发明内容

因此，本发明的目的是提供一种并不具有这些缺点或至少部分并不具有这些缺点的设备。特别地，本发明的目的是提供一种用于风力涡轮机的基座，以及一种提供由风力涡轮机产生的能量的经改进存储的风力涡轮机。

此目的通过专利权利要求书解决。因此，此目的通过一种具有独立权利要求1的特征的用于风力涡轮机的基座、通过一种具有独立权利要求10的特征的风力涡轮机并且通过一种具有独立权利要求11的特征的方法解决。本发明的进一步细节从从属权利要求以及说明书和附图展开。

根据本发明的第一方面，所述问题通过一种用于风力涡轮机的基座解决，其包括带有中心区和外部区的基部装置，其中所述外部区被配置成用于承载所述风力涡轮机的大部分重量。根据本发明，在中心区中，所述基部装置包括室，其中所述基座进一步包括能量存储装置。所述能量存储装置包括枢转地布置在所述室内以用于存储旋转能量的飞轮以及用于将风力涡轮机的能量转化成飞轮的旋转能量并且用于将飞轮的旋转能量转化成电能的传输装置。

所述基座被配置为用于风力涡轮机、尤其是带有如下各者的风力涡轮机的基部：转子，所述转子包括用于将风能转换成转子的旋转能量的转子叶片；用于将转子的旋转能量转换成电能的发电机；以及用于承载所述转子和所述发电机的塔架。因此，所述基座被配置为塔架的基部。优选地，所述基座包括用于将所述塔架固定到所述基座的固定装置，诸如螺钉孔或类似物。

所述基部装置的外部区构成所述基座的一部分，其被配置成用于承载风力涡轮机的全部或至少大部分重量。所述基部装置或至少所述基部装置的外部区优选地由或至少基本上由钢-混凝土或类似物制成。根据本发明，所述基部装置和/或所述基座优选地具有圆柱形或立方体外部几何形状。基本上，所述基座的外部形状和大小可以与根据现有技术已知的基座相同或至少类似。

所述室提供在所述基部装置的中心区中。所述中心区在所述基座的非负载区域内。因此，由于所述室，与并不具有此室的基座相比，不存在结构缺点。所述室优选地与环境隔绝以防止湿气进入所述室。所述室的内壁优选地具有平滑表面，例如以避免空气湍流。

所述能量存储装置的所述飞轮位于所述室内，并且尤其是通过轴承紧靠所述室的壁（例如，侧壁、底板或类似物）枢转。因此，所述飞轮可以在所述室内部自由旋转。所述轴承被优选地针对最小化的摩擦配置以最小化旋转的飞轮的旋转能量的损失。飞轮的旋转轴线优选地是竖直或水平的。替代地，飞轮的旋转轴线可以是横向的。所述飞轮优选地包括具有相对高密度的材料，诸如铅、铁、钢或类似物。优选的是，所述飞轮被配置为巨大的主体。飞轮的外表面优选地相对平滑以避免或至少减少湍流。此外，飞轮优选地具有旋转对称形状。优选地，所述室和所述飞轮被配置成使得在飞轮的外表面与室的内壁之间提供恒定或至少实质上恒定间隙。

所述能量存储装置的所述传输装置被配置成用于将风力涡轮机的能量、优选地电能转化成飞轮的旋转能量并且用于将飞轮的旋转能量转化成电能。

根据本发明的基座具有如下优点：借助具有成本效益的装置并且以安全方式，可以临时存储和按需提供风力涡轮机的能量。借助本发明，例如，可以管理平滑功率输出、改善黑启动、增强性能和提供备用电力的情形。

平滑功率输出是有利的，因为风倾向于以不同风速吹动，并且因此，可以由风力涡轮机的发电机产生的电能的量不是恒定的。借助于本发明，可以提供风力涡轮机的经平滑功率输出。平滑例如涉及满足某一功率设定点。这意味着当发电量高于所述设定点时吸收高于所述设定点的功率，或者在发电量低于所述设定点时从存储装置注入电力。这适用于所有风速。这可以通过将风力涡轮机的多余能量存储在飞轮中或根据需要将飞轮的旋转能量转化成电能来实现。

此外，借助于本发明，可以改善风力涡轮机的黑启动。为了启动风力涡轮机的转子，必须克服惯性、摩擦和静摩擦。此外，黑启动的主要应用是提供使发电机线圈磁化的电流，以便产生感应所需的磁场。当前风力涡轮机需要从电网汲取电能以进行启动。借助本发明，转子的启动甚至在电网中不可获得足够电能、例如刚好在电网电力断供之后的情况下也是可能的。

