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DE10312594A1 - Energy supply system for wind-power plants or other energy delivers electrical energy to an energy-transmission system while operating a compressed air device or an energy converter/electrolyzer - Google Patents

Energy supply system for wind-power plants or other energy delivers electrical energy to an energy-transmission system while operating a compressed air device or an energy converter/electrolyzer

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DE10312594A1
DE10312594A1 DE10312594A DE10312594A DE10312594A1 DE 10312594 A1 DE10312594 A1 DE 10312594A1 DE 10312594 A DE10312594 A DE 10312594A DE 10312594 A DE10312594 A DE 10312594A DE 10312594 A1 DE10312594 A1 DE 10312594A1
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Abstract

Wind-power installations (1-3) deliver generated electrical energy to an energy-transmission system (ETS) (8) and operate a device (5) for generating compressed air or an energy converter/electrolyzer, so as to produce hydrogen. The ETS along with a controller (9) and feedback devices (10) collects and delivers energy. The energy converter/electrolyzer generates production of e.g. up to 800 Nm3/hour per unit and processing pressure of up to 30 bar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungsanordnung für einzelne oder mehrere Windkraftanlagen oder andere Energiequellen zur geregelten Einspeisung von Energien in ein Energieübertragungssystem. The invention relates to an energy supply arrangement for one or more Wind turbines or other energy sources for the regulated feeding of energy into an energy transmission system.

Windkraftanlagen sind bereits seit einigen Jahren in der Praxis im Einsatz, haben sich als alternative Energiequellen etabliert und werden im verstärkten Maße zur Energieerzeugung genutzt. Derartige Windkraftanlagen werden als Einzelanlagen aufgebaut, aber vorrangig hat sich die Anordnung mehrerer Windkraftanlagen in so genannten Windparks durchgesetzt. Wind turbines have been in use for several years and have proven to be alternative energy sources are established and are increasingly being used Power generation used. Such wind turbines are built as individual plants, however The arrangement of several wind turbines in so-called wind parks has priority enforced.

Wie bei jeder Energieerzeugungsanlage, steht auch vor den Energieerzeugungsanlagen mittels Windkraft das Problem, die erzeugte Energie direkt an den Verbraucher bzw. an ein Verbrauchernetz abzugeben. Zu viel erzeugte Energie führt zu Abschaltungen der Energieerzeugungsanlagen oder Lastschwankungen und somit weitestgehend zur Unrentabilität der entsprechenden Anlagen. As with any power generation plant, it also precedes the power generation plants the problem by means of wind power, the energy generated directly to the consumer or to to deliver a consumer network. Too much energy generated will shutdown the Power generation plants or load fluctuations and thus largely to Unprofitability of the corresponding systems.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Energieversorgungsanordnung für einzelne oder mehrere Windkraftanlagen oder andere Energiequellen zu entwickeln, mit der erzeugte Energien gespeichert und im Bedarfsfalle in Energieübertragungssysteme eingespeist, aber auch Energien aus Energieübertragungssystemen gespeichert werden können, wobei mit der zu schaffenden Energieversorgungsanordnung die Nachteile der bekannten Lösungen weitestgehend vermieden werden sollen. Gleichfalls soll die Produktion von definiertem Fahrplan-Strom zur Abdeckung von Spitzenlast gesichert werden. The invention therefore has as its object a power supply arrangement for to develop single or multiple wind turbines or other energy sources with the energy generated is stored and, if necessary, in energy transmission systems fed, but also energy from energy transmission systems are stored can, with the power supply arrangement to be created the disadvantages of known solutions should be avoided as far as possible. Likewise, the Production of defined schedule electricity secured to cover peak loads become.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Lösungen und besondere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. According to the invention the object is achieved with the features of claim 1. Advantageous solutions and special designs are in the subclaims specified.

Erfindungsgemäß wir die Aufgabe durch eine Energieversorgungsanordnung für einzelne oder mehrere Windkraftanlagen oder andere Energiequellen derart gelöst, dass unter Nutzung von Wasserstoff oder/und Druckluft als Energiespeicher und von anderen Hilfsenergien, die auf elektro-chemischer Basis hergestellt werden, eine Energiewandlung, eine Energiespeicherung, erfolgt und die so gewandelten und gespeicherten Energien im Bedarfsfall zur geregelten Einspeisung von Energien in ein Energieübertragungssystem genutzt werden. According to the invention we do the task through an energy supply arrangement for individuals or several wind turbines or other energy sources solved in such a way that under Use of hydrogen and / or compressed air as energy storage and others Auxiliary energies that are produced on an electro-chemical basis, an energy conversion, an energy storage takes place and the so converted and stored energies in the If necessary for the regulated feeding of energy into an energy transmission system be used.

