BECKER, Markus (Flandernstraße 24, Münster, 48147, DE)
UPHUES, Ulrich (Ohner Weg 54, Rheine, 48431, DE)
BECKER, Markus (Flandernstraße 24, Münster, 48147, DE)
| Ansprüche
1. Windkraftanlage mit einem eine verschließbare Einstiegsöffnung aufweisenden Turm und innerhalb des Turmes angeordneten elektrischen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Türöffnung in einem durchgehenden Turmausschnitt angeordnet ist, der größer ist als die Türöffnung und durch welchen hindurch Lufteintritts- und/oder Luftaustrittsöffnungen zur Durchleitung von Kühlluft gelegt sind.
2. Windkraftanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Turmausschnitt in Bezug zu der Türöffnung nach oben verlängert ist und dass oberhalb der Türöffnung wenigstens eine Luftaustritts- oder -eintrittsöffnung geführt ist.
3. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Turmausschnitt in Bezug zu der Türöffnung nach unten verlängert ist und dass unterhalb der Türöffnung wenigstens eine Luftaustritts- oder -eintrittsöffnung geführt ist.
4. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Türöffnung verschließende Tür mit Luftdurchtrittsöffnungen versehen ist, die als Lufteintrittsöffnungen dienen.
5. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der durch die Luftdurchtrittsöffnung zu kühlende elektrische Komponenten im Wesentlichen im Bereich des Turmausschnittes innerhalb des Turmes angeordnet sind, insbesondere im Bereich des Turmfußes.
6. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteintrittsöffnung(en) und/oder die Luftaustrittsöffnung(en) mit einem Gitter, bewegbaren Lamellen oder ähnlichen Einrichtungen gegen ungewünschtes Eindringen von Personen, Tieren und/oder Gegenständen gesichert sind.
7. Windkraftanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Luftfördermittel vorgesehen ist zum Ansaugen von Luft durch die Lufteintrittsöffnung bzw. zum Ausblasen von Luft durch die Luftaustrittsöffnung. |
Beschreibung
[0001] Windkraftanlage mit verbesserter Kühlluftführung
Technisches Gebiet
[0002] Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem eine verschließbare Einstiegsöffnung aufweisenden Turm und innerhalb des Turms angeordneten elektrischen Komponenten.
Stand der Technik
[0003] Windkraftanlagen sind in den unterschiedlichsten Bauformen seit langem bekannt, sie werden inzwischen regelmäßig eingesetzt. Der Anteil der mit Windkraftanlagen erzeugten Energie ist nicht nur in Deutschland, sondern auch in anderen Ländern stets gestiegen, inzwischen sind Windkraftanlagen in hoher Zahl sowohl landbasiert als auch off-shore aufgestellt und installiert.
[0004] Auch in Windkraftanlagen fällt, wie in nahezu allen Kraftwerken, bei der
Umsetzung von Energie Abwärme an, die mit geeigneten Maßnahmen von der Anlage abgeführt werden muss.
[0005] Solche Abwärme entsteht dabei nicht nur im Bereich des typischerweise an der Turmspitze in einem Maschinengehäuse (Gondel) angeordneten Generators an, sondern auch an weiteren elektrischen Komponenten, die der Aufarbeitung der gewonnenen elektrischen Energie hinsichtlich Frequenz und Spannung dienen. Die zuletzt genannten Komponenten sind dabei bei modernen Windkraftanlagen häufig im Bereich des Turmfußes angeordnet, sie stehen zumeist entweder unmittelbar oder übereinander gestapelt auf dem Fundament. Auch diese Komponenten gilt es zu kühlen.
[0006] Um die Kühlung der genannten Komponenten, aber auch des Generators zu erzielen, sind unterschiedliche Lösungen bekannt. So ist z.B. in der WO 99/30031 eine Windkraftanlage offenbart, bei der Kühlluft zur Kühlung des Generators im Bereich des Turmfußes durch nicht näher spezifizierte öffnungen in den Turm eingelassen wird, welche Kühlluft im Turm zunächst im Bereich des Fußes durch die Abwärme dort angeordneter elektrischer Komponenten erwärmt wird und dann aufgrund eines Kamineffektes im Turm nach oben steigt und zum Kühlen am Generator
vorbei streicht, die Windkraftanlage dort schließlich verlässt.
[0007] Ein weiteres System zum Kühlen der Windkraftanlage, insbesondere der elektrischen Komponenten, ist in der DE 100 00 370 A1 beschrieben. Dort ist ein geschlossener Kühlkreislauf offenbart, in dem ein Kühlmedium (Luft) umlaufend entlang des Turmes nach oben, dort durch den Generator und anschließend zurück in Richtung des Turmfußes bewegt wird.
