专利名称：具有电池装置的风力发电设备以及冷却电池装置的方法
具有电池装置的风力发电设备以及冷却电池装置的方法描述本发明涉及风力发电设备，特别是在一水体边或在该水体中使用的风力发电设备。此类风力发电设备应用在位于外海的所谓离岸设备中。通常情况下，其没有与陆地的直接接触。特别是在海中使用此类风力发电设备时，环境的影响，特别是由盐水所造成的影响，会对此类风力发电设备的设计提出巨大的挑战。此外，还要注意将所产生的电能传输至用电设备。然而，此类风力发电设备还能够应用到内陆水体，特别是大型湖泊的附近或旁边，因为在此类地点也会发生强风。可再生的能量，例如风能或太阳能，例如具有功率输出不稳定的缺点。在适当的天气条件下，风力发电设备或太阳能发电设备可输出高功率，而在天气条件相应地改变时，功率输出可能在短时间内降低到很小的值。此类波动使得必须将在有利的天气条件下产生的电能加以储存。当风力发电设备或太阳能发电设备提供很小的功率时，所储存的能量可对减小的功率输出进行补偿。DE 202 06 234 Ul示出了一种可漂浮的风力发电设备。此类风力发电设备具有漂浮在水面上的浮体(Auftriebsk0rper )。这种可漂浮的风力发电设备能够锚定在沿海区域。在浮体区域中，可容纳用作备用电源的缓存电池。DE 197 14 512 C2示出了一种沿海的发电设备系统连同用于获得、存储和消耗可再生能源的生产过程。其设有一漂浮的支撑结构，在该结构上安装着多个风能转换器。DE 20 2009 006 647 Ul示出了一种能量塔，该能量塔上连接了用于缓存电力(Strompufferung)的可再充电的电池组(Akkubank)。在这种能量塔处，例如可以为电动车再充电。本发明的任务在于，提出一种改进的风力发电设备。本发明的基本任务通过风力发电设备，特别是在一水体边或在该水体中使用的风力发电设备来解决，所述风力发电设备具有风轮；发电机，其可与风轮产生驱动连接(Antriebsverbindung)；以及，电池装置，其具有至少一个电化学电池。在本发明的范畴中，风力发电设备应被理解为一种能够将风的动能转化为电能的装置。此外，在本发明的范畴中，电能也意味着可以化学形式储存的电能。此处，动能特别是利用了伯努利效应而被转化为风轮的动能。当风轮与发电机保持驱动连接时，风轮旋转驱动发电机，并能够产生电能。在本发明的范畴中，电池装置应被理解为一种包括了至少一个电化学电池的设备。此处，电池装置可具有结构装置，特别是壳体，该结构装置能够将电化学电池位置稳定地支撑住。电池装置可具有用于接触电化学电池的装置。壳体能够将电化学电池相对于外界环境进行密封。在本发明的范畴中，电化学电池应被理解为一种既能用于存储化学能又能用于输出电能的设备。因此，电化学电池可具有至少一个电极栈，其也可被理解为包括电极卷轴(Elektrodenwickel)，所述电极栈借助包封来相对于外界环境进行进一步的气密隔离和液密隔离。电化学电池还可被设计成，在充电时接收电能。因此，也将其称作二次电池或充电电池。此处，电池装置最好以如下方式设计，即使得其可至少暂时地容纳由发电机所产生的电能的大部分。这就意味着，电池装置要能够接收可由发电机产生的最大电功率的最少50%，特别是最少75%，特别是90%，特别是100%，并且将其转化为化学能。就此而言，相比于例如作为能够进行供电的备用电源单元的电池或缓存电池，该电池装置最好要提供明显更大的将电能转化为化学能的能力。通过此类电池装置，能够实现在风力发电设备可产生大量电能的时间内存储电能。此外，此类电池装置能够在因少风造成通过发电机所产生的电能很少的时间内提供电能。电池装置的壳体和/或电化学电池的包封最好能够让水体的水直接在其周围流过。此处，水体的水最好意味着其中或其旁边设有风力发电设备的海洋的水或者湖泊或河流的水。此处，水体的水能够用于电池装置和/或电化学电池的温度调节。例如，北海的水温在冬天为大约10摄氏度而在夏天为大约25摄氏度。由此得到在一年中大约为15摄氏度的温度差，这相对于电化学电池工作时出现的温度波动而言仅有非常小的温度波动。