Dabei sieht die Erfindung vor, dass sowohl die gespeicherten Energien in ihrer vorliegenden Form in Leitungssystemen oder aber nach Umwandlung in Form von elektrischer Energie in Energieübertragungssystemen eingespeist werden können, aber auch die Abnahme von elektrischer Energie aus dem Energieübertragungssystem möglich ist. Erfindungsgemäß kann mit dieser Energieübertragungsanordnung ein definierter Fahrplan-Strom zur Abdeckung von Spitzenlast produziert werden. The invention provides that both the stored energies in their existing form in pipe systems or after conversion in the form of electrical energy can be fed into energy transmission systems, however electrical energy can also be taken from the energy transmission system is. According to the invention, a defined one can be used with this energy transmission arrangement Timetable electricity to cover peak loads are produced.

Mit nachfolgendem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail with the following exemplary embodiment.

Die dazugehörige Zeichnung verdeutlicht in einem Blockschaltbild die Anordnung der einzelnen Funktionseinheiten der Versorgungsanordnung sowie in Form eines Verfahrensschemas deren verfahrensmäßige Verknüpfung untereinander. The associated drawing illustrates the arrangement of the in a block diagram individual functional units of the supply arrangement and in the form of a Procedural diagrams of their procedural interconnection.

Die in der Zeichnung dargestellte Versorgungsanordnung ermöglicht, dass Windkraftanlagen jeder Baugröße, mit den Bezugszahlen 1, 2 und 3 gekennzeichnet, inklusive anderer Energiequellen die erzeugten elektrischen Energien an ein Energieübertragungssystem 8 abgeben und parallel oder ausschließlich einen Energiewandler/Elektrolyser 4 (hier mit einer Produktion von bis zu 800 Nm3/Stunde/pro Einheit und einem Prozessdruck von bis zu 30 bar) zur Produktion von Wasserstoff oder eine Einrichtung 5 zur Erzeugung von Druckluft betreiben. Die Nachschaltung weiterer Wandler auch auf elektro-chemischer Basis wird durch die Erfindung abgedeckt und ist Bestandteil dieser Anordnung. The supply arrangement shown in the drawing enables wind turbines of any size, marked with the reference numerals 1 , 2 and 3 , including other energy sources, to deliver the generated electrical energy to an energy transmission system 8 and, in parallel or exclusively, an energy converter / electrolyser 4 (here with a production of operate up to 800 Nm 3 / hour / per unit and a process pressure of up to 30 bar) for the production of hydrogen or a device 5 for the production of compressed air. The connection of further converters, also on an electro-chemical basis, is covered by the invention and is part of this arrangement.

Lastschwankungen, also zusätzlich bereitgestellte elektrische Energie, werden so abgeführt und in speicherbare Energien - mit Wasserstoff oder Druckluft als Energieträger - umgewandelt. Weiterhin werden zusätzlich vom Energieübertragungssystem bereitgestellte Energien abgenommen und in Form von Wasserstoff und/oder Druckluft umgewandelt. Load fluctuations, i.e. additional electrical energy provided, become that way dissipated and into storable energies - with hydrogen or compressed air as Energy carrier - converted. Furthermore, from Energy transmission system provided energy is taken off and in the form of hydrogen and / or compressed air converted.

Gespeichert werden diese Energien in Speichereinheiten, die als Behälter ausgebildet sind oder direkt im Erdreich. Röhrenspeicher werden modular in Größen bis zu 1 Mio. Nm3 Speichervolumen, bei Prozessdrücken von bis zu 50 bar genutzt. These energies are stored in storage units that are designed as containers or directly in the ground. Tube accumulators are used modularly in sizes up to 1 million Nm 3 storage volume, with process pressures of up to 50 bar.

