Beschreibung

Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der erneuerbaren Energien. Sie geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Energieanlage sowie von einem Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems mit solchen Energieanlagen gemäss dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Windenergiesysteme, wie sie heute aufgrund schwindender Energieressourcen verstärkt als alternative Energielieferanten eingesetzt werden, werden gängigerweise an Land oder vor der Küste im Meer errichtet. Ein solches Windenergiesystem umfasst typischerweise eine Vielzahl an Windenergieanlagen, die auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden sein können. Gezeitenkraftenergiesysteme wiederum werden typischerweise auf dem Meeresboden installiert, wobei der Tidenhub oder die Strömung des Meerwassers als primäre Energiequelle ausgenutzt wird. Ein solches Gezeitenkraftenergiesystem umfasst typischerweise eine Vielzahl an Gezeitenenergieanlagen, die ebenfalls auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden sein können.

Allgemein umfasst nun eine Energieanlage eine Windkraftturbine oder Wasserkraftturbine, welche mit einem Generator verbunden ist, wobei eine Umrichtereinheit vorgesehen ist, die generatorseitig mit dem Generator verbunden ist und netzseitig mit einem elektrischen Netz verbindbar ist. Die Verbindung der Umrichtereinheit mit einem elektrischen Netz kann direkt oder über einen Transformator, der der Spannungsanpassung dient, erfolgen. Das elektrische Netz kann ein Wechselspannungsnetz oder ein Gleichspannungsnetz sein, wobei im Falle eines Gleichspannungsnetzes der vorstehend genannte Transformator natürlich nicht benötigt wird. Im normalen Betrieb der Energieanlage wird der Generator von der Windkraftturbine oder Wasserkraftturbine angetrieben, wobei die durch den Generator erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit in das elektrische Netz eingespeist wird. Die Energieanlage umfasst ferner eine Hilfsenergieeinheit, die beispielsweise der Versorgung der Um- richtersteuerung, der Turbinensteuerung, der Navigationsbeleuchtung im Falle einer Windenergieanlage und der Ölpumpen für die Lagerschmierung der beweglichen Teile der Energieanlage, also allgemein der Deckung des Eigenenergiebedarfs der Energieanlage, dient. Im normalen Betrieb der Energieanlage bezieht die Hilfsenergieeinheit die für die vorstehend genannte Versorgung notwendige elektrische Energie aus dem elektrischen Netz und ist zu diesem Zweck direkt oder über einen Transformator mit dem elektrischen Netz verbunden. Im Falle eines Gleichspannungsnetzes wird dieser Transformator natürlich nicht benötigt wird. Darüberhinaus weist die Energieanlage eine Energiespeichereinheit auf, die beispielsweise als Batterie oder als brennstoffbetriebenes Notstromaggregat ausgebildet sein kann, wobei die Hilfsenergieeinheit mit der Energiespeichereinheit verbunden ist. Im Falle einer Trennung der Energieanlage vom elektrischen Netz, sei es durch einen netzseitigen Fehler oder zu Wartungs- oder Inbetriebnahmezwecken, kann die Hilfsenergieeinheit keine elektrische Energie mehr aus dem elektrischen Netz entnehmen und entnimmt stattdessen die für die vorstehend genannte Versorgung der Energieanlage notwendige elektrische Energie aus der Energiespeichereinheit. Im Falle einer als Batterie ausgebildeten Energiespeichereinheit kann die daraus zu entnehmende elektrische Energie typischerweise nur ungefähr einen Tag bezogen werden. Dieser kurze Zeitraum ist beispielsweise bei Wartungs- oder Inbetriebnahmearbeiten an der Energieanlage nicht akzeptabel. Ist die Energiespeichereinheit als brennstoffbetriebenes Notstromaggregat muss die Brennstoffversorgung stets sichergestellt sein, was aufwendig, ineffizient und kostenintensiv ist. Darstellung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Betrieb einer Energieanlage anzugeben, welches Verfahren es im Falle einer Trennung der Energieanlage vom elektrischen Netz ermöglicht, dass der Eigenenergiebedarf der Energieanlage während der Trennung mit geringem Aufwand, effizient und kostengünstig, auch über einen längeren Zeitraum, gedeckt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Desweiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems mit einer Vielzahl an Energieanlagen anzugeben, welches Verfahren es im Falle einer Trennung zumindest eines Teils der Energieanlagen des Energiesystems vom elektrischen Netz ermöglicht, dass der Eigenenergiebedarf jeder abgetrennten Energieanlage mit geringem Aufwand, effizient und kostengünstig, auch über einen längeren Zeitraum, gedeckt werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Beim erfindungsgemässen Verfahren zum Betrieb einer Energieanlage umfasst die Energie- anläge eine Windkraftturbine oder Wasserkraftturbine, welche mit einem Generator verbunden ist, eine Umrichtereinheit, die generatorseitig mit dem Generator verbunden ist und eine Hilfsenergieeinheit, die der Bereitstellung von elektrischer Energie zur Deckung des Eigenenergiebedarfs der Energieanlage dient. Gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren wird die Umrichtereinheit netzseitig mit einem elektrischen Netz verbunden und durch den Gene- rator erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit in das elektrische Netz eingespeist. Desweiteren wird die Hilfsenergieeinheit zum Zwecke des Bezuges elektrischer Energie mit dem elektrischen Netz verbunden, wobei im Falle einer Trennung der Umrichtereinheit und der Hilfsenergieeinheit vom elektrischen Netz die Hilfsenergieeinheit elektrische Energie aus einer Energiespeichereinheit bezieht. Nach der Erfindung erfolgt nun im Falle der Trennung der Umrichtereinheit und der Hilfsenergieeinheit vom elektrischen Netz der Bezug elektrischer Energie der Hilfsenergieeinheit von der Energiespeichereinheit für einen einstellbaren Zeitraum und danach bezieht die Hilfsenergieeinheit durch den Generator erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit. Da die für den Eigenenergiebedarf notwendige elektrische Energie im Falle der Trennung der Umrichtereinheit und der Hilfsenergieeinheit vom elektrischen Netz schlussendlich vom Generator bereitgestellt wird, kann der Eigenenergiebedarf der Energieanlage während der Trennung vorteilhaft mit geringem Aufwand, effizient und kostengünstig, auch über einen längeren Zeitraum, gedeckt werden.