[0008] In der DE 10 2004 061391 A1 ist schließlich ein Luftkühlsystem beschrieben, welches explizit der Kühlung der im Bereich des Turmfußes bzw. -sockels angeordneten elektrischen Komponenten dient. Hier wird durch einen durch das Fundament des Turmes hindurch geführten Luftkanal, der neben der Windkraftanlage im Bereich des Untergrundes mit einer öffnung endet, Luft angesaugt und an den zu kühlenden elektrischen Komponenten vorbei geführt. Die so angesaugte Luft wird dann über ein Entlüftungssegment durch eine eigens hierfür vorgesehene öffnung in der Turmwand wieder aus der Windkraftanlage heraus geführt.
[0009] Die bekannten Windkraftanlagen bzw. die bei diesen enthaltenen
Kühlsysteme erfüllen zwar den Zweck einer ausreichenden Kühlung der zu kühlenden Komponenten in der Regel zuverlässig, sie sind jedoch in der Einrichtung kostspielig, verteuern somit die Windkraftanlage und benötigen vergleichsweise aufwändige und komplizierte zusätzliche Einrichtungen und Auslegungen der Windkraftanlage.
[0010] So erfordert ein geschlossener Kühlkreislauf, wie er in der DE 100 00 370 A1 offenbart ist, die Einrichtung entsprechender Kühlkanäle über die gesamte Höhe der Windkraftanlage, was einen entsprechenden konstruktiven Aufwand und erhöhte Herstellungskosten bedingt.
[0011] Bei einem Kühlsystem gemäß der DE 10 2004 061391 A1 , das im
Wesentlichen ausschließlich der Kühlung der im Bereich des Turmfußes bzw. -sockels angeordneten elektrischen Komponenten dient, ist die Planung und Herstellung aufwändig. Nicht nur, dass entsprechende Führungsleitungen durch das Fundament des Turmes bis ins Innere des Turmes hinein verlegt werden müssen, es ist zudem eine gesonderte öffnung in der Turmwandung vorzusehen für das Entlüftungssegment.
Heutzutage werden die Türme von Windkraftanlagen üblicherweise aus vorgefertigten Segmenten am Aufrichtungsort errichtet, wobei die Segmente aus Metall und/oder Kunststoff (Glasfaser verstärktem Kunststoff) bestehen können. Hierbei ist man bestrebt, die Wandstärke der Segmente so gering wie möglich zu halten, ohne jedoch Stabilitätseinbußen in Kauf zu nehmen. Dieses Bestreben rührt nicht nur von dem Wirtschaftlichkeiterfordernis eines geringen Materialeinsatzes her, sondern auch von überlegungen hinsichtlich des Gewichts der einzelnen Segmente, das für einen Transport zum Aufrichtungsort kritische Werte nicht übersteigen darf. Insoweit kann das Gewicht eines Turmsegmentes eine Begrenzung für die Größe eines solchen Segmentes sein, wobei grundsätzlich für einen schnellen und kostengünstigen Aufbau der Windkraftanlage größere Segmente von Vorteil sind.
[0012] Aus statischen Gründen bedingt jedes Einbringen einer öffnung bzw. eines Durchbruches in die Hülle des Turmes bzw. eines Turmsegmentes eine Schwächung, die mit konstruktivem Aufwand, z.B. Verstärkung der Segmentwand im Bereich der Durchbrechung, aufgefangen werden muss. Das Vorsehen von entsprechenden öffnungen in der Turmwand bzw. in einem Segment ist insoweit kostspielig, nicht nur aufgrund der für die Bearbeitung erforderlichen Zeit und des Materialeinsatzes.
[0013] Aus gleichen überlegungen ist auch das in der WO 99/30031 offenbarte System verbesserungswürdig, bei dem erkennbar offensichtlich durch mehrere im Bereich des Fußes des Turms gebildete öffnungen Kühlluft einströmt. Auch hier sind also entsprechend mehrere öffnungen in der Turmwand anzubringen mit den oben geschilderten unerwünschten Folgen.
Darstellung der Erfindung
[0014] Hier setzt die Aufgabe der Erfindung an. Mit der Erfindung soll nämlich die Aufgabe gelöst werden, eine Windkraftanlage mit einem Kühlsystem zum Kühlen elektrischer Komponenten, insbesondere der im Bereich des Fußes des Turmes angeordneten elektrischen Komponenten, anzugeben, welches Kühlsystem kostengünstig eingerichtet werden kann.
