Energieübertragung in einer Windkraftanlage

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage, aufweisend einen Generator, einen Transformator, eine Energieübertragungsvor richtung, einen Netzanschlusspunkt und einen Turmaufbau, wo bei sich die Energieübertragungsvorrichtung von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage erstreckt und den Generator elektrisch über den Transformator mit dem Netzanschlusspunkt verbindet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Windkraftanlage.

Bei Windkraftanlagen muss die elektrische Energie vom Genera tor ins Stromnetz transportiert werden, das am Fuß des Turm- aufbaus als Netzanschlusspunkt verfügbar ist. Da der Genera tor immer oben in der Gondel angeordnet ist, ist also eine Energieübertragungsvorrichtung von der Gondel zum Boden der Windkraftanlage, auch als Fuß der Windkraftanlage bezeichnet, erforderlich. Diese Energieübertragungsvorrichtung wird dabei meist durch mehrere Kabel gebildet, welche eine elektrische Verbindung für eine Energieübertragung mit Wechselspannung oder Gleichspannung darstellen. Diese Verbindung muss auf die volle Leistung ausgelegt sein, was entsprechende Kabelquer schnitte nötig macht. Dabei sind Kabellängen von über 100 m aufgrund der Höhe der Windkraftanlagen keine Seltenheit in modernen Windkraftanlagen.

Die übliche Arbeitsspannung der Generatoren liegt im Bereich der Niederspannung, also unterhalb 1000V, und beträgt typi scherweise 690V. Die übliche Netzspannung für die Verbindung am Netzanschlusspunkt ist eine Mittelspannung von über lkV und beträgt typischerweise 20kV.

Der Weg der Energie vom Generator in das Energieversorgungs netz erfolgt üblicherweise über einen Frequenzumrichter, Ka bel von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage und einem Transformator. Dabei können Transformator und Frequenzumrich- ter oben in der Gondel oder am Fuß der Windkraftanlage ange ordnet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Energieübertra gung zwischen der Gondel und dem Fuß der Windkraftanlage zu verbessern .

Diese Aufgabe wird durch eine Windkraftanlage, aufweisend ei nen Generator, einen Transformator, eine Energieübertragungs vorrichtung zur Übertragung einer vom Generator erzeugten elektrischen Energie, einen Netzanschlusspunkt und einen Turmaufbau gelöst, wobei sich die Energieübertragungsvorrich tung von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage erstreckt und den Generator elektrisch über den Transformator mit dem Netz anschlusspunkt verbindet, wobei die Energieübertragungsvor richtung als einen ersten Leiter eine Metallkonstruktion des Turmaufbaus umfasst, wobei die Metallkonstruktion zumindest abschnittsweise als eine elektrisch leitende Verbindung von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage ausgebildet ist, wobei der Transformator am Fuß der Windkraftanlage angeordnet ist, wobei der Transformator die Energieübertragungsvorrichtung und den Netzanschlusspunkt elektrisch leitend und galvanisch getrennt miteinander verbindet, wobei die Metallkonstruktion mit einem vorgegebenen Bezugspotential, insbesondere mit dem Erdpotential, elektrisch leitend verbunden ist. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer derar tigen Windkraftanlage gelöst, wobei ein Strom zum Übertragen von durch den Generator erzeugter elektrischer Energie von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage zumindest abschnitts weise und oder teilweise durch die Metallkonstruktion des Turmaufbaus geleitet wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Aufwand an elektrischen Leitern, wie Stromschienen und/oder Kabeln, von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage dadurch deutlich verringern lässt, dass der Strom zumindest ab schnittsweise und/oder teilweise über eine Metallkonstruktion des Turmaufbaus geführt wird. Dabei wird für eine Phase eines Drehstromnetzes oder für ein Potential eines Gleichspannungs netzes die Metallkonstruktion des Turms für die Energieüber tragung, d.h. das Leiten des Stromes, genutzt.

Die Energieübertragungsvorrichtung ist dabei zur Übertragung der vom Generator erzeugten elektrischen Leistung an den Netzanschlusspunkt vorgesehen.

