(57)【要約】【課題】風力発電装置から電気ネットへの電力の供給を安定化すること。【解決手段】風力発電装置等と、これと電気的に接続されたパワー・ツー・ガス・ユニットの運転方法であって、  前記風力発電装置等は予め設定されるパワー曲線によって運転されること、  前記風力発電装置等によって生成される電気出力の予め設定される一部のみが前記パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて消費され、かくして、該パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて、可燃性ガスが生成されること、及び  前記風力発電装置等が部分負荷運転時に生成し、かつ、前記パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて消費されず前記接続された電気ネットに供給される電気出力の割当分は、予め設定される期間の間ほぼ一定に調節される方法。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置、複数の風力発電装置から構成されるウインドパーク又はそのような発電装置と、これらと電気的に接続されたパワー・ツー・ガス・ユニットの運転方法であって、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、十分な風がある場合、電気出力を生成し、該電気出力は該風力発電装置又は該ウインドパークに接続された電気ネットに供給されること、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークの風力発電装置は予め設定されるパワー曲線によって運転されること、
電気出力は、第１風速（スタート風）の到達から、前記風力発電装置又は前記ウインドパークによって生成されること、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、風速が前記第１風速（スタート風）と第２風速（定格風速）の間にある間、部分負荷運転の状態にあること、及び
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、風速が前記第２風速（定格風速）より大きい領域にある場合、定格出力領域にあること、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークによって生成される電気出力の予め設定される一部のみが前記パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて消費され、かくして、該パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて、可燃性ガス、とりわけ水素及び／又はメタンガス等、が生成されること、及び
前記風力発電装置又は前記ウインドパークが部分負荷運転時に生成し、かつ、前記パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて消費されず前記接続された電気ネットに供給される電気出力の割当分は、予め設定される期間の間、例えば１０分以上、例えば１時間の間、ほぼ一定に調節されること
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記風力発電装置と前記パワー・ツー・ガス・ユニットはデータ通信装置を介して互いに接続されること、及び、該風力発電装置のデータ、例えば風速データ、実際の電気生成出力、風予測データ等、は該パワー・ツー・ガス・ユニットに伝送され、そこで、当該パワー・ツー・ガス・ユニットの制御のために処理されること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記風力発電装置と前記パワー・ツー・ガス・ユニットは空間的に互いに近くに、例えば５００ｍ〜２０ｋｍ離されて、設置されること
を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークは、データを、ほぼ一定の出力が電気ネットに供給される期間にわたって、電気ネットの制御のためのデータ中央処理装置に伝送すること
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記パワー・ツー・ガス・ユニットの制御は、予想及び実際の風況、従って前記風力発電装置又は前記ウインドパークによる電気エネルギないし電気出力の実際の生成に依存すること
を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
前記風力発電装置又は前記ウインドパークに、データ処理装置が構成され又は割り当てられること、該データ処理装置において、予め設定される期間に対して有効な風予測データが処理されること、該風力発電装置又は前記ウインドパークが予測期間に確実に又は大きな確実性を以て、例えば９０％超、有利には９５％の確率で、生成可能である出力のための予測値（一定の予測出力）が該風予測データに基づいて求められること
を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、該風力発電装置又は該ウインドパークの風によって規定される実際の出力と実際の予測値の差異を常に求めること、該求められた差異値は制御信号として前記パワー・ツー・ガス・ユニットに伝送され、該パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて当該パワー・ツー・ガス・ユニットを制御するための伝送値が処理され、かくして、該パワー・ツー・ガス・ユニットは、該風力発電装置又は該ウインドパークの風によって規定される実際の出力と前記予測値の間の前記求められた差異値に相応する出力を常に受け取ること
を特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
予測期間は１０分間超、有利には２０分間超又は３０分間超、又は１時間超、であること
を特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、前記データ処理装置に接続されたデータ入力装置を有すること、
