СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2016 года по МПК F03D7/04 F03D1/06 F03D11/00 

Данное изобретение относится к способу эксплуатации ветроэнергетической установки, а также к соответствующей ветроэнергетической установке.

Способы эксплуатации ветроэнергетической установки достаточно известны. Так, например, обычно ветроэнергетические установки эксплуатируются на основании заданной характеристики мощности, которая зависит от скорости ветра. В ветроэнергетических установках с роторными лопастями с регулируемым углом роторных лопастей, называемым обычно также углом тангажа, его можно также устанавливать для реализации соответствующей желаемой рабочей точки ветроэнергетической установки.

Однако такие способы эксплуатации ветроэнергетической установки могут упираться в свои границы, когда возникают непредвиденные или чрезвычайные условия, такие как, например, обледенение части ветроэнергетической установки. При этом особую проблему представляет обледенение роторных лопастей. Такое обледенение создает проблемы, поскольку может приводить к падению льда с роторных лопастей, что опасно для людей, которые находятся под роторными лопастями. Опасность такого падения льда может усиливаться, если продолжать дальше эксплуатацию ветроэнергетической установки в этом состоянии.

Дополнительной проблемой при обледенении роторных лопастей является и то, что изменяются свойства ветроэнергетической установки, и за счет этого могут возникать помехи для регулирования установки. Кроме того, в зависимости от интенсивности образования льда на ветроэнергетической установке, в частности на роторных лопастях, существует опасность повреждения ветроэнергетической установки.

Известны способы, в которых предпринимаются попытки распознавания образования льда на роторных лопастях, с целью остановки и выключения ветроэнергетической установки для ее защиты. Дополнительно к этому, при остановке установки можно попытаться удалить лед. В DE 103 23 785 А1 приведено описание способа распознавания начала обледенения.

При этом проблемой является надежное распознавание начала обледенения. Поскольку аспекты безопасности имеют высокий, обычно наивысший приоритет, то выключение установки часто происходит уже тогда, когда предполагается начало обледенения. За счет этого могут возникать нежелательные, а при объективном рассматривании и ненужные периоды простоя ветроэнергетической установки. В зависимости от места установки это может приводить к значительным суммарным потерям.

Таким образом, в основу изобретения положена задача по возможности устранения или уменьшения указанных недостатков. В частности, должно быть предложено решение, которое повышает эффективность ветроэнергетической установки, в частности, обеспечивает улучшение рабочих характеристик ветроэнергетической установки при обледенении или угрозе обледенения. По меньшей мере, должна быть предложена альтернатива.

Согласно изобретению предлагается способ согласно пункту 1 формулы изобретения.

Предлагаемый изобретением способ эксплуатации ветроэнергетической установки исходит, в частности, из ветроэнергетической установки, содержащей фундамент, на который опирается башня, на верхнем конце которой расположена гондола. Гондола имеет по меньшей мере один генератор и соединенный с ним непосредственно или опосредованно электродинамический ротор. В частности, исходным является ротор с, по существу, горизонтальной осью и ступицей по меньшей мере с одной, предпочтительно тремя роторными лопастями.

Ветроэнергетическая установка эксплуатируется в зависящей от скорости ветра рабочей точке. Например, на основании заданной, зависящей от частоты вращения характеристической кривой мощности отдаваемая генератором электрическая мощность регулируется, пока не будет достигнута стационарная рабочая точка с определенной частотой вращения и определенной отдаваемой мощностью. Эта рабочая точка зависит от скорости ветра. Измеряют по меньшей мере один рабочий параметр этой рабочей точки. Например, измеряют отдаваемую генератором электрическую мощность, и она образует измеряемый рабочий параметр. Это может быть измеряемое значение или вычисленная из одного или нескольких измеренных значений величина. В качестве измеряемого рабочего параметра можно применять также внутреннюю расчетную величину или управляющую величину, которая получается или обычно измеряется при работе ветроэнергетической установки в рабочей точке.

Этот измеряемый рабочий параметр, в указанном выше примере это отдаваемая электрическая мощность генератора, сравнивают с заданной эталонной величиной. Согласно указанному выше примеру производится сравнение измеряемой мощности с эталонной мощностью.

Когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение от эталонной величины, то по меньшей мере одну роторную лопасть нагревают, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетической установки. Предпочтительно, в этом случае нагревают все роторные лопасти ветроэнергетической установки. Под продолжением эксплуатации ветроэнергетической установки здесь, в частности, понимается, что ротор продолжает вращаться и генератор продолжает отдавать электрическую мощность, которая продолжает подаваться в электрическую сеть, в частности электрическую трехфазную сеть переменного напряжения.

Нагревание может зависеть от других краевых условий.

В качестве эталонной величины можно применять, в частности, типичное значение для имеющейся рабочей точки, в частности, для типичной преобладающей при этом скорости ветра. Таким образом, измеряемое значение, которое может называться также фактическим значением, сравнивают с ожидаемым при нормальных условиях значением. Небольшие отклонения допустимы. При превышении заданного отклонения относительно эталонной величины исходят из нетипичного рабочего состояния. Было установлено, что может быть предпочтительно, при отклонении, которое позволяет делать вывод о начале обледенения роторной лопасти, не останавливать и не выключать ветроэнергетическую установку, а продолжать эксплуатацию и противодействовать предполагаемому обледенению посредством нагревания роторной лопасти. При этом заданное отклонение между измеряемым рабочим параметром и соответствующей эталонной величиной выбирают так, что противодействие началу обледенения оказывается на ранней стадии. Таким образом, можно в некоторых случаях предотвращать остановку и выключение установки. За счет создаваемой таким образом возможности продолжения эксплуатации ветроэнергетической установки, несмотря на подозреваемое начало обледенения, можно в ситуациях, в частности зимой, когда до настоящего времени ветроэнергетическая установка подлежала выключению, продолжать ее эксплуатацию и тем самым повышать эффективность. В частности, зимой можно за счет этого увеличивать отдаваемое генератором количество электроэнергии. За счет раннего распознавания начала обледенения и проведения нагревания роторных лопастей можно использовать этот способ в качестве превентивного.

Заданное отклонение может быть предусмотрено в виде неизменного значения, на которое измеряемый рабочий параметр может превышать или может быть меньше эталонной величины. Однако возможно также, что отклонение относительно превышения заданной эталонной величины, с одной стороны, и не достижения заданной эталонной величины, с другой стороны, выбирается различным. Заданное отклонение можно также выбирать различным в зависимости от рабочей точки или в зависимости от других параметров.

Предпочтительно, для соответствующей эталонной величины задают первый диапазон допусков и второй диапазон допусков, при этом первый диапазон допусков лежит внутри второго диапазона допусков. Соответствующая эталонная величина лежит в обоих диапазонах допусков. Однако оба диапазона допусков не должны равномерно включать эталонную величину. Вместо этого граница первого диапазона допусков может также совпадать с соответствующей границей второго диапазона допусков, и одновременно другая граница первого диапазона допусков может задавать меньшее расстояние до эталонной величины, чем соответствующая граница второго диапазона допусков.

В основе этого лежит понимание того, что оптимальное преобразование мощности господствующего ветра в отдаваемую генератором электрическую мощность достигается с помощью роторных лопастей без обледенения. Если же возникают, для примера измерения отдаваемой мощности генератора в качестве измеряемого рабочего параметра, небольшие отклонения между измеряемой мощностью и эталонной мощностью, то сначала исходят из того, что в данном случае имеются естественные колебания или изменения некоторых краевых параметров, таких как плотность воздуха. Таким образом, при таких небольших отклонениях продолжают эксплуатацию ветроэнергетической установки без изменений.

Однако если измеряемый рабочий параметр лежит вне первого диапазона допусков и тем самым превышает первое заданное отклонение, то следует исходить из необычного обстоятельства, такого как, например, начало обледенения. При этом если измеряемый рабочий параметр лежит еще внутри второго диапазона допусков, то исходят из пока еще не очень сильного обледенения. В этом случае нет необходимости в остановке и выключении ветроэнергетической установки, однако, для противодействия обледенению выполняют нагревание роторной лопасти.

Если отклонение становится настолько большим, что измеряемый рабочий параметр лежит также вне второго диапазона допусков, то исходят либо из слишком сильного обледенения, так что стопорят, а именно останавливают или выключают ветроэнергетическую установку. С другой стороны, может иметься неисправность, например, в измерении рабочего параметра. В этом случае также необходимо останавливать установку.