Das Metall der Metallkonstruktion stellt einen guten elektri schen Leiter dar. Es wird in unterschiedlicher Form für den Turmaufbau und dessen Konstruktion verwendet. Beispielsweise kommt Metall in Form eines Stahlgitterturms zum Einsatz. Bei dem Stahlgitterturm ist nahezu der gesamte Turm eine Gitter konstruktion aus Stahl, also einem Werkstoff, der Eisen als Metall aufweist. Dieses Metall, beispielsweise im Eisen oder Stahl, kann für das Leiten des Stroms auf einfache Weise ge nutzt werden. Es stellt mit einer elektrischen Leitfähigkeit von typischerweise mehr als 10 ⁶ S/m einen guten elektrischen Leiter dar. Mit anderen Worten ist die Metallkonstruktion des Stahlgitterturms mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 10 ⁶ S/m sowohl für die konstruktiven und mechani schen Eigenschaften sowie gleichzeitig für die Energieüber tragungsvorrichtung besonders vorteilhaft geeignet, um die Energie verlustarm zu übertragen. Ebenso kann eine Bewehrung aus einem leitenden Material wie beispielsweise Metall oder Eisen, innerhalb eines Betonturms für das Leiten des elektri schen Stroms verwendet werden. Auch die Bewehrung stellt mit einer elektrischen Leitfähigkeit von typischerweise mehr als 10 ⁶ S/m einem guten elektrischen Leiter dar. Mit anderen Wor ten ist die Metallkonstruktion der Bewehrung des Stahlbeton turms mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mehr als 10 ⁶ S/m sowohl für die konstruktiven und mechanischen Eigen schaften sowie gleichzeitig für die Energieübertragungsvor richtung besonders vorteilhaft geeignet, um die Energie ver lustarm zu übertragen. Die Übertragung des Stroms erfolgt dabei über mehrere Leiter, die üblicherweise als Kabel ausgebildet sind. Dabei werden für die Übertragung der elektrischen Energie mittels eines Drehstromnetzes mindestens drei Leiter benötigt, für die Übertragung mittels einer Gleichspannung mindestens zwei Lei ter benötigt. Durch das Nutzen der Metallkonstruktion für das Leiten des Stroms als ersten Leiter kann auf die Verwendung eines oder mehrerer elektrisch paralleler Kabel für diesen Leiter verzichtet werden. Alternativ ist es neben dem Ver zicht auf Kabel für diesen Leiter auch möglich, den Quer schnitt der Kabel zu verringern indem eine geringere Anzahl an parallelen Kabeln und/oder Kabel mit geringerem Quer schnitt und/oder Kabel mit einer geringeren Stromtragfähig keit verwendet werden. Mit anderen Worten ist es möglich, entweder den gesamten Strom des ersten Leiters, also einer der Phasen und eines Gleichspannungspotentials, durch die Me tallkonstruktion zu führen oder alternativ zumindest teilwei se diesen Strom durch die Metallkonstruktion zu übertragen, während der restliche Anteil des Stroms über Kabel mit einem geringeren Leitungsquerschnitt und/oder geringeren Leitfähig keit verlustarm transportiert werden kann.

Dabei kann die gesamte Strecke von der Gondel bis zum Fuß durch das Metall der Metallkonstruktion zurückgelegt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass der Strom abschnittswei se, d.h. über einen oder mehrere Teilabschnitte von der Gon del zum Fuß der Windkraftanlage, durch die Metallkonstruktion des Turmaufbaus geführt wird. Diese Abschnitte untereinander können dann wieder mittels einer Stromschiene oder eines Ka bels miteinander verbunden sein. Gerade wenn die Bewehrung eines Betonturms für das Leiten des Stroms ausgenutzt wird, ist die Länge eines Bewehrungsstabs meist deutlich kürzer als der gesamte Turm. Dies liegt beispielsweise darin begründet, dass der gesamte Turmaufbau durch eine Vielzahl von einzel nen, bereits vorgefertigten Turmelementen, auch als Betonele mente bezeichnet, gebildet wird, die dann zum Errichten des Turms übereinander angeordnet werden. So ist es zum Beispiel möglich, die beiden Enden des Bewehrungsstabs oder eines Be- wehrungsgitters aus der Betonummantelung herausstehend, vor zugsweise in das Innere des Turmaufbaus herausstehend, anzu ordnen, so dass von einem Bewehrungsstab zum nächsten im In nern des Turmes eine leitende Verbindung, beispielsweise mit tels eines Kabels oder einer Stromschiene, geschaffen werden kann. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, mit einem An schluss aus Metall den Bewehrungsstab oder das Bewehrungsgit ter vorzugsweise im Innern der Betonummantelung elektrisch zu kontaktieren. Bei der Ausbildung des Betonturms durch eine Vielzahl von Betonelementen wird das Metall des Turmaufbaus abschnittsweise für die Energieübertragung im Turmaufbau ge nutzt.