前記データ入力装置は、接続される電気ネットの制御のための制御装置ないし中央処理装置に接続され、そこで、前記求められた差異値と代替可能な値を設定可能に構成されること、及び、前記求められた差異値は、データ（伝送）ラインを介して、電気ネットの制御のための前記制御装置ないし中央処理装置に伝送されること
を特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
前記パワー・ツー・ガス・ユニットは、当該パワー・ツー・ガス・ユニットによって生成されるガスが供給される内燃機関を有すること、該内燃機関には、接続される電気ネットに供給可能な電気エネルギないし電気出力を生成可能に構成された発電機が後置されること、及び、前記内燃機関又は前記接続された発電機は、前記風力発電装置又は前記ウインドパークの生成出力が予め設定される期間に前記予測出力を下回っているとき、電気出力を生成すること
を特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れかの方法を実行するための、風力発電装置、ウインドパーク又はそのような発電装置（例えば光起電力（ソーラー発電）装置）と、これらと電気的に接続されるパワー・ツー・ガス・ユニットとから構成されるコンビネーション発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置ないし複数の風力発電装置から構成されるウインドパークは久しい以前から知られており、それも、種々多様なタイプ、構造、規模及びバリエーションで知られている。
【０００３】
風力発電装置は、風の中に存在するエネルギを形態変換によって電気エネルギに変換する装置である。この電気エネルギは主として電気ネット（電気ネットワーク）に供給される。
【０００４】
風力エネルギの既知の欠点は、風と共に変動すること、即ち、風力発電装置の生成電気エネルギは実際の風速に依存して変動し得るということにある。尤も、このことは、厳密にいえば、部分負荷領域においてのみ、即ち、第１風速（スタート風）と第２風速（定格風）の間の風力発電装置の領域においてのみ妥当する。つまり、風力（風速）が定格風速より大きい場合、定格風速を超えた範囲で現れる風速の変動は、電気エネルギの生成においては僅かな変動しかもたらさない。なぜなら、風力発電装置は、例えば当該風力発電装置のロータブレードの調整によって、回転数及び／又は生成電気出力（生成電力）がほぼ一定に維持されるよう、制御されるからである。
【０００５】
しかしながら、風力発電装置はその運転の大部分が部分負荷領域で行われる。そして、この部分負荷領域では、風速にダイレクトに応じて、風力発電装置の生成電気出力も常に変動する、即ち、変動する風速によって同様に常に変動する出力即ち大きさが変動する電気出力（即ち有効電力）が電気ネットに供給される。
【０００６】
従って、（電気）ネットへの風力発電装置の出力量（Leistungsbeitrag）は十分に大きな確率では予測することができないため、風力発電装置は、多くの観点において、ベース負荷のための発電機としてネット管理下におかれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ ２７ ５１ ３４１ Ａ１
【特許文献２】ＧＢ ２ ２６３ ７３４ Ａ
【特許文献３】ＤＥ １９７ １６ ６４５ Ａ１
【特許文献４】ＵＳ ２００４／０２６７４６６ Ａ１
【特許文献５】ＷＯ ２００９／０６５５７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、風力発電装置を常に次善的に（suboptimal）運転すること、例えば部分負荷領域においては最大出力では決して運転せず、風速変動時に部分負荷領域において、風速の変動が補償されることにより風力発電装置がほぼ一定の出力量を（電気）ネットに供給するよう、風力発電装置のロータブレードが常に制御（調整）されるように、次善的出力産生量（Leistungsausbeute）で運転することは、理論的には可能であろう。
【０００９】
しかしながら、そのような解決策の欠点は、この場合、風力発電装置の部分負荷領域においても、不断に（stets und staendig）、風力発電装置の風力エネルギ産生量が、例えばロータブレードのピッチング（調整）によって又は適切な発電機逆モーメント若しくは相応の他の手段の制御によって、追従制御される必要があり、これにより、一方では、風力発電装置の運転のために追加的に（余計に）エネルギが消費され、他方では、相応の構造要素もまた常に使用されるため、その老朽化及び摩耗が促進される、という点にある。
【００１０】
とりわけ、そのような運転態様の場合、出力の有意な量が消失し、そのため、風力発電装置全体が相対的に小さい効率しかもたなくなる。
【００１１】
本発明の課題は、従来技術から既知の欠点を伴うことなく、風力発電装置から（電気）ネットに供給される電気出力（電力）を恒常化（安定化）することである。
【００１２】
なお、ドイツ特許商標庁は、本願の優先権の基礎出願において、上記の特許文献１〜４をサーチした。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題は、本発明に応じ、とりわけ請求項１の特徴によって解決される。有利な発展形態は従属請求項に記載されている。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、風力発電装置の電気出力（電力）の恒常化の要請を実用化可能にする方法を提案する。このために、風力発電装置又は（複数の風力発電装置を含む）ウインドパークはパワー・ツー・ガス・ユニット（Power-to-Gas-Einheit；Leistung-in-Gas-Umwandlungseinheit）と一緒に運転されることができる。パワー・ツー・ガス・ユニットは、例えば電気出力を可燃性ガス（水素、メタン等）に変換する。
【００１５】
風は変動し続け、一日の時間帯に応じて変動し、一年の季節に応じて変動するので、風力発電装置の電気出力の放出の予測（値）をあらゆる時点において確実に予測することができないことは明白であるが、本発明においてとりわけ重要であるのは、信頼性のある予測期間が選択されること及びこの予測期間内においては、（電気）ネットに供給される出力が所望の値（予測出力）を有し、如何なる場合にも下回らないことである。
