DE20109480U1

DE20109480U1 - Windkraftanlage mit Windturbine mit Diffusor

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Publication number: DE20109480U1
Application number: DE20109480U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2011-06-08

Description

GEBRAUCHSMUSTERANMELDUNG

Bezeichnung: Windkraftanlage mit Windturbine mit Diffusor

Anmelder: Dipl.-Ing. Kristian Kusan Theodor-Heuss-Str. 26 D-56564 Neuwied

Erfinder: gleich Anmelder

Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage mit Windturbine mit Diffusor.

Schon vor mehr als 20 Jahren wurde bei Windkanalversuchen festgestellt, daß die Energieausbeute eines Windrotors mit Diffusor etwa sechsmal so hoch ist, wie die eines herkömmlichen Windrades. Auch dann, wenn man eine vereinfachte Form des Diffusors wählt und den Leistungsbeiwert auf die maximale Querschnittsfläche des Diffusors bezieht, ist die Energieausbeute trotzdem viel höher als von einem konventionellen Windrad. Durch die Ummantelung bzw. den Diffusor entsteht hinter dem Windrad ein Unterdruck, der die Geschwindigkeit des Luftstroms über den Rotorblättern verdoppeln kann.

Die hohe Energieausbeute ist auch mit der Zirkulationstheorie erklärbar. Der Diffusor bewirkt eine zusätzliche Zirkulationsströmung, deren Geschwindigkeitskomponenten im Diffusor gleichsinnig mit der Windströmung gerichtet sind und diese verstärkt. Der Leistungsbeiwert des Rotors steigt auf Werte von 2,0 bis 2,5 bezogen auf die Rotorfläche.

Aber trotz dieses großen energetischen Vorteils kam es nicht zur Verbreitung von Windturbinen mit Diffusor. Der Grund dafür liegt im aufwendigen Azimutlager, welches statt gleich unter der Windturbinen-Gondel unter dem Diffusor-Ring angeordnet sein muß, wodurch große Momente entstehen, welche das Azimutlager belasten. Ein weiteres Problem ist die Herstellung und Montage des Diffusor-Ringes vor Ort, weil ein Ring von hundert oder mehr Meter im Durchmesser mit keinem Verkehrsmittel über Land transportiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windkraftanlage mit Windturbine mit Diffusor so auszubilden, daß eine rationale Herstellung und Montage, welche eine hohe Rentabilität der Anlage gewährleistet, ermöglicht wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man Windturbinen mit Diffusor auf schwimmend und drehbar gelagerten Plattformen und Bauwerken anordnet. In diesem Fall kann auf Azimutlager, Giermotoren und schlanke elastische Masten

verzichtet werden, weil sich die Plattform oder das Bauwerk* mit Windturbinen immer optimal zur Windrichtung positioniert. Dadurch, daß die Energieerzeugung durch Wind in Zukunft immer mehr im Offshorebereich stattfinden wird, läßt sich auch die Herstellung und Montage von kompletten Windkraftanlagen gemäß Erfindung optimal durchführen. Erfindungsgemäße Windkraftanlagen werden auf Werften komplett hergestellt und dann auf eigenem Kiel zum Einsatzort geschleppt und dort mit Hilfe eines mit dem Seebett verbundenen Pfahls drehbar gelagert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile näher erläutert. Es zeigen

eine schematische Darstellung eine Windturbinen mit Diffusor;
eine Grafik, welche Geschwindigkeit und Druckverlauf bei einer konventionellen Windturbine darstellt;

eine Grafik, welche Geschwindigkeit und Druckverlauf bei einer Windturbine mit Diffusor darstellt;

eine halbschwimmende Plattform mit abgesenkten Rümpfen, ausgestattet mit vier Windturbinen mit Diffusor;

eine schwimmende Plattform mit Verdrängungsrümpfen, ausgestattet mit 12 Windturbinen mit Diffusor;

eine konventionelle Windkraftanlage für den Offshorebereich, kombiniert mit einer halbschwimmenden Plattform mit zwei Windturbinen mit Diffusor;
gleich wie Fig. 5, aber für den Onshorebereich;

ein schwimmendes und drehbar gelagertes Haus mit einer Windturbine mit Diffusor auf dem Dach, im Querschnitt;

ein schwimmendes drehbar gelagertes Haus gemäß Fig. 7, in der Seitenansicht;

ein schwimmendes und drehbar gelagertes Haus gemäß Fig. 8, in der Vorderansicht;

ein schwimmendes und drehbar gelagertes Haus gemäß Fig. 8, in der Rückansicht.