就此而言，海水非常适合在近似恒定的外部条件下对电化学电池进行温度调节。因为电池装置的壳体和/或电化学电池的包封可与水直接接触，则用于冷却的设计成本可保持很有限。此处，电池装置能够至少部分地，特别是完全地位于水体的水面以下。电池装置和/或电化学电池最好在所有的潮汐条件(Gezeitenbedingung)下都至少与水的一部分有接触。可供选择地或可与之结合地，可提出一种用于将水从水体输送至电池装置的装置。通过该装置，可实现与水体的水位，特别是与潮汐范围的无关(UnabMngigkeit)。其中，输送设备可包括泵。可供选择地或可与之结合地，可设置分离的热回路，该热回路一方面与至少一个电化学电池发生热接触，而另一方面与水体的水发生热接触。在此，能够与电化学电池直接建立该热接触，或者通过电池装置的部分间接建立该热接触。通过这种类型的排布，最好能够将电池装置和/或电化学电池与水体的水空间地分隔。这在当水体的水含盐分时是特别有益的，因为含盐分的水可能在化学上侵蚀电化学电池的包封和/或电池装置的壳体。此外，电池装置可安装在水体的水不可能自主地达到的位置处。电池装置最好被可拆卸地固定在风力发电设备的壳体中。此处，可拆卸的连接应被理解为以下方式的连接，即被设计成在风力发电设备正常工作的情况下可被多次拆卸或者重新固定的连接。电池装置的更换成为了风力发电设备的日常使用的一个组成部分。然而，单纯出于维护目的的电池装置的拆除并不是风力发电设备的日常使用。可拆卸的连接特别适合用于风力发电设备的壳体中的电池装置的自动拆卸和固定。由此可特别实现，将由风力发电设备所产生的电能中的部分通过电池装置从风力发电设备移开。此处，可拆卸的连接能够借助插入(Einschub)设备来实现。此外，电池装置能够通过适当的固定装置，例如销来固定，以防止无意的松动。这样的可拆卸地安装的电池装置最好布置在风力发电设备的壳体的外侧，以便使得组装和拆除能够简化。电池装置最好布置在风力发电设备的壳体以外。此处，风力发电设备的壳体被理解为以下类型的装置，其能够被基本上位置固定地安装在风力发电设备的部分上，并且能够保护风力发电设备中的至少部分不受外界环境的影响。此外，风力发电设备的壳体能够具有对风力发电设备的组件的支撑作用。通过将电池装置布置在风力发电设备的壳体以外，电池装置能够轻易地从风力发电设备移除。而此处特别有利的是，当使用可从风力发电设备的壳体拆卸的电池装置时，其特别能够被设计成要经常从风力发电设备移除并且重新安装到风力发电设备上。风力发电设备最好仅具有作为输出电能的设备的电池装置。这些电池装置特别地被可拆卸地固定在风力发电设备上。当仅设有用于输出电能的电池装置时，则不再需要到达风力发电设备的线连接。由此，电能可与电池装置一道从风力发电设备移开。借助起重机(Kran)，电池装置能够被直接拉升到船只上。此处，电池装置也能够用于为船只提供驱动能量或供电能量。就此而言，具有可拆卸的电池装置的风力轮构成了电力驱动船只的一种充电站。这对设置在远离陆地处的风力发电设备而言是特别有利的。对于上述可能性而言可供选择的或可与之组合的是，可以在风力发电设备的基座中安装电池装置。此外特别地，可将电池装置的重量用作固定风力发电设备的基座重量。为此，特别适用的是无需维护的锂离子电池。此外，几乎可以在风力轮的壳体上的任何位置装满电化学电池。本发明还涉及一种为船只提供驱动能量和/或供电能量的方法，其中将电池装置从上述风力发电设备中取出，并随后安装到船只上。此处，驱动能量应被理解为用于推动船只的能量。一般来说，驱动能量借助发动机通过螺旋桨或螺杆来转化。供电能量意味着并非是驱动船只而是为船只上的其他技术装置，例如控制装置和空调装置进行供电的能量。一般来说，船只或飞机上的供电能量通过辅助电源设备(APU)来提供。而现在提供船只的供电能量的电池装置能够用于此类APU。本发明还涉及一种用于为电化学电池调节温度的方法，其中通过热交换设备实现了电化学电池与周边环境中的至少部分的热能交换，其特征在于，热交换借助一水体的水来发生，特别是借助海洋或内陆水体的水来发生。热交换设备能够被理解为热交换器。然而，还能够仅通过壳体来提供热交换设备。在此，能够让壳体的外表面与水体的水接触。而壳体的内表面能够从电化学电池接收能量。水体的水最好与其中容纳了电化学电池的壳体，或者与电化学电池的包封构成直接接触。由此，能够提供一种在结构上设计简单的热交换设备。通过近乎恒定的水体的水温能够确保稳定的温度调节。可供选择地，电化学电池能够与冷却剂回路存在热传导接触，其中冷却剂回路与水体的水存在热传导接触。由以下的描述结合附图可知本发明的其他优点、特征和应用可能性。在附图中