【００１６】
この場合、風力発電装置又はウインドパークの電気出力の全部が（電気）ネットに供給されるか否かは差し当たっては重要ではないが、（一方では）風力発電装置又はウインドパークと（他方では）パワー・ツー・ガス・ユニットが全体ユニット（Gesamtseinheit）として（電気）ネット側から認識される必要がある。
【００１７】
即ち結局のところ重要なことは、どのような電気出力が（電気）ネットに接続されている需要家（電力消費者）に利用可能にされるかということであり、たとえパワー・ツー・ガス・ユニットが（電気）ネットに接続されている場合であっても、該ユニットはこの観点からは伝統的な需要家として認識されるのではなく、風力発電装置又はウインドパークが（電気）ネットに供給する電気出力を一定に維持することを可能にする道具として認識されることである。
【００１８】
従って、パワー・ツー・ガス・ユニットが受け取る電気出力が風力発電装置の電気的中間回路から又は直接的に風力発電装置の出力部若しくはウインドパークの出力部から受け取られるのか或いは予め風力発電装置又はウインドパークの全出力が（電気）ネットに供給されている場合は出力が（電気）ネットから受け取られるのかも重要ではない。
【００１９】
（電気）ネットにとって重要なものは、結局のところ、（電気）ネットに供給される電気出力であって、パワー・ツー・ガス・ユニットによっては消費されない電気出力のみである。従って、「予測出力」又は「ベース負荷」とも称されるこの電気出力が（ほぼ）一定である場合、風力発電装置とパワー・ツー・ガス・ユニットからなるユニットは、一定の出力を（電気）ネットに供給することができるが、これは、（電気）ネットの運営者に対しその（電気）ネットの制御を著しく容易化することができる。
【００２０】
即ち、風の変動から生じる風力発電装置又はウインドパークのすべての出力変動がパワー・ツー・ガス・ユニットにおいて消費される場合、この結局は（電気）ネットで利用されない電気出力は消失されず、他の形態に変換される、即ち、可燃性ガス、例えば水素、メタン等に変換されるだけである。換言すれば、パワー・ツー・ガス・ユニットは、電気出力を可燃性ガスに変換するための変換ユニットである。
【００２１】
この可燃性ガスは、備蓄による場合であれ、ガス供給網に供給される場合であれ、多種多様な方法で更なる処理が可能である。更に、パワー・ツー・ガス・ユニットは、出力側に発電機が接続されている制御可能な内燃機関を有することも可能であり、これにより、パワー・ツー・ガス・ユニットによって以前に生産かつ中間備蓄されていた可燃性ガスを用いて再び電気出力を生成することができ、この電気出力は、発電機が電気ネットに接続されている場合、必要に応じて、当該ネットに供給されることができる。
【００２２】
パワー・ツー・ガス・ユニットの使用が所望の方法で制御可能であるために、パワー・ツー・ガス・ユニットは、データ（伝送）ラインを介して、ウインドパーク又は風力発電装置に接続されることができる。
【００２３】
風力発電装置又はウインドパークにおいて、風予測データは、例えば気象中央管理装置（Wetterzentrale）、気象観測装置（Wetterstation）等によって処理され、この風予測データに基づいて、出力予測（値）が生成される。
【００２４】
例えば、風が直近の３０分間常に６〜８ｍ／秒で変動するという風予測がある場合、即ち、該予測に応じ、６ｍ／秒は下回らないが８ｍ／秒も上回らない場合、例えば、風力発電装置又はウインドパークのパワー曲線に基づいて、例えば６ｍ／秒又は確実な安全距離（ないし差マージン：Sicherheitsabstand）が望まれる場合は例えば５．７ｍ／秒の風速の場合に可能な電気出力に相当する電気出力が直近の３０分間に確実に生成可能であるという信頼性のある予測を形成することができる。
【００２５】
この予測値は予測出力として求められ、この値はデータ（伝送）ラインを介してパワー・ツー・ガス・ステーション（ユニット）及び／又は電気ネットの制御のための制御装置ないし中央処理装置に伝送されることができる。
【００２６】
風力発電装置又はウインドパークの運転中、常に、風によってその都度規定される（予め設定される）実際の出力も検出される。
【００２７】
例えば、予め設定される期間、例えば３０分間、に対する一定の予測出力が毎秒５．７ｍの風速に基づいて生成されておりかつ実際の風速が７．７ｍである場合、差異値即ち２ｍ／秒の電気出力当量は、パワー・ツー・ガス・ユニットによって実際に利用される電気出力であり、このため、この出力はそこでは消費とも称される。
【００２８】
風力発電装置又はウインドパークの実際の放出出力（生成出力）は常に検出されるため、相応して、予測出力を上回る出力は（所定の）値として常にパワー・ツー・ガス・ユニットに供給されることができる、即ち、予測を超えて風力発電装置／ウインドパークによって生成される電気出力はパワー・ツー・ガス・ユニットに供給されることができ、パワー・ツー・ガス・ユニットは、（電気）ネットの需要家には最早利用されないが該ユニットにおいて消費されるべき電気出力を該ユニットが常に消費するよう相応に制御される。このため、（電気）ネットから見ると風力発電装置又はウインドパークとパワー・ツー・ガス・ユニットから構成されるユニット（システム）は、ほぼ一定の電気出力を（電気）ネットに供給することになる。
【００２９】
従って、風力発電装置又はウインドパークのデータ処理装置において、常に、予め設定される（新たな）予測期間に対する新たな予測出力が繰り返し求められ、ある（１つの）予測期間が終了すると、次の予測期間で運転が続けられるが、この場合、出力は、目下の風予測に従って新たに調整される。
【００３０】
更に、風予測データの存在に依存して、予測期間自体が、利用可能にされる予測データの信頼性の程度に応じて、例えば３０分間から２０分間に又は３０分間から４０分間に変更されることも可能である。
【００３１】
風力発電装置はパワー・ツー・ガス・ユニットと電気的に接続される。この電気的接続は、所定の実施例では、電気ネットの一部としても構成され得る送電線から構成される。
【００３２】