Fig. 1 zeigt eine Windturbine 1 mit Diffusor 2.*Die*Zirkulaiionsströmung 4 hat die gleiche Richtung innerhalb des Diffusors 2 wie die Windströmung 3, wodurch sich der Luftstrom über den Rotorblättern drastisch erhöht und damit die Energieausbeute.
Fig. 2a zeigt eine Grafik, welche die Geschwindigkeit und den Druckverlauf bei einer konventionellen Windturbine darstellt;

Fig. 2b zeigt eine Grafik, welche die Geschwindigkeit und den Druckverlauf bei einer Windturbine mit Diffusor darstellt;

Fig. 3: Durch abgesenkte Rümpfe 6 hat die halbschwimmende Plattform 5 hohe Wellenverträglichkeit und dreht sich um den Turm 7 immer optimal zur Windrichtung. Auf diese Weise kann auf aufwendige und anfällige Azimutlager und Giermotoren verzichtet werden. Die Windturbinen mit Diffusoren sind mit der Plattform fest verbunden.

Fig. 4: Wegen der großen Trägheit wird die schwimmende Plattform mit Verdrängungsrümpfen 8 von Wellen kaum beeinflußt.

Fig. 5: Eine konventionelle Windkraftanlage für den Offshorebereich, kombiniert mit einer halbschwimmenden Plattform mit zwei Windturbinen mit Diffusor. Der Zugewinn an Energieausbeute ist weitaus größer als der zusätzliche Kostenaufwand.
Fig. 7 zeigt ein schwimmbar und drehbar gelagertes Haus mit auftriebsfähigem Fundament 9, Wasserbecken 10, Wohnmodul 11, Photovoltaikanlage auf dem Dach 12, Solarwand 13 und Windturbine 1 mit Diffusor 2 auf dem Dach. Während windreicher winterlicher Tage und Nächte, wann der Energiebedarf besonders hoch ist, produziert die Windkraftanlage auf dem Dach soviel Strom, daß man den ganzen Energiebedarf decken kann. Neben dem energetischen Vorteil vermindert der Diffusor die Geräuschabstrahlung, wodurch die Verwendung von Windkraftanlagen wegen des niedrigen Geräuschpegels auch in besiedelten Gebieten möglich ist.

Claims

1. Windkraftanlage mit Windturbine mit Diffusor dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Windturbinen mit Diffusor auf einer schwimmenden Plattform oder auf einem schwimmenden Bauwerk, welches drehbar gelagert sind, angeordnet sind.

2. Windkraftanlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Drehlagerung mit dem Seebett verbundene Pfähle, Türme, ausgediente Bohrtürme, künstliche oder natürliche Inseln dienen können.

3. Windkraftanlage nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Windturbinen mit Diffusor auf einer Plattform mit abgesenkten Rümpfen angeordnet sind.

4. Windkraftanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Plattform mit zwei Windturbinen mit Diffusor drehbar am Monopfahl einer konventionellen Windkraftanlage im Offshorebereich gelagert ist.

5. Windkraftanlage nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Windturbinen mit Diffusor auf einer Plattform mit Verdrängungsrümpfen angeordnet sind.

6. Windkraftanlage nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß zwei Windturbinen mit Diffusor auf einer Plattform angeordnet sind, welche mit Hilfe von Verdrängungsrümpfen in einem runden Kanal verläuft, welcher konzentrisch zur konventionellen Windkraftanlage ausgegraben ist, wobei die konventionelle Windkraftanlage als Drehpunkt dient.

7. Windkraftanlage nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Windturbinen mit Diffusor auf dem Dach eines schwimmenden und drehbar gelagerten Hauses angeordnet sind.

8. Windkraftanlage nach den Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß im Diffusor ein Tragring für den Generator-Stator und an der Peripherie von Rotorblättern ein Tragring für den Generator-Rotor angeordnet ist.