrolysekammer
24. Windrichtung
25. Höhenleitwerk
26. Höhenruder
27. Verklicker mit elektrischem Geber
28. Zahnkranz des Leitrades
29. Ritzel
30. Untersetzungsgetriebe
31. Elektromotor zur Drehung
32. Windkraftwerk nur mit Generator
33. Stromkabel zum Zentrum
34. Seilabspannung des Zentrums
35. Abspannung zwischen den einzelnen Windkraftwerken
36. Zentrum mit Elektrolyseanlagen, Kompressor und Speicher für Wasserstoffgas
37. kugelförmiger Tank
38. Hebelarm mit Auge
39. Drehgelenk
40. Anker
41. Boden

Claims

1. Windkraftwerk insbesondere für die Stationierung auf See, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anlage die mechanische Energie in elektrische Energie und diese in einer Elektrolyseanlage durch Zerlegung von Meerwasser Wasserstoffgas erzeugt, welches in der Anlage gespeichert wird.

2. Windkraftwerk wie Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasserstoffgas durch eine Kompressoranlage zur Speicherung komprimiert oder verflüssigt wird.

3. Windkraftwerk wie Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bei der Elektrolyse anfallende Sauerstoffgas nicht an die Atmosphäre abgegeben, sondern getrennt vom Wasserstoffgas gespeichert wird.

4. Windkraftwerk wie Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Windkraft in mechanische Energie durch ein Laufrad und Leitrad erfolgt, deren Achse senkrecht steht, wobei das Leitrad unterschiedlich geformte Schaufeln enthält, die die anströmende Luft über ca. 180° tangential auf das Laufrad-Schaufelgitter lenken, wobei das Leitrad über ein mit ihm verbundenes Leitwerk oder einem automatisch gesteuerten Drehwerk in die optimale Stellung entspr. der vorhandenen Windrichtung gedreht wird.

5. Windkraftwerk wie Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitwerk ein Höhenruder besitzt, das das durch den Winddruck erzeugte Kippmoment weitgehend reduziert.

6. Windkraftwerk wie Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Windkraft in mechanische Energie durch ein Laufrad mit feststehendem Leitrad erfolgt, deren Achse senkrecht steht, wobei das Leitrad unterschiedlich geformte Schaufeln enthält, die die anströmende Luft über ca. 180° tangential auf das Laufrad-Schaufelgitter lenken. Die Drehung gegen den Wind erfolgt durch die Verankerung dadurch, daß die Ankerkette an einem Hebelarm angreift, der fest mit der Windkraftanlage verbunden ist und daß die Ankerkette am Anker drehbar befestigt wird.

7. Windkraftwerk wie Anspruch 1, 2, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher für das Wasserstoffgas als kugelförmiger Tank ausgebildet wird, der gleichzeitig als Auftriebskörper dient, wobei Leit- und Laufrad sowie Genrator über diesem Kugeltank liegen und die Aggregate zur Wasserstoffgaserzeugung unter dem Kugeltank angeordnet sind.

8. Windkraftwerk wie Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Windkraftwerke vorhanden sind, die elektrische Energie erzeugen und daß in einer gemeinsamen zentralen Anlage mittels dieser elektrischen Energie Wasserstoffgas erzeugt und gespeichert wird.