Somit lassen sich durch das Nutzen der Metallkonstruktion für die Energieübertragung Kabel einsparen oder zumindest für deutlich geringere Ströme dimensionieren.

Wenn die Metallkonstruktion für das Leiten des Stroms genutzt werden soll, muss eine Gefährdung durch die anliegende Span nung an der Metallkonstruktion sicher ausgeschlossen sein. Dies kann beispielsweise durch Aufbringen einer Isolation ge schehen.

Alternativ und deutlich einfacher kann dies auch dadurch ge schehen, dass der Berührschutz mittels Erdung oder Sicher stellung von einer geringen Berührspannung geschieht. Mit Hilfe des Transformators, der am Fuße des Turmaufbaus ange ordnet ist, ist die Energieübertragungsvorrichtung galvanisch vom Netzanschlusspunkt und damit auch vom verbundenen Ener gieversorgungsnetz getrennt. Es lässt sich also für die Ener gieübertragungsvorrichtung ein Bezugspotential frei festle gen. Dieses wird so gewählt, dass das Potential der Metall konstruktion eine zulässige Berührspannung nicht überschrei tet. Im Falle eine Gleichspannung sind dies typischerweise 120V, im Falle einer Wechselspannung von 50Hz oder 60Hz sind dies typischerweise 60V. Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, das Potential der Metallkonstruktion auf das Erdpotential zu legen, indem man die Metallkonstruktion erdet. Damit ist auf einfache Weise der Berührschutz sicher gestellt, ohne dass eine entsprechend anliegendes Bezugspo tential überwacht werden muss. Die übrigen Leiter können dann isolationstechnisch auf die Leiter-Leiter Spannung ausgelegt werden.

Der Transformator wird dabei zur galvanischen Trennung am Fuß des Turmaufbaus angeordnet, damit ein Bezugspotential für die Energieübertragungsvorrichtung unabhängig vom Bezugspotential des Energieversorgungsnetzes festgelegt werden kann. Bei ei ner Anordnung von Transformator am Fuß der Windkraftanlage ist die Konstruktion des Turmaufbaus deutlich einfacher, da das Hohe Gewicht des Transformators am Fuß die Turmkonstruk tion wesentlich einfacher angeordnet werden kann als bei ei ner Unterbringung des Transformators in der Gondel. Somit ergibt sich der synergetische Effekt bei einer Unterbringung des Transformators am Fuß der Windkraftanlage, dass sowohl das hohe Gewicht des Transformators besonders günstig am Fuß der Windkraftanlage angeordnet ist als auch gleichzeitig eine freie Wahl des Bezugspotential für die Energieübertragungs vorrichtung vorgebbar ist, um die Berührsicherheit der Wind kraftanlage sicherzustellen. Besonders für den Fall eines Be tonturms können die Verbindungen der einzelnen Betonelemente mit einer nicht isolierten Stromschiene vorgenommen werden, weil die Berührsicherheit über die Vorgabe des Bezugspotenti als mit hinreichend niedriger Berührspannung, insbesondere mittels der Erdung, sichergestellt ist. Denn das Heben des Transformators bei der Montage und/oder Inbetriebnahme in die Gondel wäre sehr aufwendig und kostspielig, da auch das Hohe Gewicht in der Gondel teure konstruktive Maßnahmen erforder lich macht. Ebenso ist ein Tausch bei einem Defekt deutlich teurer, wenn er in der Gondel angeordnet ist. Zudem ist es mit der Anordnung des Transformators am Fuß des Turmaufbaus ebenfalls möglich, einen Frequenzumrichter zur Regelung des Energieflusses der Windkraftanlage am Fuß des Turmaufbaus an zuordnen. Diese Anordnung erleichtert neben einer einfacheren Konstruktion des Turmaufbaus und einer einfacheren Installa- tion des Frequenzumrichters auch die Wartung der Windkraftan lage.