Die vom Energiewandler 4 (Elektrolyseur) bereitgestellte Energie wird in einer Speichereinheit 6 (Behälter oder Röhrenspeicher) und die von der Einrichtung 5 (Kompressor) erzeugte Druckluft wird in der Speichereinheit 7 (Behälter oder Röhrenspeicher) gespeichert. Diese Energien können jederzeit für eine elektrische Rückführung 10 und somit zur Einspeisung in ein Energieübertragungssystem 8 genutzt werden. The energy provided by the energy converter 4 (electrolyzer) is stored in a storage unit 6 (container or tube storage) and the compressed air generated by the device 5 (compressor) is stored in the storage unit 7 (container or tube storage). These energies can be used at any time for electrical feedback 10 and thus for feeding into an energy transmission system 8 .

Die elektrische Rückführung 10 kann dabei als ein Turbosatz, als ein Generatorsatz oder als ein GUD - ein Gas- und Dampfgenerator - ausgebildet sein, um elektrische Energie aus Wasserstoff, Druck, Erdgas und Dampf inklusive Fernwärme zu gewinnen. Bei der Verwendung von Wasserstoff werden Motor-Generatoren-Sets mit den verschiedensten Leistungsstufen (z. B. 0,5; 1; 1,5 . . .) bis zu 5 MW je Leistungsmodul eingesetzt. Mehrere Wasserstoffmotore werden im Tandembetrieb mit Generatorkopplung gefahren. Die Einspeisung externer Energieträger wie Erdgas und Dampf, in dem dargestellten Verfahrensschema nicht dargestellt, kann hierbei eingeschlossen werden. Die Kombination und Verknüpfung der elektrischen Rückführung 10 erfolgt in Abhängigkeit von den vorhandenen externen Energieträgern. The electrical return 10 can be designed as a turbo set, as a generator set or as a GUD - a gas and steam generator - in order to obtain electrical energy from hydrogen, pressure, natural gas and steam including district heating. When using hydrogen, motor-generator sets with a wide range of power levels (e.g. 0.5; 1; 1.5...) Up to 5 MW are used per power module. Several hydrogen engines are operated in tandem with generator coupling. The feed-in of external energy sources such as natural gas and steam, not shown in the process diagram shown, can be included here. The combination and connection of the electrical return 10 takes place as a function of the external energy sources present.

Lastschwankungen, also zusätzlich bereitgestellte elektrische Energie, werden so abgeführt und in speicherbare Energien - mit Wasserstoff und/oder Druckluft als Energieträger - umgewandelt. Weiterhin können so Regelenergien (bei Energiebedarf oder Energieüberschuss) dem Energieübertragungssystem zugeführt und abgenommen werden. Load fluctuations, i.e. additional electrical energy provided, become that way dissipated and into storable energies - with hydrogen and / or compressed air as Energy carrier - converted. Furthermore, control energies (when energy is needed or Excess energy) are fed into and removed from the energy transmission system.

Über einen vorgesehenen Regler 9 können sowohl Regelfunktionen als auch Steueraufgaben realisiert werden. Ein Ist-/Sollwert-Abgleich der Energien erfolgt aus den Energiequellen, hier den Windkraftanlagen 1 bis 3, dem Energieübertragungssystem und der Sollwertvorgabe im Regler 9. Die Anordnung gleicht Lastschwankungen durch Abführung und Einspeisung von elektrischer Energie aus und nutzt hierbei Wasserstoff bzw. Druckluft als Energieträger oder anderer, auf elektro-chemischer Basis hergestellten Hilfsenergie. Die Einspeisung ausschließlich gespeicherter elektrischer Energie in das Energieübertragungssystem 8, je nach Bedarf, wird zur Produktion von Fahrplan-Strom und zur Abdeckung von Spitzenlast genutzt, erhöht die Wirtschaftlichkeit und wird gemäß den nach der Erfindung ausgebildeten Energieversorgungsanordnungen realisiert. Both control functions and control tasks can be implemented via a controller 9 provided. An actual / target value comparison of the energies takes place from the energy sources, here the wind turbines 1 to 3 , the energy transmission system and the target value specification in the controller 9 . The arrangement compensates for load fluctuations through the discharge and feed-in of electrical energy and uses hydrogen or compressed air as an energy source or other auxiliary energy produced on an electro-chemical basis. The feeding of exclusively stored electrical energy into the energy transmission system 8 , as required, is used to produce schedule electricity and to cover peak loads, increases the economy and is implemented in accordance with the energy supply arrangements designed according to the invention.