Beim Verfahren zum Betrieb eines Energiesystems mit einer Vielzahl an vorstehend genannten Energieanlagen sind die Energieanlagen an ihren Umrichtereinheiten netzseitig seriell miteinander verbunden und auch an ihren Hilfsenergieeinheiten netzseitig seriell miteinander verbunden, wobei die Serienschaltung der Energieanlagen mit einem elektrischen Netz ver- bunden wird und durch die Generatoren der Energieanlagen erzeugte elektrische Energie über die netzseitig mit dem elektrischen Netz verbundene Umrichtereinheit der Serienschaltung in das elektrische Netz eingespeist wird. Im Falle der Auftrennung der Serienschaltung der Energieanlagen oder der gesamten Trennung der Serienschaltung der Energieanlagen vom elektrischen Netz bezieht die jeweilige Hilfsenergieeinheit einer jeden nicht mehr über Serienschaltung mit dem elektrischen Netz verbundenen Energieanlage elektrische Energie aus einer für jede Energieanlage vorgesehenen Energiespeichereinheit. Erfindungsgemäss erfolgt im Falle der Auftrennung der Serienschaltung der Energieanlagen oder der gesamten Trennung der Serienschaltung der Energieanlagen vom elektrischen Netz für jede nicht mehr über die Serienschaltung mit dem elektrischen Netz verbundenen Energieanlage der Bezug elektrischer Energie der jeweiligen Hilfsenergieeinheit von der zugehörigen Energiespeichereinheit für einen einstellbaren Zeitraum. Danach bezieht dann die jeweilige Hilfsenergieeinheit durch den Generator erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit. Im Falle der Auftrennung der Serienschaltung der Energieanlagen, d.h. die Trennung eines Teils der Energieanlagen des Energiesystems vom elektrischen Netz, oder im Falle der gesamten Trennung der Serienschaltung der Energieanlagen vom elektrischen Netz kann der Eigenenergiebedarf einer nicht mehr über die Serienschaltung mit dem elektrischen Netz verbundenen Energieanlage vorteilhaft mit geringem Aufwand, effizient und kostengünstig, auch über einen längeren Zeitraum, gedeckt werden. Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt: Fig. 1 eine Ausführungsform einer Energieanlage und