Zwar hat die Anordnung des Transformators am Fuß des Turmauf- baus den Nachteil einer im Vergleich zur Netzspannung des Energieversorgungsnetzes geringen Spannung und damit verbun denen hohen Strömen im Energieübertragungssystems. Dieser Nachteil äußert sich in größeren Kabelquerschnitten für eine benötigte höhere Stromtragfähigkeit der Kabel. Durch das Lei ten des Stroms durch die Metallkonstruktion und der damit einhergehenden Einsparung an Kabeln/Stromschienen wird dieser Nachteil jedoch mehr als kompensiert.

Eine galvanisch getrennte Verbindung wird oftmals auch als galvanisch isoliert bezeichnet.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Metallkonstruktion des Turmaufbaus zumindest teilweise durch einen Stahlgitterturm gebildet. Bei einem Stahlgitterturm existiert eine elektrisch leitende Verbindung von der Gondel bis zum Fuß des Turmaufbaus, der für das Leiten eines Stroms einer Phase eines Drehspannungssystems oder eines Potentials einer Gleichspannung genutzt werden kann. Dazu sind keine o- der zumindest nahezu keine baulichen Veränderungen an der Stahlgitterkonstruktion vorzunehmen. Durch das Festlegen des Potentials der Metallkonstruktion auf eine gegenüber dem Erd potential ungefährlichen Spannung ist auch der Betrieb aus sicherheitstechnischer Sicht einfach möglich. Besonders vor teilhaft ist es dabei, das Potential des Stahlgitterturms zu erden und somit den Berührschutz auf besonders einfache Weise sicherzustellen .

Dabei kann der gesamte Turm als Stahlgitterturm ausgeführt sein oder auch nur Teile, so dass zumindest abschnittsweise der Strom von der Gondel zum Fuß des Turmaufbaus durch die Metallkonstruktion geführt wird. Die verwendeten Querschnitte der Metallkonstruktion sowie die gute Kühlungseigenschaften durch die Luft der offenen Bauwei se ermöglichen es, den gesamten Strom des Leiters, d.h. des ersten Leiters, durch die Metallkonstruktion fließen zu las sen und auf weitere elektrisch parallel angeordnete Kabel o- der Stromschienen zu verzichten. Auch kann der gesamte Strom pfad von der Gondel bis zum Fuß des Turmaufbaus vollständig und nicht nur abschnittsweise auf einfache Weise durch die Metallkonstruktion realisiert werden, da der gesamte Stahl gitterturm mit einer Stromleitfähigkeit von mehr als 10 ⁶ S/m eine gut leitende Verbindung darstellt. Selbst bei einer Stromleitfähigkeit der Metallkonstruktion des Stahlgitter turms von nur mehr als 10 ³ S/m ist aufgrund der großen Quer schnittsfläche ein wirtschaftlicher und verlustarmer Betrieb möglich.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Metallkon struktion nicht nur der mechanischen Stabilität des Turmes dient, sondern gleichzeitig Teile der Funktion der Energie übertragung übernimmt, ohne dass die Ausführung der Metall konstruktion aufwendiger wird.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Turmaufbau zumindest teilweise als ein Betonturm aus gebildet, wobei die Metallkonstruktion des Turmaufbaus zumin dest abschnittsweise durch eine Bewehrung oder Teile der Be wehrung des Betonturmes gebildet wird. Die Bewehrung kann da bei beispielsweise als ein Bewehrungsgitter oder als Beweh rungsstäbe ausgebildet sein. Bei einem Turm aus Beton wird zur Erreichung notwendiger Zugfestigkeit eine Bewehrung ein gesetzt. Diese kann auch für das Leiten des Stroms für die Energieübertragung von der Gondel zum Fuß des Turmaufbaus ge nutzt werden. Dabei kann durch die Bewehrung eine durchgehen de elektrische Verbindung von der Gondel zum Fuß des Turmauf baus geschaffen werden, oder die Bewehrung wird abschnitts weise genutzt. Beispielsweise innerhalb eines Turmelements wird der Strom durch das Metall der Betonkonstruktion geführt und dann aus dem Beton, vorzugsweise mittels eines Anschlus- ses in das Innere des Turms herausgeführt. Dort wird dann mit Kabeln oder Stromschienen eine Verbindung zum nächsten Turm element und der dortigen Bewehrung geschaffen.