除此之外，借助于本发明，可以提供风力涡轮机的备用电力。因此，不再需要电池。

优选的是，所述传输装置包括用于将电能转化成飞轮的旋转能量的飞轮电动马达。根据本发明，所述传输装置可以包括多于一个飞轮电动马达以用于在需要电能到旋转能量的快速转化时驱动飞轮，例如以用于冗余和/或升压操作。进一步优选的是，所述多个飞轮电动马达中的至少一个飞轮电动马达借助于离合器与所述飞轮和/或所述多个电动马达机械分离。借助于所述飞轮电动马达，所述飞轮可以旋转。因此，优选的是，所述飞轮电动马达的马达转子机械联接或至少可以机械联接到所述飞轮。在本发明的替代实施例中，所述飞轮电动马达可以是飞轮的一部分。飞轮电动马达具有如下优点：通过普通装置并且以具有成本效益的方式，可以提供电能到飞轮的旋转能量的转化。

有利地，所述传输装置包括用于将由风力涡轮机的发电机产生的电能和/或来自电网的电能提供到飞轮电动马达的电控制装置。进一步优选地，所述电控制装置被配置成用于将来自飞轮发电机的电能提供到电网。从风力涡轮机的发电机接收用于驱动飞轮电动马达的电能具有如下优点：由发电机产生的多余电能可以存储为旋转能量。从电网接收用于驱动飞轮电动马达的电能具有如下优点：通过普通装置并且以具有成本效益的方式，电网的多余电能可以存储为旋转能量。即使在特定风力涡轮机未操作的情况下，所述风力涡轮机的基座也仍可以用于存储能量。

根据本发明的优选实施例，所述传输装置包括用于将飞轮的旋转能量转化成电能的飞轮发电机。优选地，所述飞轮发电机和所述飞轮电动马达是相同设备。这具有如下优点：可以减少投资成本和操作空间。替代地，飞轮发电机和飞轮电动马达可以被配置为不同设备。这具有如下优点：通过普通装置并且以具有成本效益的方式，可以相对于预期操作参数优化飞轮发电机和飞轮电动马达的技术特性。因此，飞轮发电机和飞轮电动马达可以具有不同大小。

优选地，所述能量存储装置包括用于使飞轮与能量存储装置的传输装置机械分离的离合器。优选的是，所述离合器位于飞轮与飞轮电动马达和/或飞轮发电机之间以使飞轮电动马达和/或飞轮发电机与飞轮机械分离。进一步优选的是，所述离合器被配置为磁性离合器。离合器具有如下优点：通过普通装置并且以具有成本效益的方式，飞轮可以自由旋转，而不机械联接到飞轮电动马达和/或飞轮发电机。因此，飞轮的旋转的机械损失减少，并且旋转能量可以存储在飞轮内达更长时间。

优选的是，所述能量存储装置包括用于相对于所述室枢转飞轮的磁性轴承。所述磁性轴承优选地包括永磁体和/或磁性线圈。优选地，所述能量存储装置被配置成用于向所述磁性线圈提供从风力涡轮机的发电机和/或飞轮发电机产生和/或从电网提供的电能。进一步优选的是，所述能量存储装置包括安全轴承以在技术缺陷、电力断供货类似物的情况下替代磁性轴承。所述磁性轴承优选地支撑在所述室的壁和/或底部处。磁性轴承的使用具有如下优点：通过普通装置并且以具有成本效益的方式，可以减小能量存储装置内的摩擦，并且旋转能量可以存储在飞轮内达更长时间。

有利地，所述室被配置为真空室。这意味着，所述室被配置成用于密封地封闭到基座的环境。进一步优选的是，所述基座包括用于将所述室抽空的真空泵。优选地，所述基座包括用于测量所述真空室内部的压力的压力传感器。所述压力传感器优选地连接到真空泵的泵控制单元以用于根据所测量压力自动操作所述泵。真空室具有如下优点：通过普通装置并且以具有成本效益的方式，可以减少所述室内的空气阻力和湍流，并且旋转能量可以存储在飞轮内达更长时间。

在本发明的优选实施例中，所述能量存储装置包括多个飞轮。所述飞轮枢转地布置在所述室内。优选地，所述飞轮均匀地或对称地分布在所述室上。优选地，所述飞轮彼此机械分离，并且可以彼此独立地操作。通过这些装置，飞轮的大小可以显著小于仅一个飞轮的大小。因此，飞轮电动马达和飞轮发电机的大小也可以更小。多个飞轮具有如下优点：通过普通装置并且以具有成本效益的方式，可以改善能量的存储。