Если измеряемая мощность превышает эталонную мощность, т.е. лежит выше обычной мощности, то следует исходить не из обледенения, а из неисправности измерения или другой неисправности. В этом случае пограничное значение первого диапазона допусков и второго диапазона допусков составляет одно и то же значение, поскольку нагревание роторной лопасти в случае неисправности измерения является нецелесообразным. Однако если измеряемая мощность лежит ниже эталонной мощности и тем самым ниже ожидаемого значения, то это указывает на уменьшение эффективности ветроэнергетической установки, которое позволяет делать вывод об обледенении. Таким образом, в этом случае выполняют нагревание роторной лопасти с целью противодействия обледенению, пока отклонение еще не такое большое.

Однако если отклонение настолько велико, что измеряемый рабочий параметр лежит вне первого диапазона допусков, то ветроэнергетическую установку останавливают и/или выключают с целью предотвращения возможных повреждений. Слишком сильное отклонение может также означать неправильно работающую ветроэнергетическую установку.

Согласно другому варианту выполнения предлагается, что измеряемый рабочий параметр является мощностью, в частности, ветроэнергетической установки, т.е. генерируемой генератором мощностью, и/или измеряют фактическую скорость ветра, и эталонная величина зависит от скорости ветра. В частности, эталонная величина заносится в виде зависящей от скорости ветра эталонной характеристической кривой. Описание возможности снятия такой эталонной характеристики приведено в DE 103 23 785 А1.

Сравнение измеряемого рабочего параметра с эталонной величиной можно осуществлять следующим образом. Для ветроэнергетической установки устанавливают рабочую точку в зависимости от определенной заранее взаимосвязи между частотой вращения и мощностью. Кроме того, измеряют преобладающую скорость ветра, при этом это измеренное значение не применяют для установки рабочей точки. Для этого измеренного значения скорости ветра заносят в характеристическую кривую или в опорную таблицу, так называемую справочную таблицу, эталонное значение для мощности, которая устанавливается обычно при нормальных условиях. Измеренная мощность, которая получается при установке рабочей точки, сравнивается с занесенным относительно фактической скорости ветра значением мощности.

Если при фактической рабочей точке в основе лежат нормальные краевые условия, в частности - никакого обледенения, то при установке этой рабочей точки может устанавливаться мощность, которая приблизительно соответствует занесенной для фактической скорости ветра мощности в качестве эталонной величины. Небольшие отклонения могут допускаться. При возникновении больших отклонений, можно исходить из легкого обледенения и инициировать нагревание роторной лопасти. В частности, это происходит, когда измеренная мощность меньше соответствующего эталонного значения.

Лишь когда отклонение становится слишком большим, необходимо останавливать и/или выключать установку.

Применение мощности является лишь одной возможностью, которая предлагается для ветроэнергетических установок с регулируемым углом роторных лопастей в так называемом диапазоне частичной нагрузки. В диапазоне частичной нагрузки угол роторных лопастей обычно не регулируется и является постоянным во всем диапазоне частичной нагрузки, т.е. для скоростей ветра от стартовой скорости ветра, при которой ветроэнергетическая установка вообще запускается, до номинальной скорости ветра, при которой ветроэнергетическая установка при нормальных условиях достигает номинальной частоты вращения и номинальной мощности.

В этом диапазоне полной нагрузки в принципе происходит регулирование частоты вращения с помощью установки угла роторных лопастей, так называемого питча, на номинальную частоту вращения. Мощность регулируется на номинальную мощность. Таким образом, по меньшей мере в идеальном случае, в режиме полной нагрузки мощность и частота вращения являются постоянными. Тем самым, не может возникать и зависящее от скорости ветра отклонение установленной мощности от эталонной мощности. В данном случае установленная мощность не пригодна в качестве индикатора обледенения.

В соответствии с этим, в режиме полной нагрузки предлагается сравнивать установленный угол роторных лопастей с эталонным углом роторных лопастей. Эталонный угол роторных лопастей в зависимости от скорости ветра также заносится в память. Применение угла роторных лопастей в качестве эталонной величины предлагается также для диапазона, который примыкает к диапазону полной нагрузки для еще более высоких скоростей ветра, а именно так называемого штормового диапазона, который может лежать, например, между скоростями ветра от 28 м/с до 42 м/с, и это лишь ради примера.