Im Gegensatz zu einer Stahlgitterkonstruktion befinden sich in einem Betonturm parallel mehrere Bewehrungsstränge, die elektrisch voneinander isoliert sind. Diese können elektrisch an unterschiedlichen Höhen des Turmes, beispielsweise durch leitfähige Ringe, insbesondere Metallringe, am Übergang zwi schen Betonelementen, parallelgeschaltet werden, um so eine gute Leitfähigkeit durch die Bewehrung zu realisieren. Damit ist der elektrische Widerstand und die damit einhergehenden Verluste und Erwärmung im Beton derart gering, dass die Me tallkonstruktion für das Leiten auch von hohen Strömen von über 1000A genutzt werden kann. Da der Beton keine hinrei chende Isolationseigenschaften besitzt, sorgt auch hier das Festlegen eines geeigneten Bezugspotentials zur Vermeidung von gefährlichen Berührspannungen für einen sicheren Betrieb der Windkraftanlage. Besonders vorteilhaft ist es auch bei einem Betonturm, die Metallkonstruktion mit dem Erdpotential zu verbinden, da auf diese Weise besonders einfach und zuver lässig der Berührschutz realisiert werden kann.

Damit übernimmt die Bewehrung nicht nur die Funktion einer mechanischen Stabilität des Turmaufbaus, sondern ermöglicht gleichzeitig, den Strom und damit elektrische Energie durch den Turm zu leiten und teure Kabelverbindungen oder Strom schienen einzusparen. Damit ergibt sich ein synergetischer Effekt.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Höhe des Turmaufbaus mindestens 100m. Je größer der Turm ist, desto länger sind die Kabel, die verlegt werden müssen, um die elektrische Energie aus der Gondel zum Netzan schlusspunkt am Fuß des Turmaufbaus zu übertragen. Durch die Höhe des Turms gilt es darüber hinaus, nach Möglichkeit die Anbringung von Komponenten wie beispielsweise des Transforma tors in der Gondel zu vermeiden, da diese die Konstruktion des Turmaufbaus sowie die Montage der Windkraftanlage über proportional teuer werden lassen. Gleichzeitig wächst der Be darf an einer effizienten Energieübertragung von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage. Bei einer Windkraftanlage mit einer Höhe von über 100m können durch die vorgeschlagene An ordnung deutlich Kosten für die Verkabelung bzw. für die Turmkonstruktion sowie für die Montage eingespart werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Energieübertragungsvorrichtung für den Betrieb mit einer Spannung im Niederspannungsbereich, insbesondere mit einer Nennspannung von 690V, eingerichtet. Der Niederspan nungsbereich, insbesondere mit einer Nennspannung von 690V erlaubt eine kostengünstige Fertigung des Generators unter anderem in Hinblick auf Leistungsfähigkeit, Gewicht und Bau größe. Durch die Nutzung der Metallkonstruktion können selbst bei dieser Spannung entstehende Ströme kostengünstig in Bezug auf benötigte Kabel und elektrische Verluste innerhalb des Turmaufbaus, d.h. durch die Metallkonstruktion, übertragen werden. Durch die Nutzung der Metallkonstruktion kann bei ei nem Drehstromsystem ein Drittel der Kabel eingespart werden, ohne dass sich hierdurch nennenswerte Nachteile ergeben. Mit der Wahl dieser Spannungsebene im Niederspannungsbereich kann das Gesamtsystem der Windkraftanlage mit ihren Komponenten Generator und Energieübertragung besonders kostengünstig und zuverlässig realisiert werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Generator und der Energieübertragungsvorrichtung ein Gleichrichter angeordnet, wobei zwischen der Energieüber tragungsvorrichtung und dem Transformator ein Wechselrichter angeordnet ist, wobei die Energieübertragungsvorrichtung für den Betrieb mit einer Gleichspannung, insbesondere im Span nungsbereich von 800V bis 1500V, eingerichtet ist. Bei dieser Anordnung wird ein Frequenzumrichter zur Steuerung oder Rege lung der Anlage verteilt in der Gondel und am Fuß des Turm aufbaus angeordnet. Der Gleichrichter und der Wechselrichter sind Komponenten des Frequenzumrichters. Die Begriffe Gleich- richter und Wechselrichter beziehen sich auf eine Energief lussrichtung von Generator zum Energieversorgungsnetz.