优选的是，每一飞轮具有圆柱形或至少大致圆柱形形状。大致圆柱形形状是具有例如用于与轴承联接的一个或多个不同区域的圆柱形形状。这具有如下优点：通过普通装置并且以具有成本效益的方式，提供具有特别良好旋转性质并且可以容易地装配到基座的室中的飞轮。

根据本发明的第二方面，所述问题通过一种风力涡轮机解决，所述风力涡轮机包括：转子，所述转子带有用于将风能转换成转子的旋转能量的转子叶片；用于将转子的旋转能量转换成电能的发电机；用于承载所述转子和所述发电机的塔架；以及用于承载所述塔架的基座。根据本发明，所述基座是根据本发明的第一方面的基座。

所述转子和所述发电机优选地布置在转子室内，所述转子室枢转地布置在塔架的顶端处。所述转子枢转地布置在所述转子室内。转子叶片附接到转子，并且优选地枢转地布置在转子处以用于调节转子叶片相对于转子的转子叶片设置角。

优选地，所述塔架被配置为具有大致圆柱形或圆锥形状的中空构造。塔架的下部部分优选地具有比塔的较高部分大的直径。所述塔架可以由更多塔架区段组成，所述塔架区段可通过诸如螺钉、螺母和螺栓、焊缝或类似物的紧固件相互连接。所述塔架被构造成用于承载转子和发电机、尤其是用于承载转子室。

根据本发明的风力涡轮机具有与根据本发明的第一方面的基座相同的优点。因此，所述风力涡轮机具有如下优点：借助具有成本效益的装置并且以安全方式，由发电机产生的电能可以由能量存储装置临时存储和按需提供。借助本发明，例如，可以管理平滑功率输出、改善黑启动、增强性能和提供备用电力的情形。

根据本发明的第三方面，所述问题通过一种用于存储和使用由风力涡轮机、尤其是根据本发明的第二方面的风力涡轮机产生的能量的方法解决。所述方法包括以下步骤：

- 关闭离合器以用于使所述风力涡轮机的基座的飞轮与所述基座的飞轮电动马达的马达转子联接，

- 通过所述基座的电控制装置将由风力涡轮机的发电机产生的电能提供到飞轮电动马达，

- 借助所提供电能操作所述飞轮电动马达，并且从而产生飞轮的旋转能量，以及

- 通过旋转的飞轮驱动飞轮发电机以用于将飞轮的旋转能量转换成电能。

在初始步骤中，关闭离合器、尤其是磁性离合器。通过关闭离合器，风力涡轮机的基座的飞轮与基座的飞轮电动马达的马达转子机械联接。在关闭的离合器的情况下，飞轮电动马达和飞轮的旋转速度在预先确定的柔度比内。

风以某一风速或各种风速吹到风力涡轮机的转子的转子叶片上。这致使转子旋转。由于转子和发电机彼此机械联接，因此这致使所述发电机产生电能。尤其是当电网的容量处于其极限时，此电能的至少一部分被提供给飞轮电动马达。

通过向飞轮电动马达提供电能，飞轮电动马达的马达转子开始旋转。由于离合器被关闭，因此这将驱动飞轮旋转。因此，电能被转换成旋转能量。

如果打算将飞轮的旋转能量存储更长时段，则优选的是，打开离合器。因此，飞轮可以以最小化的能量损失自由旋转。为了将旋转能量转换回电能，必须再次关闭离合器。

最后，飞轮与飞轮发电机联接，使得飞轮和飞轮发电机在预先确定的柔度比内。这优选地由离合器、尤其是在初始方法步骤中已经关闭的相同离合器实现。通过这些装置，飞轮的旋转能量由飞轮发电机转换成电能。

根据本发明的方法具有与根据本发明的第一方面的基座和根据本发明的第二方面的风力涡轮机相同的优点。因此，用于存储和使用由风力涡轮机产生的能量的本发明方法具有如下优点：借助具有成本效益的装置并且以安全方式，由发电机产生的电能可以由能量存储装置临时存储和按需提供。借助本发明，例如，可以管理平滑功率输出、改善黑启动、增强性能和提供备用电力的情形。

优选的是，在进一步步骤中，使用由飞轮发电机产生的电能来驱动电动马达以支持风力涡轮机的转子的旋转。所述电动马达可以是风力涡轮机的发电机。此步骤尤其是在风力涡轮机的转子不旋转并且必须被加速到操作旋转速度的情况下实施。此操作也称为“黑启动”。然而，可以实施此步骤以例如在存在阵风或间歇性风时支撑已经旋转的转子，以便防止转子的意外停止。这具有如下优点：通过普通装置并且以具有成本效益的方式，可以增强风力涡轮的效率。