既述のとおり、パワー・ツー・ガス・ユニットは、電流からガス、例えば水素、メタン等、即ち燃焼のために、とりわけ原動機のための可燃性物質としても好適なガスを生成することが可能である。風力発電装置又はウインドパークの建設のためには、何れにせよ、従来は通常ディーゼル（重油）、ガソリン等で運転される大規模な機械の集合（機械集合）、例えばクレーン、トラック等が必要となる。ここで、そのような機械集合の燃料がガス、例えばＣＨ４（メタン）に切り替えられれば、パワー・ツー・ガス・ユニットによって生成されるガスは、風力発電装置を建設する機械集合の運転のためにも使用されることができる。
【００３３】
例えば風力発電装置が遠隔地（辺境の地）に建設される場合、この最初の風力発電装置が生成する電気出力は、ガスを生成するためのパワー・ツー・ガス・ユニットにおいて使用することができ、そのため、このガスを利用してウインドパークの更なる風力発電装置が建設される。これは、そのガスが、ウインドパークの他の風力発電装置の建設に必要な原動機式機械の集合、即ちクレーン、トラック、輸送機等によって使用されることによって達成される。従って、ウインドパークが建設のための化石式可燃性物質を必要とせず、「グリーンガス（環境に優しいガス）」、即ち例えば上述の態様の風力ガスによって建設されることが可能であろう。このため、ウインドパークのエコバランス（生態学的均衡）も全体として改善されるであろう。まさに遠隔地においてこそ、可燃性物質の調達はしばしば手間がかかり、場合によっては困難であることも多く、このため、可燃性物質自体極めて高価になる。この点において、（建設）現場で可燃性物質を生成することによって、ウインドパークの建設のための機械集合に必要とされる可燃性物質調達コストを低減することができる。そして、パワー・ツー・ガス・ユニットがコンテナ等に収容されている場合、ウインドパークの建設後、コンテナはパワー・ツー・ガス・ユニットと一緒に近隣の建設地に輸送可能である。
【００３４】
以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】風力発電装置の一例の模式図。
【図２】本発明の風力発電装置及びパワー・ツー・ガス・ユニットの一例の模式的概観図。
【図３】電力供給網、天然ガス供給網及び需要家の一例の概略説明図。
【図４】風力発電装置又はパワー・ツー・ガス・ユニットを運転するための本発明の方法の例示的概略を模式的に示すグラフの一例。
【図５】風力発電装置のパワー曲線の一例。
【実施例】
【００３６】
以下においては、同じ図面参照符号が、同種ないし類似であるが同一ではない要素に付されていることがある。更に、以下においては、完全を期すために、同期発電機と、フルコンバータ（Vollumrichter）の利用によるギアレス方式（ダイレクトドライブ方式）とを採用した風力発電装置について説明する。
【００３７】
図１は風力発電装置１の一例を模式的に示す。とりわけ、一例として、ダイレクトドライブ式風力発電装置のゴンドラ（ナセル）が示されている。外殻（スピナ）が部分的に分解されて図示されているため、ハブ２を観察することができる。ハブ２には３つのロータブレード４が結合されているが、これらのロータブレード４については、それらのハブに近い領域のみが図示されている。ロータブレード４を備えたハブ２は空気力学的（ピッチ可変式）ロータ７を構成する。ハブ２は、回転子６と称することも可能でありかつ以下において回転子６として指称される発電機のロータ６と機械的に固定的に結合している。回転子６は、固定子８に対し回転可能に支承されている。
【００３８】
回転子６はその固定子８に対する相対的回転中に、通常は直流電流によって、通電され、かくして、磁界を生成し、この励磁電流によって相応に調整及び変更され得る発電機モーメントないし発電機逆モーメントを生成する。従って回転子６が電気的に励起されると、固定子８に対するその相対回転により、固定子８に電界が生成され、それによって、交流電流が生成される。
【００３９】
なお、本発明は、ギアレスタイプの風力発電装置だけではなく、ギアタイプの風力発電装置にも適用可能である。
【００４０】
図２は、本発明に応じた風力発電装置及びパワー・ツー・ガス・ユニットの一例の模式的概観を示す。とりわけ、ギアレス方式のロータ・発電機結合、風力発電装置の周波数測定（装置）及び風力発電装置に接続されたパワー・ツー・ガス・ユニットの概観が示されている。
【００４１】
本質的に回転子６及び固定子８から構成されている発電機１０に生成される交流電流は、図２に示した構成に応じ、整流器１２を介して整流される。そして、整流された電流ないし整流された電圧は、インバータ１４によって所望の周波数を有する３相システムに変換される。そのように生成された３相電流・電圧システムは、変圧器１６によって電圧がとりわけ昇圧され、接続された電力供給網１８に供給（給電）される。理論的には、変圧器１６を省略すること又はコイル（Drossel）で置換することも可能であろう。通常は、電力供給網１８における電圧に対する要求（条件）によれば、変圧器１６による昇圧が必要とされる。
【００４２】
制御のために、メインコントロールユニットとも称されかつ風力発電装置の最上位の調整・制御ユニットを構成し得る主制御装置２０が使用される。主制御装置２０は、とりわけネット周波数（尤も、更には例えばネット電圧、位相角）についてのその情報を、それに従属するネット測定ユニット２２から受け取る。主制御装置２０はインバータ１４及び整流器１２を制御する。原理的には、勿論、非制御型整流器を使用することも可能であろう。更に、主制御装置２０は、発電機１０の一部である回転子６に励磁電流を供給するための直流整流器（励磁機：Gleichstromsteller）２４を制御することも可能である。主制御装置２０は、とりわけ予め設定可能なネット周波数閾値を下回わった場合、給電ないし発電機１０の動作点を変更する。発電機１０は可変速運転されるため、（電気）ネットへの給電は、既述のとおり、本質的に整流器１２及びインバータ１４によって構成されるフルコンバータによって実行される。
【００４３】
運転時、ネット電圧及びネット周波数はネット測定ユニット２２によって常に３相的に測定される。その測定から、少なくともネット周波数が５０Ｈｚの場合、３．３ｍｓ毎に、３相電圧の１つに対し１つの新たな値が得られる。従って、ネット周波数は、電圧の半波毎に、求められ、フィルタされ、予め設定された閾値と比較される。６０Ｈｚ系統の場合は、凡そ２．７ｍｓ毎に即ち零ボルト通過時毎に、３相電圧の１つに対し１つの値が利用可能になる。