Fig. 2 eine Ausführungsform eines Energiesystems mit Energieanlagen gemäss Fig.

1 . Die in der Zeichnung verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die beschriebenen Ausführungsformen stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine beschränkende Wirkung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Energieanlage (1 ) dargestellt. Die Energieanalage 1 umfasst eine Windkraftturbine 2, beispielsweise im Falle einer Windener- gieanlage, oder eine Wasserkraftturbine 2, beispielsweise im Falle einer Gezeitenkraftener- gieanlage, welche mit einem Generator 3, insbesondere mechanisch, beispielsweise über eine Welle, verbunden ist. Darüber hinaus weist die Energieanlage 1 eine Umrichtereinheit 4 auf, die generatorseitig mit dem Generator 3 verbunden ist. Typischerweise ist der Generator 3 als Synchrongenerator ausgebildet, kann aber auch als Asynchrongenerator oder als Gleichstromgenerator ausgebildet sein. Die in Fig. 1 angedeutete Ausführungsform der Umrichtereinheit 4 ist lediglich beispielhaft, d.h. es ist jedwede dem Fachmann bekannte Ausführungsform denkbar, je nachdem welche Art von Generator 3 generatorseitig an die Umrichtereinheit 4 angeschlossen ist und je nachdem welche Art von elektrischem Netz 6, Gleichspannungsnetz oder Wechselspannungsnetz, netzseitig an die Umrichtereinheit 4 ange- schlössen ist. Darüber hinaus umfasst die Energieanlage 1 eine Hilfsenergieeinheit 5, die der Bereitstellung von elektrischer Energie zur Deckung des Eigenenergiebedarfs der Energieanlage 1 dient. In Fig. 1 wurden die Verbindungen der Hilfsenergieeinheit 5 zu den zu versorgenden Elementen der Energieanlage 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Verfahrensmässig wird die Umrichtereinheit 4 netzseitig mit einem elektrischen Netz 6 verbunden und durch den Generator erzeugte elektrische Energie wird über die Umrichtereinheit 4 in das elektrische Netz 6 eingespeist, insbesondere wenn die Windkraftturbine 2 oder die Wasserkraftturbine 2 den Generator 3 antreibt. Ferner wird die Hilfsenergieeinheit 5 zum Zwecke des Bezuges elektrischer Energie mit dem elektrischen Netz 6 verbunden, wobei im Falle einer Trennung der Umrichtereinheit 4 und der Hilfsenergieeinheit 5 vom elektrischen Netz 6 die Hilfsenergieeinheit 5 elektrische Energie aus einer Energiespeichereinheit 7 bezieht. Nach der Erfindung erfolgt im Falle der Trennung der Umrichtereinheit 4 und der Hilfsenergieeinheit 5 vom elektrischen Netz 6 der Bezug elektrischer Energie der Hilfsener- gieeinheit 5 von der Energiespeichereinheit 7 für einen einstellbaren Zeitraum, beispielsweise für wenige Stunden, und danach bezieht die Hilfsenergieeinheit 5 durch den Generator 3 erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit 4. Der Eigenenergiebedarf der Energieanlage 1 , beispielsweise für die Versorgung der Umrichtersteuerung, der Turbinensteuerung, der Navigationsbeleuchtung im Falle einer Windenergieanlage und der Ölpumpen für die La- gerschmierung der beweglichen Teile der Energieanlage 1 , wird im Falle der Trennung der Umrichtereinheit 4 und der Hilfsenergieeinheit 5 vom elektrischen Netz 6 schlussendlich vom Generator 2 bereitgestellt wird. Demzufolge kann der Eigenenergiebedarf der Energieanlage 1 während der Trennung vorteilhaft mit geringem Aufwand, effizient und kostengünstig, auch über einen längeren Zeitraum, gedeckt werden.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass verfahrensmässig die Möglichkeit besteht, im Falle der Trennung der Umrichtereinheit 4 und der Hilfsenergieeinheit 5 vom elektrischen Netz 6 die Windkraftturbine 2 bzw. die Wasserkraftturbine 2 zunächst anzuhalten, insbesondere bis zum Stillstand, und dass dann danach, wie vorstehend beschrieben, die Hilfsenergieeinheit 5 durch den Generator 3 erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit 4 bezieht, insbesondere wenn die Windkraftturbine 2 oder die Wasserkraftturbine 2 den Generator 3 dann wieder antreibt.