Mit dieser Anordnung wird ein Gleichrichter zur Gleichrich tung des Wechselstroms in einen Gleichstrom in der Gondel be nötigt. Dieser Gleichrichter sollte vorzugsweise ein steuer barer Gleichrichter sein, um das Verhalten der Windkraftanla ge steuern oder regeln zu können. Die Energieübertragung er folgt dann von der Gondel zum Fuß des Turmaufbaus mittels ei ner Gleichspannung. Die Gleichspannungsübertragung benötigt zwei Leiter, wovon der erste Leiter dieser Leiter durch die Metallkonstruktion des Turmaufbaus gebildet wird. In diesem Fall lassen sich aufgrund der benötigten zwei Leiter die Hälfte der Verkabelung einsparen, so dass diese Anordnung be sonders kostengünstig und wirtschaftlich betreibbar ist. Da mit der Gleichrichter und der Generator möglichst leicht und klein sind, um eine einfache Montage in der Gondel zu ermög lichen, hat sich der Betrieb der Energieübertragungsvorrich tung mit einer Spannung im Bereich von 800V bis 1500V als be sonders vorteilhaft erwiesen. Für diesen Spannungsbereich ist der Aufbau des Generators einfach, auch sind Halbleiter für den Gleichrichter in diesem Spannungsbereich zuverlässig und kostengünstig am Markt verfügbar. Auf weitere Steller zur An passung der Gleichspannung kann in diesem Fall verzichtet werden. Als besonders vorteilhaft im Zusammenspiel aller in der Gondel angeordneter Komponenten hat sich eine Gleichspan nung von 1100V herausgestellt, da diese Spannung auf einfache Weise aus einem Generator mit einer Nennspannung von 690V ge nerierbar ist. Sowohl der Generator als auch der Gleichrich ter kann in diesem Fall in einem Arbeitsbereich mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert. Es zeigen: FIG 1 bis FIG 3 Ausführungsbeispiele einer Windkraftanlage mit vorgeschlagener Energieübertragungsvor richtung und

FIG 4 ein Betonelement für den Aufbau einer vor geschlagenen Windkraftanlage.

Die FIG 1 zeigt eine Windkraftanlage 1. Der Turmaufbau 6 die ser Windkraftanlage 1 ist als Stahlgitterturm ausgeführt. Die Gitterkonstruktion ist der Übersichtlichkeit halber deutlich vereinfacht dargestellt. Der Generator 2 befindet sich in der Gondel 11 der Windkraftanlage 1. Der Transformator 3, der Netzanschlusspunkt 5 und ein für die Regelung des Energief lusses vorhandener Frequenzumrichter 20 sind am Fuß 12 der Windkraftanlage 1 angeordnet. Da die Gitterkonstruktion des Stahlgitterturms eine offene Konstruktion ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Komponenten wie beispielsweise den Transformator 3, den Netzanschlusspunkt 5 und/oder den Frequenzumrichter 20 am Fuß 12 wettergeschützt in einem Ge bäude 30 anzuordnen.

Die Energieübertragung von der Gondel 11 zum Fuß 12 der Wind kraftanlage 1 erfolgt über die Energieübertragungsvorrichtung 4. Diese umfasst drei Leiter. Dabei bildet die Metallkon struktion 7 des Turmaufbaus 6 den ersten Leiter, um mit einem Strom durch die Metallkonstruktion 7 elektrische Energie zu übertragen. Die beiden übrigen Leiter werden durch Kabel 21 oder Stromschienen gebildet.