【００４４】
図２には、風力発電装置１がパワー・ツー・ガス・ユニット２３と電気的に接続されている様子も示されている。パワー・ツー・ガス・ユニット２３は変圧器１６に後置接続（或いは前置接続）すること（変圧器１６の下流に（或いはその上流に）接続すること）が可能である。
【００４５】
そのようなパワー・ツー・ガス・ユニット２３（電気出力（電力）を可燃性ガスに変換するための変換ユニット）はそれ自体既に種々の形式のものが、例えばＷＯ２００９／０６５５７７からも、知られている。そのようなパワー・ツー・ガス・ユニット２３は、ソーラーフューエル（SolarFuel）社（www.SolarFuel.de）からも知られており、図３にも模式的に示されている。そのようなパワー・ツー・ガス・ユニット２３では、例えば電気分解（このための電気出力は風力発電装置、ソーラー電源又は（電気生成を伴う）バイオマス源から得る）によって、まず、水素を生成することができる。パワー・ツー・ガス・ユニット２３は、この生成した水素とＣＯ２源を用いてメタンガス（ＣＨ４）を製造するメタン化ユニットを有することも可能である。水素であれメタンであれ、生成したガスは、ガス貯蔵器に移送すること又はガス輸送網、例えば天然ガス供給網に供給することが可能である。
【００４６】
更に、パワー・ツー・ガス・ユニット２３は、有線方式（例えば光ファイバ）であれ無線方式であれ、通信ライン２６を介して風力発電装置の主制御装置２０と接続される制御装置２４を有することも可能である。
【００４７】
パワー・ツー・ガス・ユニット２３における電気分解のためには直流が必要になるが、この直流は、例えば電気ネット１８に接続されている整流器によって生成することも可能であり、（電気）ネット１８の電気出力（電力）を直流に変換し、その電気出力をパワー・ツー・ガス・ユニット２３の電気分解装置で使用することも可能である。この場合、整流器は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）スイッチ、サイリスタ又はダイオードを有することが可能であり、また、制御ユニットを利用する。このスイッチは、（電気）ネット１８から引き出される交流から直流を生成するために、通常の方法で制御される。
【００４８】
パワー・ツー・ガス・ユニットは、最終的にガス（可燃性ガス）を製造するために電気エネルギないし出力を消費するユニット２３である。
【００４９】
図３は、電力供給網、天然ガス供給網及び需要家の一例を模式的に説明する。図示の例では、コンバインドサイクル発電装置（ガス−蒸気式発電装置：Gas- und Dampfwerk）ないし熱電併給装置（地域暖房式発電装置：Blockheizkraftwerk）２８が構築されている。この装置では、可燃性ガスが内燃機関で燃焼され、その結果、該内燃機関に結合された発電機によって再び電気出力（電力）を生成することができ、この電気出力（電力）は再び電気ネットで使用することができる。
【００５０】
風力発電装置１は１つの個別（単独）装置であり得るが、複数の風力発電装置から構成されるウインドパークを代表するものとして（その制御等について）把握することも可能である。
【００５１】
風力発電装置はデータ処理装置２０を含む主制御装置２０を有する。このデータ処理装置ＤＶはとりわけデータ入力装置（入力部）を有し、このデータ入力装置（入力部）を介して、風予測データはデータ処理装置ＤＶに供給される。データ処理装置ＤＶは、この風予測データから、予め設定される期間、例えば２０、３０、４０、５０又は６０分又はそれ以上に対し、（１つの）出力予測（値）を生成し、この生成した出力予測（値）に基づき、風力発電装置１又はウインドパークのパワー曲線（この一例は図５に示されている）の処理により、極めて大きな信頼性で（１つの）予測出力を求めること、即ち、最終的に大きな信頼性で選択された予測期間に確実に一定に（電気）ネットに利用可能にされる（１つの）電気的最小出力（最小電気出力）を求めることができる。
【００５２】
同時に、風力発電装置１又はウインドパークは、実際に常に新たに、例えば５〜１０秒（又はそれ未満）の間隔で、実際の風に依存する風力発電装置１の実際の電気出力を求める。
【００５３】
風力エネルギ［風力発電装置］の実際の出力の値は、この場合予測出力（最小出力）より大きいが、例えば情報、データ、信号等として、パワー・ツー・ガス・ユニット２３の制御・データ処理装置２４に供給され、その結果、パワー・ツー・ガス・ユニット２３に、電気（電力）消費（量）が予め設定される。
【００５４】
従って例えば風力発電装置１又はウインドパークに１メガワット（ＭＷ）の予測出力が設定（規定）されている場合であっても、風力発電装置１又はウインドパークは実際には１．３ＭＷの出力を生成し、そして、差異値即ち３００ｋＷが値として求められ、パワー・ツー・ガス・ユニット２３の制御・データ処理装置２４はこの値を制御値として受け取り、その結果、相応に、パワー・ツー・ガス・ユニット２３は３００ｋＷの消費量で運転される。
【００５５】
同様に、例えば、風が少々弱まり、それに応じて実際の出力が１．２ＭＷになると、それに応じてパワー・ツー・ガス・ユニット２３の電気（電力）消費も２００ｋＷに低下し、他方、風が強まり、風力発電装置又はウインドパークが１．４ＭＷ生成すると、それに応じてパワー・ツー・ガス・ユニットの消費は４００ｋＷに増加する、などとなる。
【００５６】
予測期間が経過する前に新たな予測が形成され、この新たな予測期間に対し、再び、新たな一定の出力（新たな予測出力）が設定され、かくして、予測出力はある予測期間から次の予測期間に移行する際に、そのようなこと（更新）があれば、変化される。
【００５７】
風力発電装置１又はウインドパークの主制御装置２０とパワー・ツー・ガス・ユニットの制御・データ処理装置２４との間の共通の通信ライン２６によって、実際の風データ又はパワー・ツー・ガス・ユニットの消費パワー（電力）に関するデータも交換可能であり、そのため、電力供給網１８に供給される一定の最小出力の一定の調整が保証される。
【００５８】
主制御装置２０は、更に、電力供給網の電気ネットを制御するための制御装置２７又は中央処理装置に接続されることも可能であり、かくして、この場合、電気ネットへの一定の電力供給（給電）の値は、常に呼び出されることが可能であるか、ないしは存在する。