图1显示了第一实施方式中的风力发电设备；图2显示了第二实施方式中的风力发电设备；图3显示了第三实施方式中的风力发电设备；图4显示了第四实施方式中的风力发电设备；图5显示了第五实施方式中的风力发电设备；图6显示了第六实施方式中的风力发电设备；图7是具有被嵌入的电池装置的风力发电设备的壳体的截面图8示意性地示出a)第一实施方式中的冷却回路，b)第二实施方式中的冷却回路；以及图9是一种电池装置，其布置在风力发电设备的壳体外部。图I显示了在第一实施方式中用于外海的风力发电设备I。该风力发电设备I具有风轮2，该风轮2安装在风力发电设备的壳体3上。在风力发电设备的壳体3的上部设有发电机4，该发电机4驱动地连接到风轮2。在水面5以下设有基座6，该基座6保持着整个风力发电设备I的位置和姿态。基座6具有三脚架(Tripod)的形式，其通过三根钢桩7构成。这些钢桩7是夯入海底8中的。中央支撑管(Tragrohr)9将基座6与风力发电设备的壳体3的上部相连。容纳着发电机4的壳体、支撑管9以及基座6均是风力发电设备的壳体3的组成部分。各电池装置10安装在一个或多个钢桩7内。一个另外的电池装置10安装在支撑管9内。因此，这些电池装置10是安装在风力发电设备的壳体3内的。代替电池装置10， 也可以使用单个电化学电池，这也适用于以下的实施方式。此处，通过钢桩7和支撑管9所提供的空间由电池装置10有效地使用。此外，电池装置10的重量能够被用于稳定基座。图2显示了第二实施方式中的风力发电设备1，其很大程度上与第一实施方式相对应。在下文中，仅关注其区别。风力发电设备I的基座6具有由钢构件11构成的格状结构，在其底侧设置有4个彼此之间呈正方形排布的钢桩7。在这个由钢构件11所构成的格状结构上，设有一平台(Plateau)形式的支承设备，而电池装置10能够安装在该支承设备上。在这种情况下，电池装置10安装在风力发电设备的壳体3以外。图3显示了第三实施方式中的风力发电设备1，其在很大程度上与第一实施方式相对应。在下文中，仅关注其区别。风力发电设备的壳体3主要包括支撑管9，该支撑管也形成基座6。支撑管9沿其长度具有不同的直径，并且其被夯入海底8。在支撑管9的下部在海面以下安装有电池装置10。图4显示了第四实施方式中的风力发电设备1，其在很大程度上与第三实施方式相对应。在下文中，仅关注其区别。在支撑管9的下端设有重力体13，其支承在海底8上。 重力体13的一大部分重量通过其中装入的电池装置10来形成。图5显示了第五实施方式中的风力发电设备1，其在很大程度上与第四实施方式相对应。在下文中，仅关注其区别。基座6基本上通过桶状物14构成，在该桶状物14中安装有压载物(Ballast)。所述压载物至少部分是通过电池装置10构成的。支撑管9与桶状物14牢固地连接。图6显示了第六实施方式中的风力发电设备1，其在很大程度上与第四实施方式相对应。在下文中，仅关注其区别。支撑管9被设计成实质上是漂浮的。线缆15将支撑管 9与重力基座13相连，电池装置10就安装在所述重力基座13中。图7示例性地显示了在支撑管9内的电池装置10的安装。其中设有凹槽16，其大约位于水面5的区域中。电池装置10保存在凹槽16内，并且与水直接接触。散热片17设置在电池装置10的壳体上，以使得能够将热更好地从电池壳体转移到水中。散热片17用于击碎波浪。电池装置10可拆卸地保存在支撑管9内。图8a示意性地显示了热交换设备的构造。电池装置10通过线18与分离的热交换器19相连。额外的线20安装在热交换器19上，并且旨在将海水21输送到热交换器19。 在根据图8b的设计中，与上述设计有所不同的是，热交换器19直接布置在海水21中。由此可省略额外的线20。图9示意性地显示了电池装置10在平台12上的安装。平台12安装在风力发电设备的壳体3以外。电池装置10能够受到另一个未被进一步示出的壳体的保护以免受外界环境的影响。这个额外的壳体是可拆除的，或者允许以其他方式轻易地接触到电池装置