Die Metallkonstruktion 7 übernimmt dabei das Leiten des Stroms von der Gondel 11 zum Fuß der Windkraftanlage 1. In der Nähe des Generators 2 wird, beispielsweise mit Hilfe ei nes kurzen Kabels, eine elektrische Verbindung einer Phase des Generators 2 mit der Metallkonstruktion 7 geschaffen. Ebenso wird am Fuß 12 der Windkraftanlage 1 der Strom wieder der Metallkonstruktion 7 entnommen und dem Frequenzumrichter 20 und/oder dem Transformator 3 zugeführt. Um den Berührschutz sicherzustellen, wird das Potential der Metallkonstruktion 7 in vorteilhafter Weise mittels einer Er dungsvorrichtung 22 mit dem Erdpotential verbunden. Somit geht von der Schaltung und der Windkraftanlage 1, insbesonde re von der Energieübertragungsvorrichtung 4, keine Gefahr mehr aus.

Über den Frequenzumrichter 20 und dem Transformator 3 fließt die durch den Wind erzeugte elektrische Energie am Netzan schlusspunkt 5 in das Energieversorgungsnetz 23.

Dabei kann der Frequenzrichter 20 generatorseitig oder auf der Seite des Energieversorgungsnetzes 23 mit dem Transforma tor 3 verbunden sein. Vorteilhafterweise wird der Frequenzum richter 20 auf der Niederspannungsseite des Transformators 3 angeordnet, da der Frequenzumrichter 20 dann kostengünstiger und kleiner ist.

Die FIG 2 zeigt ein weiteres Beispiel einer Windkraftanlage 1. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschrei bung zur FIG 1 sowie auf die dort eingeführten Bezugszeichen verwiesen. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Kombination des Turmaufbaus 6 aus einem Stahlgitterturm und einem Betonturm. Der untere Teil stellt einen Betonturm dar, in dem einige Komponenten, wie beispielsweise Frequenzu mrichter 20, Transformator 3 und Netzanschlusspunkt 5 vor Um welteinflüssen geschützt untergebracht sind. Daran schließt sich dann eine Gitterkonstruktion eines Stahlgitterturms an, die einfach und kostengünstig herstellbar ist. Dabei kann die Stromführung durch die Metallkonstruktion 7 des Stahlgitter turms und/oder durch die Metallkonstruktion 7 des Betonturms erfolgen. Die Metallkonstruktion 7 des Betonturms wird dabei durch die Bewehrung des Betonturms gebildet. An dem Übergang zwischen Stahlgitterturm und Betonturm wird der Strom bei spielsweise mittels eines Kabels oder einer Stromschiene, insbesondere einer nichtisolierten Stromschiene von der Git terkonstruktion zur Bewehrung des Betonturms übertragen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Windkraftanlage 1 zeigt FIG 3. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zu den Figuren 1 und 2 sowie auf die dort einge führten Bezugszeichen verwiesen. Dabei ist der Turmaufbau 6 als Betonturm ausgestaltet. Der Betonturm setzt sich dabei aus einer Vielzahl von Betonelementen zusammen. Jedes dieser Betonelemente weist durch die Bewehrung eine Metallkonstruk tion 7 auf, die den Strom des ersten Leiters führt. In der Umgebung des Übergangs zwischen zwei Betonelementen wird eine Verbindung, beispielsweise in Form eines Anschlusses, zur Me tallkonstruktion 7 in das Innere des Turmaufbaus 6 herausge führt. Damit können die Metallkonstruktionen benachbarter Be tonelemente beispielsweise mittels eines Kabels miteinander verbunden werden.

In der Gondel 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel neben dem Generator 2 ein Gleichrichter 8 angeordnet, der die Wechsel spannung und den Wechselstrom, die durch den Generator 2 er zeugt werden, in eine Gleichspannung und einen Gleichstrom umwandelt. Daher sind für die Übertragung der elektrischen Energie nur zwei Leiter erforderlich. Durch den Wegfall des Kabels für den ersten Leiter, da der erste Leiter durch die Metallkonstruktion 7 realisiert wird, kann bei diesem Ausfüh rungsbeispiel etwa die Hälfte der Kabel entfallen. Der Strom wird dabei durch die Metallkonstruktion 7 der einzelnen Be tonelemente abschnittsweise übertragen. An den Übergängen zwischen den Betonelementen kommt ein Leiter wie beispiels weise ein Kabel oder eine Stromschiene, insbesondere eine nichtisolierte Stromschiene, für die Übertragung des Stroms zum Einsatz. Bevor die elektrische Energie dem Transformator 3 zugeführt wird, wird sie mittels eines Wechselrichters 9 in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom umgewandelt.