【００５９】
実際の風速及び従って風力発電装置１又はウインドパークの実際の生成電気出力が予測出力を下回る場合、パワー・ツー・ガス・ユニットの電力消費は「零」に（又は可及的に小さい値に）調整され、同時に、場合によっては、風力発電装置１又はウインドパークによっては活用することができない余剰の電気出力（電力）を利用するために、コンバインドサイクル発電装置（ＧｕＤ）ないしＢＨＫＷ２８が作動され、かくして、結局のところ、電力供給網は依然として電気的予測出力（予測電気出力）を大きな信頼性で利用することができ、必要に応じ、ＧｕＤ／ＢＨＫWが必要とされるよりも大きい出力で運転されることによって、一層多くの出力（電力）を利用することさえ可能である。
【００６０】
図４は、風力発電装置１又はパワー・ツー・ガス・ユニット２３を運転するための本発明の方法の例示的概略を模式的に表す、とりわけ本発明の風力発電装置１の出力量が分布（推移）され得るようすを表すグラフの一例を示す。
【００６１】
図４の例示的概略には、風力発電装置が３０分間にわたってどのような出力を生成するかが示されているが、単純化のために、生成出力が予測によって予定されていたものに正確に相応することが想定されている。
【００６２】
予測に基づき、予め設定される電気的予測出力（予測電気出力）が確定された。この電気的予測出力（予測電気出力）は、風力発電装置１によって全予測期間の間に生成されるものであるが、これが電力供給網１８によって一定の出力として利用される。
【００６３】
予測期間内における風の変動に基づき、風力発電装置１は、電気的予測出力（予測電気出力）より大きい電気出力を生成するが、そのため、電気的予測出力（予測電気出力）を超過する風力発電装置１の出力はパワー・ツー・ガス・ユニット２３において消費されるため、全予測期間の間、風力発電装置から電力供給網１８に供給される電気出力は常に一定に維持されることができる。
【００６４】
まさに図示の例において予測出力をより大きく設定できることも当然であり、例えばより短い予測期間、例えば２０分間Ｐ２０が選択される場合、図示の一点鎖線に従ってより大きい電気的予測出力（予測電気出力）に調整することができる。
【００６５】
より大きい電気的予測出力（予測電気出力）Ｐ２０とより小さい予測出力Ｐ３０の何れに調整されるかは、ネット制御装置２７の側においてどのような要求（条件）が予め設定されるかにも大きく依存する。
【００６６】
即ち、より長い予測期間が要求される場合、図示の例の場合のように、３０分間の予測期間が必要とされる場合、単に相対的に小さい電気的予測出力（予測電気出力）にのみ調整することができる。これに対し、可及的に大きい一定の予測出力が要求され、その際、予測期間を短縮することができる場合、これも予測出力Ｐ２０に設定することによって実現することができる。
【００６７】
図５は、図示されているように、風力発電装置１の典型的な出力特性曲線（パワー曲線）の一例を示す。風力発電装置１は、スタート風（風速）例えば凡そ３ｍ／ｓに到達すると、出力生成を開始する。風速が更に大きくなると、定格風速例えば凡そ１３．５ｍ／ｓに到達するまで、風力発電装置１はいわゆる「部分負荷運転」の状態にある。定格風［定格風速］を超える風速の場合、風力発電装置は定格運転の状態にあり、その際、その最大の電気出力（最大電力）を生成する。
【００６８】
とりわけ重要であるのは部分負荷運転であるが、それは、この場合、生成される電気出力は風速に依存し、風がある期間にわたって変動すると、風力発電装置１又はウインドパークの生成電気出力も変動するからである。例えば取り出されるべき従ってパワー・ツー・ガス・ユニット２３において消費される電気出力に関する予設定値（Vorgabe）を変更（変換）するために、パワー・ツー・ガス・ユニット２３をネット制御装置２７によって直接制御することも、相応の制御ラインを介して実行することができる。
【００６９】
本発明は、風力発電装置又はウインドパークとパワー・ツー・ガス・ユニットを制御する方法に関する。風力発電装置が、現状において配電網（電力供給網）に供給可能であるより多くのエネルギを生成する場合、この過剰エネルギは、可燃性ガスに変換ないし可燃性ガスを生成するために使用される電気エネルギをパワー・ツー・ガス・ユニットに供給するために使用することができる。更に、風予測に基づいて、同様に、風力発電装置又はウインドパークの達成が見込まれる電気出力に関する予測（値）を求めることができる。尤も、本来予測していたよりもより大きい風が予測期間の間に存在する場合、より大きい風速に基づいて風力発電装置によって追加的に生成される電気出力は、例えば配電網には供給されず、可燃性ガスを生成するために電気エネルギを使用するパワー・ツー・ガス・ユニットに供給されることも可能である。
【００７０】
本発明の一側面に応じ、風力発電装置が部分負荷運転（即ち風速がスタート風速より大きいが、定格風速より小さい領域での運転）で運転される場合について、予測された電気出力を超えて生産された電気出力をパワー・ツー・ガス・ユニットに供給することができる。
【図１】
2015500439.tif 000003
【図２】
2015500439.tif 000004
【図３】
2015500439.tif 000005
【図４】
2015500439.tif 000006
【図５】
2015500439.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月8日(2014.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置、複数の風力発電装置から構成されるウインドパーク又はそのような発電装置と、これらと電気的に接続されたパワー・ツー・ガス・ユニットの運転方法であって、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、十分な風がある場合、電気出力を生成し、該電気出力は該風力発電装置又は該ウインドパークに接続された電気ネットに供給されること、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークの風力発電装置は予め設定されるパワー曲線によって運転されること、