Таким образом, в диапазоне частичной нагрузки распознавание обледенения осуществляется посредством сравнения измеряемой мощности с эталонной мощностью. В режиме полной нагрузки обнаружение обледенения осуществляется посредством сравнения установленного угла роторных лопастей с эталонным углом. Однако предлагается также в режиме частичной нагрузки и/или в режиме полной нагрузки всегда проверять оба критерия, т.е. всегда сравнивать мощность с эталонной мощностью и всегда сравнивать установленный угол роторных лопастей с эталонным углом роторных лопастей. Необходимо исходить из обледенения, если хоть одно из этих сравнений указывает на такое обледенение. В основе этого лежит понимание того, что в любом случае не подходящее сравнение не покажет обледенение, даже ошибочным образом.

Предпочтительно, в переходном диапазоне от диапазона частичной нагрузки к диапазону полной нагрузки уже происходит небольшая перестановка угла роторных лопастей. Например, угол роторных лопастей в переходном диапазоне может переставляться на эмпирическое значение 0,4° на 100 кВт. За счет предлагаемой одновременной проверки как рабочего параметра «мощность», так и рабочего параметра «угол роторных лопастей», указанная небольшая перестановка угла роторных лопастей в переходном диапазоне от диапазона частичной нагрузки к диапазону полной нагрузки не создаст проблем при контролировании обледенения. Другими словами, ошибка принятия за основу неправильного рабочего параметра предотвращается, если всегда контролируются оба.

Согласно другому варианту выполнения предлагается в качестве эталонной величины по меньшей мере для части диапазонов скорости ветра применять максимальное значение соответствующего рабочего параметра. Это может быть предусмотрено также временно.

В качестве эталонной характеристики в виде кривой предпочтительно применяется зависящая от скорости ветра эталонная величина. Для каждого типа установки можно на заводе заносить в память такую кривую эталонной характеристики, называемой также характеристикой по умолчанию. Эта стандартная кривая эталонной характеристики применяется с самого начала непосредственно после запуска ветроэнергетической установки. Однако в конечном итоге каждая ветроэнергетическая установка проявляет свое собственное поведение. Это может обусловливаться допусками на изготовление, а также зависимостью от места установки и другими обстоятельствами. Поэтому в ходе эксплуатации происходит согласование каждой ветроэнергетической установки с этой стандартной характеристической кривой. Это осуществляется с помощью измеряемых значений при принятых нормальных краевых условиях ветроэнергетической установки, в частности, при условиях, при которых исключено обледенение. Измеренные значения затем обрабатываются в соответствующую кривую эталонной характеристики. Известные колебания, которые могут возникать, например, при различных окружающих температурах, таких как, например, 3°С и 30°С, в плотности воздуха, можно учитывать с помощью соответствующего коэффициента согласования. За счет этого можно снимать лишь одну кривую эталонной характеристики, несмотря на изменяющиеся краевые условия.

В ветроэнергетической установке могут возникать краевые условия, которые приводят к большому отклонению относящейся к установке кривой эталонной характеристики от занесенной в память стандартной кривой эталонной характеристики. Так, например, могут быть предусмотрены ветроэнергетические установки с целенаправленным дросселированием их мощности с целью, например, ограничения создаваемого ветроэнергетической установкой звука. Это может приводить к другой кривой эталонной характеристики, которую приобретает ветроэнергетическая установка в ходе ее эксплуатации и которая закладывается в основу в качестве измененной кривой эталонной характеристики. Пока такое согласование не выполнено или выполнено лишь для частичного участка кривой эталонной характеристики, кривая эталонной характеристики не пригодна для распознавания обледенения. В этом случае предлагается использовать в качестве основы максимальное значение, в данном случае ограничение мощности для ограничения излучения звука. В этом случае принимается наличие обледенения, если до максимального значения не хватает заданной величины, которая может отличаться от величины, которая использовалась бы при применении кривой эталонной характеристики.

Такое применение максимального значения можно осуществлять на некоторых участках, когда части кривой эталонной характеристики уже согласованы, однако другие части еще не согласованы, или же его можно осуществлять временно или же временно на некоторых участках. Например, возможно также, что ветроэнергетическая установка лишь временно должна работать с пониженной мощностью, когда, например, оператор сети, в которой работает ветроэнергетическая установка, требует уменьшения отдаваемой мощности. В этом случае также за основу принимается в качестве эталонной величины максимальное значение, которое получается вследствие уменьшения мощности. Уже через небольшое время такое ограничение может быть снято.