Die Betonkonstruktion bietet sich neben der Energieübertra gung mit einem Drehstromnetz im Besonderen auch für die Aus gestaltung der Energieübertragungsvorrichtung 4 mit einer Gleichspannung an, da dabei ein Gleichrichter 8 in der Gondel 11 der Windkraftanlage 1 angeordnet wird. Diese Anordnung kann durch den Betonturm geschützt erfolgen.

Ebenso ist es möglich, auch die Energieübertragungsvorrich tung mittels einer dreiphasigen Wechselspannung vorzunehmen wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Auf der anderen Seite kann auch die Energieübertragungsvorrichtung 4 der Figuren 1 und 2 mit Hilfe einer Gleichspannung ausgeführt sein, wenn in der Gondel 11 ein Gleichrichter 8 und am Fuß 12 der Wind kraftanlage 1 ein Wechselrichter 9 angeordnet ist.

Die FIG 4 zeigt ein Betonelement 33. Mit einer Vielzahl von Betonelementen 33 wird aufeinandergestapelt ein Turmaufbau 6 eines Betonturms realisiert. Die im Betonelement 33 vorhande ne Bewehrung ist gestrichelt dargestellt, da sie im Innern des Betons angeordnet ist. Die Bewehrung ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel als Bewehrungsgitter 31 ausgebildet. Al ternativ oder ergänzend zur Ausgestaltung als Bewehrungsgit ter 31 ist es möglich, die Bewehrung auch in Form von Stäben auszuführen. Die Bewehrung bildet die Metallkonstruktion 7 des Turmaufbaus 6. Der Strom fließt im Turmaufbau 6 ab schnittsweise durch das Bewehrungsgitter 31. Über die An schlüsse 32 kann mit Hilfe von Kabeln oder Stromschienen die Verbindung zum Bewehrungsgitter 31 des jeweils benachbarten Betonelements 33 hergestellt werden. Die Anschlüsse 32 sind dazu leitend mit der Bewehrung verbunden. Zur niederohmigen Verbindung der Bewehrungsgitter 31, d.h. der Metallkonstruk tionen 7, benachbarter Betonelemente 33 können auch mehrere Anschlüsse 32 vorhanden sein, um die Verbindung mittels meh rerer elektrisch parallel angeordneter Kabel mit geringem elektrischen Widerstand zu realisieren.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung eine Windkraftanlage, aufweisend einen Generator, einen Transformator, eine Ener gieübertragungsvorrichtung zur Übertragung einer vom Genera tor erzeugten elektrischen Energie, einen Netzanschlusspunkt und einen Turmaufbau, wobei sich die Energieübertragungsvor richtung von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage erstreckt und den Generator elektrisch über den Transformator mit dem Netzanschlusspunkt verbindet. Zur Verbesserung des Windkraft anlage wird vorgeschlagen, dass die Energieübertragungsvor richtung als einen ersten Leiter eine Metallkonstruktion des Turmaufbaus umfasst, wobei die Metallkonstruktion zumindest abschnittsweise als eine elektrisch leitende Verbindung von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage ausgebildet ist, wobei der Transformator am Fuß der Windkraftanlage angeordnet ist, wobei der Transformator die Energieübertragungsvorrichtung und den Netzanschlusspunkt elektrisch leitend und galvanisch getrennt miteinander verbindet, wobei die Metallkonstruktion mit einem vorgegebenen Bezugspotential, insbesondere mit dem Erdpotential, elektrisch leitend verbunden ist. Ferner be trifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derar- tigen Windkraftanlage, wobei ein Strom zum Übertragen von durch den Generator erzeugter, elektrischer Energie von der Gondel zum Fuß der Windkraftanlage zumindest abschnittsweise und/oder teilweise durch die Metallkonstruktion des Turmauf baus geleitet wird.