[0015] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Windkraftanlage mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.
[0016] Die erfindungswesentliche Erkenntnis bzw. die Idee besteht darin, für ein offenes Kühlsystem mit Kühlluft Lufteinlass- und -auslassöffnungen nicht etwa in eigens dafür geschaffenen, gesonderten öffnungen des Turmes unterzubringen, sondern vielmehr die ohnehin im Turm vorhandene öffnung für die Tür für die Anbringung von Lufteintritts- und/oder -austrittsöffnungen zu verwenden und diese Türöffnung gleichermaßen zu erweitern. Es wird mit anderen Worten eine Windkraftanlage offenbart, die mit einem einzigen, gegenüber einer herkömmlichen Türöffnung vergrößerten Turmausschnitt auskommen kann, wobei in diesem Turmausschnitt einerseits die Türöffnung, andererseits Luftdurchtrittöffnungen angeordnet sind, durch die Kühlluft ein- bzw. austreten kann.
[0017] Es hat sich nämlich überraschend gezeigt, dass mit dieser einfach anmutenden Maßnahme einer Vergrößerung der üblicherweise anzubringenden Türöffnung zu einem vergrößerten Turmausschnitt die Stabilität des Turmes bzw. des Turmsegmentes in diesem Bereich kaum bzw. nicht übermäßig verringert wird, so dass gegenüber dem beim Vorsehen der Türöffnung ohnehin aufzubringenden Konstruktions- bzw. Materialaufwand zur Stärkung des Turmes in diesem Bereich keine wesentlichen bzw. erheblichen Mehraufwendungen erforderlich sind, wie sie jedoch beim Vorsehen weiterer, getrennter öffnungen für die Durchführung von Luft vonnöten sind.
[0018] Dadurch können Lufteintritts- und/oder -austrittsöffnungen besonders kostengünstig und ohne erhebliche statische Schwächung des Turmes angebracht werden.
[0019] Aufgrund der baulichen Gegebenheiten des Turmes ist es von Vorteil, die Türöffnung nicht in der Breite, in der eine weitere Ausdehnung eine erhebliche Schwächung des Turmes bedeuten würde, sondern vielmehr in der Höhe zu erweitern. Entsprechend ist es daher zu bevorzugen, wenn gemäß Anspruch 2 der Turmausschnitt in Bezug zu der Türöffnung nach oben verlängert ist und oberhalb der Türöffnung wenigstens eine
Luftdurchtrittsöffnung angeordnet bzw. geführt ist.
[0020] Aufgrund ähnlicher überlegungen kann alternativ oder zusätzlich der
Turmausschnitt in Bezug zu der Türöffnung auch nach unten verlängert sein, wobei auch hier wenigstens eine Luftdurchtrittsöffnung angeordnet bzw. geführt ist.
[0021] Ergänzend oder aber insbesondere alternativ zu der Anordnung von
Lufteintrittsöffnungen im Bereich unterhalb oder oberhalb der Türöffnung können Lufteintrittsöffnungen auch durch entsprechende Schlitze in einer die Türöffnung verschließenden Tür bestehen. Diese Lösung bietet, so lange die Querschnittsfläche der Lufteintrittsschlitze zur ausreichenden Versorgung mit Kühlluft genügt, den Vorteil, dass der Turmausschnitt insgesamt noch kleiner in der Fläche gehalten werden kann und damit die statische Beeinträchtigung des Turmes besonders gering bleibt.
[0022] Die erfindungsgemäße Lösung zur Führung der Kühlluft mit Lufteintritts- und/oder -austrittsöffnungen im Bereich eines vergrößerten Turmausschnittes mit darin integrierter Türöffnung ist besonders geeignet zum Kühlen der im Bereich der Türöffnung angeordneten, insbesondere im Bereich des Turmfußes liegenden elektrischen Komponenten, wie Leistungsumrichter und dergleichen. Hier kann nämlich kühlere Außenluft durch eine Lufteintrittsöffnung angesaugt, an den zu kühlenden Komponenten vorbei streichen gelassen und anschließend unmittelbar durch eine Luftaustrittsöffnung wieder abgeblasen werden.
[0023] Um zu verhindern, dass durch die Lufteintritts- bzw. austrittsöffnungen nicht befugte Personen, Tiere oder Gegenstände ins Innere der Windkraftanlage gelangen, sind die entsprechenden öffnungen mit Vorteil durch geeignete Einrichtungen, wie insbesondere Gitter, Lamellenvorhänge oder dergleichen verschlossen.