Die bereits vorstehend genannte Energiespeichereinheit 7 ist vorzugsweise als kapazitiver Energiespeicher oder als Batterie ausgebildet, wobei der kapazitiver Energiespeicher oder die Batterie mit Vorteil von einer Ladeeinheit 8 elektrisch geladen wird. Ist die Umrichtereinheit 4 und die Hilfsenergieeinheit 5 mit dem elektrischen Netz 6 verbunden, so bezieht die Landeeinheit 8 elektrische Energie vorzugsweise vom elektrischen Netz 6 und/oder von einer Photovoltaikeinheit und/oder von einer Windenergieeinheit. Die Photovoltaikeinheit und die Windenergieeinheit dienen somit ausschliesslich der Erzeugung elektrischer Energie für Ladeeinheit 8.

Falls die Umrichtereinheit 4 und die Hilfsenergieeinheit 5, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, vom elektrischen Netz 6 getrennt wird, bezieht die Landeeinheit 8 durch den Generator 3 erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit 4 und/oder von der besagten Photovoltaikeinheit und/oder von der Windenergieeinheit. Dadurch kann im Falle der Trennung der Umrichtereinheit 4 und der Hilfsenergieeinheit 5 vom elektrischen Netz 6 nun auch die Landeeinheit 8 mittels vom Generator 3 erzeugte elektrische Energie über die Umrich- tereinheit 4 und/oder von der Photovoltaikeinheit und/oder von der Windenergieeinheit mit elektrischer Energie versorgt werden, die dann zur Ladung der als kapazitiver Energiespeicher oder als Batterie ausgeführten Energiespeichereinheit 7 verwendet wird.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Energiesystems 9 mit Energieanlagen 1 gemäss Fig. 1 , d.h. jede Energieanlage 1 in Fig. 2 ist gemäss der vorstehenden Beschreibung ausgebildet. Gemäss Fig. 2 sind die Energieanlagen 1 bei einem Energiesystem 9 an ihren Umrichtereinheiten 4 netzseitig seriell miteinander verbunden und an ihren Hilfsenergieeinheiten 5 ebenfalls netzseitig seriell miteinander verbunden. Verfahrensmässig wird die Serienschaltung der Energieanlagen 1 mit dem elektrischen Netz 6 verbunden, wobei durch die Genera- toren 3 der Energieanlagen 1 erzeugte elektrische Energie über die netzseitig mit dem elektrischen Netz 6 verbundene Umrichtereinheit 4 der Serienschaltung in das elektrische Netz 6 eingespeist wird. Im Falle der Auftrennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 , d.h. an einer Stelle zwischen zwei seriell miteinander verbundenen Energieanlagen 1 , oder der gesamten Trennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 vom elektrischen Netz 6 bezieht die jeweilige Hilfsenergieeinheit 5 einer jeden nicht mehr über die Serienschaltung mit dem elektrischen Netz 6 verbundenen Energieanlage 1 elektrische Energie aus der für jede Energieanlage 1 vorgesehenen Energiespeichereinheit 7.