Согласно одному варианту выполнения предлагается, что для нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти в нее подают нагретый воздух и направляют по пути прохождения потока через эту роторную лопасть, с целью нагревания ее изнутри. Роторные лопасти современных и больших ветроэнергетических установок часто имеют полые пространства, которые отделены друг от друга стабилизирующими соединительными перегородками. Предлагается с использованием таких полых пространств направлять нагретый воздух внутри роторной лопасти вдоль передней кромки роторной лопасти вплоть до зоны вблизи вершины роторной лопасти, т.е. в обращенной от ступицы части роторной лопасти. Там вблизи вершины роторной лопасти может быть предусмотрено отверстие в стабилизирующей перегородке или в другой стенке, через которое проходит поток нагретого воздуха в полое пространство и, например, через среднюю зону роторной лопасти к основанию роторной лопасти и, тем самым, по существу обратно к ступице роторной лопасти. За счет этого можно благоприятным образом создавать циркуляцию воздуха, причем возвращаемый воздух снова нагревается и снова направляется вдоль передней кромки в роторную лопасть. Для этого могут быть предусмотрены один или несколько вентиляторов, а также один или несколько нагревательных элементов.

В качестве альтернативного решения или дополнительно к этому, электрический резистивный нагревательный элемент, такой как, например, нагревательный мат, или несколько элементов могут быть расположены, в частности, заделаны в подлежащие нагреванию зоны роторной лопасти.

В другом варианте выполнения предлагается, что измеряется температура на или вблизи ветроэнергетической установки, в частности наружная температура, и ветроэнергетическая установка выключается, когда измеренная температура падает ниже заданной минимальной температуры, и когда измеряемый рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины. При необходимости создается и/или выдается сигнал неисправности. В основе этого лежит понимание того, что при температурах ниже 0°С обледенение хотя и не должно возникать, однако обледенение можно исключать выше определенной температуры, такой как, например, 2°С. Значение 2°С лежит немного выше точки замерзания воды и тем самым учитывает небольшие допуски в точности измерения температуры или небольшие местные колебания температуры. Таким образом, если посредством сравнения рабочего параметра с эталонной величиной подтверждается критерий начала обледенения, однако при этом превышающая заданное значение наружная температура исключает обледенение, то необходимо исходить из наличия неисправности, и рекомендуется установку по меньшей мере остановить, предпочтительно также выключить. Для распознавания и оценки неисправности предлагается генерировать сигнал неисправности и передавать в блок управления и/или через связное соединение в центральный диспетчерский пункт.

Предпочтительно, нагревание выполняется лишь тогда, когда температура падает ниже заданного значения температуры, такого как, например, значение 2°С. Может быть выбрано также, например, значение 1°С или 3°С.

Согласно другому предпочтительно варианту выполнения предлагается, что нагревание осуществляется лишь тогда, когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины в течение первого заданного минимального времени. Таким образом, предотвращается включение нагревания роторных лопастей сразу при первом, указывающем на обледенение сравнении между рабочим параметром и эталонной величиной. В основе этого лежит, с одной стороны, понимание того, что образование обледенения требует определенного времени. Кроме того, существует возможность, что небольшое обледенение через короткое время снова исчезнет или уменьшится. Наконец, также предотвращается инициирование нагревания за счет возможно единственного неправильного измерения. Первое заданное время может быть также составлено или модифицировано, т.е. может быть предусмотрено, например, минимальное время 10 минут, при этом не должно требоваться, что в течение 10 минут непрерывно обнаруживается обледенение. Вместо этого может быть предусмотрено увеличение этого времени на промежутки времени, в течение которых обледенение не обнаруживалось. Предпочтительно, такое контролирование осуществляется с помощью счетчиков. Например, можно с интервалом в 1 минуту, или с другим интервалом, выполнять сравнение между рабочим параметром и эталонной величиной. Каждый раз, когда при этом обнаруживается возможное обледенение, соответствующий счетчик переставляется вверх на одно значение, пока не будет достигнуто заданное значение, равное, например, 10. Если в промежутках возникает ситуация, в которой обледенение не обнаруживается, то счетчик переставляется также вниз.