電気出力は、第１風速（スタート風）の到達から、前記風力発電装置又は前記ウインドパークによって生成されること、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、風速が前記第１風速（スタート風）と第２風速（定格風速）の間にある間、部分負荷運転の状態にあること、及び
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、風速が前記第２風速（定格風速）より大きい領域にある場合、定格出力領域にあること、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークによって生成される電気出力の予め設定される一部のみが前記パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて消費され、かくして、該パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて、可燃性ガスが生成されること、及び
前記風力発電装置又は前記ウインドパークが部分負荷運転時に生成し、かつ、前記パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて消費されず前記接続された電気ネットに供給される電気出力の割当分は、予め設定される期間の間ほぼ一定に調節されること、及び
前記風力発電装置又は前記ウインドパークに、データ処理装置が構成され又は割り当てられること、該データ処理装置において、予め設定される期間に対して有効な風予測データが処理されること、該風力発電装置又は前記ウインドパークが予測期間に確実に又は大きな確実性を以て生成可能である出力のための予測値（一定の予測出力）が該風予測データに基づいて求められること
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記風力発電装置と前記パワー・ツー・ガス・ユニットはデータ通信装置を介して互いに接続されること、及び、該風力発電装置のデータは該パワー・ツー・ガス・ユニットに伝送され、そこで、当該パワー・ツー・ガス・ユニットの制御のために処理されること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記風力発電装置と前記パワー・ツー・ガス・ユニットは空間的に互いに近くに設置されること
を特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークは、データを、ほぼ一定の出力が電気ネットに供給される期間にわたって、電気ネットの制御のためのデータ中央処理装置に伝送すること
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記パワー・ツー・ガス・ユニットの制御は、予想及び実際の風況、従って前記風力発電装置又は前記ウインドパークによる電気エネルギないし電気出力の実際の生成に依存すること
を特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、該風力発電装置又は該ウインドパークの風によって規定される実際の出力と実際の予測値の差異を常に求めること、該求められた差異値は制御信号として前記パワー・ツー・ガス・ユニットに伝送され、該パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて当該パワー・ツー・ガス・ユニットを制御するための伝送値が処理され、かくして、該パワー・ツー・ガス・ユニットは、該風力発電装置又は該ウインドパークの風によって規定される実際の出力と前記予測値の間の前記求められた差異値に相応する出力を常に受け取ること
を特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
予測期間は１０分間超であること
を特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、前記データ処理装置に接続されたデータ入力装置を有すること、
前記データ入力装置は、接続される電気ネットの制御のための制御装置ないし中央処理装置に接続され、そこで、前記求められた差異値と代替可能な値を設定可能に構成されること、及び、前記求められた差異値は、データ（伝送）ラインを介して、電気ネットの制御のための前記制御装置ないし中央処理装置に伝送されること
を特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
前記パワー・ツー・ガス・ユニットは、当該パワー・ツー・ガス・ユニットによって生成されるガスが供給される内燃機関を有すること、該内燃機関には、接続される電気ネットに供給可能な電気エネルギないし電気出力を生成可能に構成された発電機が後置されること、及び、前記内燃機関又は前記接続された発電機は、前記風力発電装置又は前記ウインドパークの生成出力が予め設定される期間に前記予測出力を下回っているとき、電気出力を生成すること
を特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかの方法を実行するための、風力発電装置、ウインドパーク又はそのような発電装置と、これらと電気的に接続されるパワー・ツー・ガス・ユニットとから構成されるコンビネーション発電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、風力発電装置ないしウインドパークの運転方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【特許文献１】ＤＥ ２７ ５１ ３４１ Ａ１
【特許文献２】ＧＢ ２ ２６３ ７３４ Ａ
【特許文献３】ＤＥ １９７ １６ ６４５ Ａ１
【特許文献４】ＵＳ ２００４／０２６７４６６ Ａ１
【特許文献５】ＷＯ ２００９／０６５５７７
【特許文献６】ＥＰ １ ７３９ ８２４ Ａ２
【特許文献７】ＷＯ ２０１０／０４８７０６ Ａ１
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記の課題は、本発明に応じ、とりわけ請求項１の特徴によって解決される。有利な発展形態は従属請求項に記載されている。