Erfindungsgemäss erfolgt im Falle der Auftrennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 oder der gesamten Trennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 vom elektrischen Netz 6 für jede nicht mehr über die Serienschaltung mit dem elektrischen Netz 6 verbundenen Energieanlage 1 der Bezug elektrischer Energie der jeweiligen Hilfsenergieeinheit 5 von der zugehörigen Energiespeichereinheit 7 für einen einstellbaren Zeitraum, beispielsweise für wenige Stunden. Danach bezieht die jeweilige Hilfsenergieeinheit 5 dann durch den Genera- tor 3 der zugehörigen Energieanlage 1 erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit 4 der zugehörigen Energieanlage 1 .Beispielhaft ist eine mögliche Stelle, an der eine vorstehend genannte Auftrennung stattfinden kann, in Fig. 2 mit einem Kreuz dargestellt. Im Falle der Auftrennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 , d.h. die Trennung eines Teils der Energieanlagen 1 des Energiesystems 9 vom elektrischen Netz 6, oder im Falle der gesamten Trennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 vom elektrischen Netz 6 kann der Eigenenergiebedarf einer nicht mehr über die Serienschaltung mit dem elektrischen Netz 6 verbundenen Energieanlage 1 vorteilhaft mit geringem Aufwand, effizient und kostengünstig, auch über einen längeren Zeitraum, beispielsweise viele Stunden oder gar Tage, gedeckt werden.

Vorzugsweise stellt im Falle der Auftrennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 oder der gesamten Trennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 vom elektrischen Netz 6 für jede nicht mehr über die Serienschaltung mit dem elektrischen Netz 6 verbundenen Energieanlage 1 mindestens eine Hilfsenergieeinheit 5 zusätzlich elektrische Energie für mindestens eine andere Energieanlage 1 bereit. Es also somit vorteilhaft möglich, dass beispielsweise eine Hilfsenergieeinheit 5 einer von der Auftrennung oder der gesamtem Trennung betroffenen Energieanlage 1 zusätzlich elektrische Energie für mindestens eine andere ebenfalls abgetrennte Energieanlage 1 bereitstellt.

Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die Energiespeichereinheit 7 als kapazitiver Energiespeicher oder als Batterie ausgebildet sein, wobei der kapazitiver Energiespeicher oder die Batterie von einer für jede Energieanlage 1 vorgesehene Ladeeinheit 8 elektrisch geladen wird.

Falls die Serienschaltung der Energieanlagen 1 gemäss Fig. 2 mit dem elektrischen Netz 6 verbunden ist, bezieht die jeweilige Landeeinheit 8 elektrische Energie vom elektrischen Netz 6 und/oder von einer Photovoltaikeinheit und/oder von einer Windenergieeinheit. Im Falle der Auftrennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 oder der gesamten

Trennung der Serienschaltung der Energieanlagen 1 vom elektrischen Netz 6 bezieht für jede nicht mehr über die Serienschaltung mit dem elektrischen Netz 6 verbundenen Energieanlage 1 die jeweilige Landeeinheit 8 durch den Generator 3 erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit 4 und/oder von der vorstehend genannten Photovoltaikeinheit und/oder von der besagten Windenergieeinheit. Dadurch kann nun auch die jeweilige von der Auftrennung oder der gesamten Trennung betroffenen Landeeinheit 8 mittels vom Generator 3 erzeugte elektrische Energie über die Umrichtereinheit 4 und/oder von der Photovoltaikeinheit und/oder von der Windenergieeinheit mit elektrischer Energie versorgt werden, die dann zur Ladung der als kapazitiver Energiespeicher oder als Batterie ausgeführten zugehörigen Energiespeichereinheit 7 verwendet wird.

Bezugszeichenliste

1 Energieanlage

2 Windkraftturbine oder Wasserkraftturbine 3 Generator

4 Umrichtereinheit

5 Hilfsenergieeinheit

6 elektrisches Netz

7 Energiespeichereinheit

8 Ladeeinheit

9 Energiesystem