Claims (9)

1. Energieversorgungsanordnung für einzelne oder mehrere Windkraftanlagen oder anderer Energiequellen, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugte Energie gewandelt, gespeichert und im Bedarfsfalle in der vorliegenden Energieart oder in Rückwandlung in elektrische Energie an Energieübertragungssysteme abgegeben wird, wobei die Verknüpfung mit gespeicherten Energieträgern, hier Wasserstoff und/oder Druckluft, zum Ausgleich von Lastschwankungen und deren Regelung erfolgt, wobei die gespeicherten Energieträger aus den genannten, primären Energien gewonnen werden. 1. Energy supply arrangement for one or more wind turbines or other energy sources, characterized in that the energy generated is converted, stored and, if necessary, is given to energy transmission systems in the present type of energy or in conversion into electrical energy, the linkage with stored energy sources, here hydrogen and / or compressed air, to compensate for load fluctuations and to regulate them, the stored energy sources being obtained from the primary energies mentioned. 2. Energieversorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung aus Windkraftanlagen (1; 2; 3) jeder Leistungsstufe, einem Energiewandler/Elektrolyseur (4) sowie einer Einrichtung (5) zur Erzeugung von Druckluft und Speichereinheiten (6; 7) besteht, wobei in dieser Anordnung zur Aufnahme und Abgabe von Energien ein Übertragungssystem (8), ein Regler (9) und Rückführungseinrichtungen (10) vorgesehen sind. 2. Energy supply arrangement according to claim 1, characterized in that the arrangement of wind turbines ( 1 ; 2 ; 3 ) of each power level, an energy converter / electrolyzer ( 4 ) and a device ( 5 ) for generating compressed air and storage units ( 6 ; 7 ) A transmission system ( 8 ), a controller ( 9 ) and feedback devices ( 10 ) are provided in this arrangement for receiving and delivering energy. 3. Energieversorgungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Energien nicht nur an das Energieübertragungssystem abgegeben, sondern auch aufgenommen werden können in Form der Abgabe und Aufnahme von Regelenergie an das Energieübertragungssystem. 3. Power supply arrangement according to claims 1 and 2, characterized characterized that Energies not only given to the energy transmission system, but also can be included in the form of submission and inclusion of Control energy to the energy transmission system. 4. Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheiten (6; 7), Behälter oder Röhrenspeicher mit Betriebsdrücken bis zu 50 bar im Erdreich oder obererdig angeordnet sind und das Erdreich als Speicher in Form von Kavernen genutzt wird. 4. Power supply arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the storage units ( 6 ; 7 ), containers or tube storage with operating pressures up to 50 bar are arranged in the ground or above ground and the ground is used as storage in the form of caverns. 5. Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die parallele und serielle Nutzung von externen Energieträgern, hier Erdgas und Dampf, durch Einsatz und Kombination der Einrichtung (10) in Form eines Turbosatzes, eines Generatorsatzes oder eines GUD erfolgt. 5. Energy supply arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the parallel and serial use of external energy sources, here natural gas and steam, by using and combining the device ( 10 ) in the form of a turbo set, a generator set or a GUD. 6. Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz von Wasserstoffmotoren in Verbindung mit Generatoren, zur Rückverstromung, der Tandembetrieb von Wasserstoffmotoren den Aufbau von Leistungsstufen bis zu 10 MW ermöglicht. 6. Power supply arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized characterized that when using hydrogen engines in connection with generators, for Reverse power generation, the tandem operation of hydrogen engines building Power levels up to 10 MW enabled. 7. Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Energiepotentiale durch diese Anordnung in der Zeitachse, in der Zeit, verschoben werden. 7. Power supply arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized characterized that Energy potentials through this arrangement in the time axis, in time, be moved. 8. Energieversorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Wasserstoff und/oder Druckluft in der Energieversorgungsanordnung, als beschriebenes Regelsystem, als Regelglied dienen. 8. Power supply arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized characterized that Hydrogen and / or compressed air in the energy supply arrangement, as described control system, serve as a control element. 9. Energieversorgungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdeckung von Spitzenlast und zum freien Verkauf ein fest definierter Fahrplan-Strom produziert wird. 9. Power supply arrangement according to claims 1 to 8, characterized characterized that To cover peak loads and for free sale, a clearly defined one Timetable electricity is produced.
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