10。所述额外的壳体不是风力发电设备的壳体3的组成部分。电池装置10通过线22与未示出的发电机4相连。通过布置这种在风力发电设备的壳体以外的平台12，一个未被示出的起重机能够将电池装置10从风力发电设备移开，例如移到船只上。附图标记列表
I风力发电设备
2风轮
3风力发电设备的壳体
4发电机
5水面
6基座
7钢桩
8海底
9支撑管
10电池装置
11由钢构件构成的格状结构
12支承设备
13重力体
14桶状物
15线缆
16凹槽
17散热片
18线
19热交换器
20线
21海水
22线
权利要求
1.一种风力发电设备(1)，特别是在一水体边或在该水体中使用的风力发电设备(1)，所述风力发电设备(1)具有风轮⑵；发电机G)，其能够与所述风轮( 产生驱动连接；以及电池装置(10)，其带有至少一个电化学电池。
2.如权利要求1所述的风力发电设备，其特征在于，所述水体的水在所述电池装置(10)的壳体和/或电化学电池的包封周围直接流过。
3.如前述权利要求中任一项所述的风力发电设备，其特征在于，所述风力发电设备(1)具有用于将水从所述水体输送到所述电池装置(10)的装置。
4.如前述权利要求中任一项所述的风力发电设备，其特征在于，所述电池装置(10)和/或电化学电池至少部分地，特别是完全地，布置在所述水体的水面(5)以下。
5.如前述权利要求中任一项所述的风力发电设备，其特征在于，设有热回路，所述热回路一方面与至少一个电化学电池发生热接触，而另一方面与所述水体的水发生热接触。
6.如前述权利要求中任一项所述的风力发电设备，其特征在于，所述电池装置(10)能拆除地固定在所述风力发电设备(1)中。
7.如前述权利要求中任一项所述的风力发电设备，其特征在于，所述电池装置(10)布置在风力发电设备的壳体(3)以外。
8.如前述权利要求中任一项所述的风力发电设备，其特征在于，仅设有作为用于输出电能的设备的电池装置(10)。
9.如前述权利要求中任一项所述的风力发电设备，其特征在于，所述电池装置(10)布置在所述风力发电设备的基座(6)中。
10.一种用于为船只提供驱动能量和/或供电能量的方法，其特征在于，将电池装置(10)从如前述权利要求中任一项所述的风力发电设备(1)中取出，并随后安装到船只上。
11.一种用于为电化学电池调节温度的方法，其中通过热交换设备实现了所述电化学电池与周边环境中的至少部分的热能交换，其特征在于，借助水体的水来进行热交换(19)，特别是借助海洋或内陆水体的水来进行热交换(19)。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述水体的水与容纳了所述电化学电池的壳体构成直接接触，或者与所述电化学电池的包封构成直接接触。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述电化学电池与冷却剂回路存在热传导接触，其中所述冷却剂回路与水体的水存在热传导接触。
全文摘要
一种风力发电设备(1)，特别是在一水体边或在该水体中使用的风力发电设备，所述风力发电设备具有风轮(2)；发电机(4)，其能够驱动地连接到所述风轮(2)；以及，电池装置(10)，其带有至少一个电化学电池。
文档编号F03D9/02GK102597509SQ201080048766
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月20日 优先权日2009年10月29日
发明者安德里斯·古奇, 蒂姆·谢弗 申请人:锂电池科技有限公司