[0024] Der Luftstrom von Kühlluft im Eintritt durch die Lufteintrittsöffnungen, vorbei an den zu kühlenden Komponenten und schließlich im Austritt durch die Luftaustrittsöffnungen kann insbesondere mit Hilfe eines gesonderten Luftfördermittels in Gang gebracht und aufrecht gehalten werden, z.B. mit einem Ventilator. Hierbei kann ein einziger Ventilator vorgesehen sein, der für die gesamte Zirkulation sorgt, es können aber
auch mehrere Ventiltoren vorhanden sein, bspw. einer zum Ansaugen der Kühlluft, ein weiterer zum Ausblasen der erwärmten Luft durch die Luftaustrittsöffnung(en).
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0025] Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Figur. Dabei zeigt:
[0026] Figur 1 einmal in einer Draufsicht, einmal in einer geschnittenen
Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Turm einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Turmausschnitt in einem Ausführungsbeispiel.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
[0027] In Figur 1 ist in einem Ausschnitt der Turm 1 einer nicht näher dargestellten Windkraftanlage gezeigt, insbesondere ein unterstes, am Fuße des Turmes gelegenes Segment. Der Turm 1 hat in dem in Figur 1 gezeigten Abschnitt einen Turmausschnitt 2, der durchgehend gestaltet ist. Der Turmausschnitt 2 ist von einem verstärkenden Rahmen 3 umlaufend umgeben, der die Stabilität der Turmhülle an dieser Stelle gewährleistet, welche Stabilität durch den Turmausschnitt 2 grundsätzlich beeinträchtigt ist.
[0028] Der Turmausschnitt 2 befindet sich an dem Turm 1 der Windkraftanlage an einer für die Türöffnung üblichen Stelle, ist gegenüber einem herkömmlichen Ausschnitt für die Türöffnung jedoch vergrößert. Der Turmausschnitt 2 enthält so auch bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Türöffnung 4, in der in üblicher weise eine diese öffnung verschließende Tür 5 angeordnet ist. über die Türöffnung 4 nach oberhalb und unterhalb hinaus ist der Turmausschnitt 2 verglichen mit herkömmlichen Türöffnungen an bekannten Windkraftanlagen verlängert ausgebildet mit einer unterhalb der Türöffnung 4 gelegenen Lufteintrittsöffnung 6 und einer oberhalb der Türöffnung 4 gelegenen Luftaustrittsöffnung 7. Diese Luftdurchtrittsöffnungen, die Lufteintrittsöffnung 6 und die Luftaustrittsöffnung 7, sind in dem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, sie können bspw. durch
Luftführungsrohre oder dergleichen unterteilt sein. Insbesondere werden die Luftdurchtrittsöffnungen 6,7 in der praktischen Anwendung überdeckt sein durch z.B. ein Gitter, um hier das Eindringen von Personen, Tieren oder Fremdkörpern zu vermeiden. In der Umfangsrichtung des Turmes 1 ist der Turmausschnitt 2 gegenüber einer herkömmlichen Türöffnung an bekannten Windkraftanlagen nicht bzw. nicht wesentlich vergrößert.
[0029] Im Bereich hinter dem Turmausschnitt 2 im Innern des Turmes 1 befinden sich (hier nicht dargestellt) in einstöckiger oder mehrstöckiger Anordnung elektrische Komponenten, die es zu kühlen gilt. Diese werden mittels durch die Luftdurchtrittsöffnungen 6,7 strömende Luft gekühlt. Z.B. mittels Ventilatoren oder dergleichen Luftfördermitteln wird kühle Außenluft durch die Lufteintrittsöffnung 6 ins Innere des Turmes 1 eingesaugt. Diese Luft streicht dann an den zu kühlenden elektrischen Komponenten vorbei und wird durch die Luftaustrittsöffnung 7 wieder herausgedrückt bzw. -geblasen, z.B. mittels eines weiteren Ventilators.
[0030] Es dürfte einleuchten, dass die Anordnung von Lufteintritts- und -austrittsöffnungen in einem die Türöffnung aufnehmendem Turmausschnitt eine erheblich einfachere Konstruktion und Auslegung des Turmes in diesem Bereich ermöglicht im Vergleich zu solchen Auslegungen, die neben der Türöffnung weitere und gesonderte Durchtrittsöffnung zur Führung von Kühlluft vorsehen.
[0031] Bezuαszeichenliste
[0032] 1 Turm
[0033] 2 Turmausschnitt
[0034] 3 Rahmen
[0035] 4 Türöffnung
[0036] 5 Tür
[0037] 6 Lufteintrittsöffnung
[0038] 7 Luftaustrittsöffnung