即ち、上記の課題を解決するために、本発明の一視点により、風力発電装置、複数の風力発電装置から構成されるウインドパーク又はそのような発電装置と、これらと電気的に接続されたパワー・ツー・ガス・ユニットの運転方法が提供される。この方法において、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、十分な風がある場合、電気出力を生成し、該電気出力は該風力発電装置又は該ウインドパークに接続された電気ネットに供給されること、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークの風力発電装置は予め設定されるパワー曲線によって運転されること、
電気出力は、第１風速（スタート風）の到達から、前記風力発電装置又は前記ウインドパークによって生成されること、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、風速が前記第１風速（スタート風）と第２風速（定格風速）の間にある間、部分負荷運転の状態にあること、及び
前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、風速が前記第２風速（定格風速）より大きい領域にある場合、定格出力領域にあること、
前記風力発電装置又は前記ウインドパークによって生成される電気出力の予め設定される一部のみが前記パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて消費され、かくして、該パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて、可燃性ガス、とりわけ水素及び／又はメタンガス等、が生成されること、及び
前記風力発電装置又は前記ウインドパークが部分負荷運転時に生成し、かつ、前記パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて消費されず前記接続された電気ネットに供給される電気出力の割当分は、予め設定される期間の間、例えば１０分以上、例えば１時間の間、ほぼ一定に調節されること、及び
前記風力発電装置又は前記ウインドパークに、データ処理装置が構成され又は割り当てられること、該データ処理装置において、予め設定される期間に対して有効な風予測データが処理されること、該風力発電装置又は前記ウインドパークが予測期間に確実に又は大きな確実性を以て、例えば９０％超、有利には９５％の確率で、生成可能である出力のための予測値（一定の予測出力）が該風予測データに基づいて求められることを特徴とする（形態１・基本構成）。
更に、上記形態１の方法において、前記風力発電装置と前記パワー・ツー・ガス・ユニットはデータ通信装置を介して互いに接続されること、及び、該風力発電装置のデータ、例えば風速データ、実際の電気生成出力、風予測データ等、は該パワー・ツー・ガス・ユニットに伝送され、そこで、当該パワー・ツー・ガス・ユニットの制御のために処理されることが好ましい（形態２）。
更に、上記形態１又は２の方法において、前記風力発電装置と前記パワー・ツー・ガス・ユニットは空間的に互いに近くに、例えば５００ｍ〜２０ｋｍ離されて、設置されることが好ましい（形態３）。
更に、上記形態１〜３の何れかの方法において、前記風力発電装置及び／又は前記ウインドパークは、データを、ほぼ一定の出力が電気ネットに供給される期間にわたって、電気ネットの制御のためのデータ中央処理装置に伝送することが好ましい（形態４）。
更に、上記形態１〜４の何れかの方法において、前記パワー・ツー・ガス・ユニットの制御は、予想及び実際の風況、従って前記風力発電装置又は前記ウインドパークによる電気エネルギないし電気出力の実際の生成に依存することが好ましい（形態５）。
更に、上記形態１の方法において、前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、該風力発電装置又は該ウインドパークの風によって規定される実際の出力と実際の予測値の差異を常に求めること、該求められた差異値は制御信号として前記パワー・ツー・ガス・ユニットに伝送され、該パワー・ツー・ガス・ユニットにおいて当該パワー・ツー・ガス・ユニットを制御するための伝送値が処理され、かくして、該パワー・ツー・ガス・ユニットは、該風力発電装置又は該ウインドパークの風によって規定される実際の出力と前記予測値の間の前記求められた差異値に相応する出力を常に受け取ることが好ましい（形態６）。
更に、上記形態１〜６の何れかの方法において、予測期間は１０分間超、有利には２０分間超又は３０分間超、又は１時間超、であることが好ましい（形態７）。
更に、上記形態１〜７の何れかの方法において、前記風力発電装置又は前記ウインドパークは、前記データ処理装置に接続されたデータ入力装置を有すること、
前記データ入力装置は、接続される電気ネットの制御のための制御装置ないし中央処理装置に接続され、そこで、前記求められた差異値と代替可能な値を設定可能に構成されること、及び、前記求められた差異値は、データ（伝送）ラインを介して、電気ネットの制御のための前記制御装置ないし中央処理装置に伝送されることが好ましい（形態８）。
更に、上記形態１〜８の何れかの方法において、前記パワー・ツー・ガス・ユニットは、当該パワー・ツー・ガス・ユニットによって生成されるガスが供給される内燃機関を有すること、該内燃機関には、接続される電気ネットに供給可能な電気エネルギないし電気出力を生成可能に構成された発電機が後置されること、及び、前記内燃機関又は前記接続された発電機は、前記風力発電装置又は前記ウインドパークの生成出力が予め設定される期間に前記予測出力を下回っているとき、電気出力を生成することが好ましい（形態９）。
更に、上記形態１〜９の何れかの方法を実行するための、風力発電装置、ウインドパーク又はそのような発電装置（例えば光起電力（ソーラー発電）装置）と、これらと電気的に接続されるパワー・ツー・ガス・ユニットとから構成されるコンビネーション発電システムも好ましい（形態１０）。
【国際調査報告】
2015500439.tif 000008
2015500439.tif 000009
2015500439.tif 000010
2015500439.tif 000011
2015500439.tif 000012
2015500439.tif 000013