Предпочтительно, одновременно учитывается наружная температура, так что в принципе можно предполагать обледенение лишь тогда, когда достигается заданная наружная температура, например, в диапазоне от 1°С до 3°С, в частности, 2°С или ниже, а также в принципе не учитывать промежутки времени, в которые наружная температура выше. Таким образом, указанный выше счетчик для распознавания минимального времени переставляется вверх лишь тогда, когда наружная температура является достаточно низкой.

Кроме того, дополнительно или при необходимости предлагается выключение ветроэнергетической установки производить лишь тогда, когда первый рабочий параметр лежит вне диапазона допусков, соответственно, вне второго диапазона допусков в течение заданного минимального времени. За счет этого также предотвращается слишком чувствительное выключение или остановка.

Предпочтительно, когда ветроэнергетическая установка после остановки или выключения, т.е. в принципе после ее остановки, обусловленной измерением рабочего параметра вне второго диапазона допусков, снова запускается после определенного времени повторного включения. Это время повторного включения может составлять несколько часов, например 6 часов. С одной стороны, можно при нагревании роторных лопастей в остановленном состоянии после 6 часов рассчитывать на успешное устранение обледенения, с другой стороны, это может быть достаточным временем, после которого снова изменились погодные условия. Затем можно снова запускать ветроэнергетическую установку и по меньшей мере частично разгонять, при этом также следует контролировать критерии для распознавания обледенения. Если при этом получаются критерии, которые позволяют судить о наличии обледенения, то не следует слишком долго задерживаться с остановкой установки, и снова выжидать заданное время повторного включения. Таким образом, предлагается в этом случае снова останавливать ветроэнергетическую установку, когда измеряемый рабочий параметр лежит вне второго диапазона допусков в течение третьего заданного минимального времени, которое меньше второго заданного минимального времени. Это третье заданное минимальное время можно также контролировать с помощью счетчика. Для этого можно применять тот же счетчик, что и для второго заданного минимального времени. В этом случае более короткое время реализуется за счет того, что счетчик после остановки не сбрасывается на ноль, а лишь уменьшается на несколько значений. Соответственно, счетчик за счет нескольких значений снова достигает своего максимального значения, что приводит к остановке.

Предпочтительно, если в случае нагревания оно выполняется в течение заданного четвертого минимального времени. В основе этого лежит понимание того, что нагревание может приводить к оттаиванию и/или к предотвращению обледенения. При этом исходят из тепловых постоянных времени, ниже которых нагревание является менее целесообразным. Так, например, можно выполнять нагревание в течение по меньшей мере 10 минут или по меньшей мере в течение 20 минут.

Также предлагается, что после окончания процесса нагревания повторное нагревание осуществляется после заданного пятого минимального времени. За счет этого можно предотвращать быстрое включение и выключение необходимого нагревательного устройства. Задание определенного заранее пятого минимального времени можно осуществлять, например, посредством применения счетчика, предпочтительно применяемого для первого заданного минимального времени. Этот счетчик можно уменьшать на значение, соответствующее пятому заданному минимальному времени, а для нагревания этот счетчик должен быть затем увеличен на это значение.

Кроме того, изобретением предлагается ветроэнергетическая установка согласно пункту 7 формулы изобретения.

Предпочтительно, ветроэнергетическая установка имеет анемометр. С помощью анемометра измеряется скорость ветра, и можно получать зависящую от скорости ветра эталонную величину из соответствующей кривой эталонной величины или соответствующей таблицы эталонных величин. Предпочтительно, применяется ультразвуковой анемометр, который сам не имеет подвижных частей. Таким образом, возможно, что роторные лопасти подвергаются обледенению, тогда как ультразвуковой анемометр не подвергается обледенению, или по меньшей мере обледенение ультразвукового анемометра настолько мало, что можно надежно измерять скорость ветра.

Предпочтительно, ветроэнергетическая установка имеет центральный блок управления, с помощью которого можно выполнять способ, согласно изобретению, эксплуатации ветроэнергетической установки. Для этого блок управления может выполнять соответствующие программные коды для управления, и блок управления может дополнительно к этому содержать банк данных, который содержит одну или несколько кривых эталонной характеристики и/или таблиц с эталонными величинами, которые можно применять для реализации способа эксплуатации ветроэнергетической установки.

Предпочтительно, если кривая эталонной характеристики занесена в память по меньшей мере для одного участка, в частности, в диапазоне частичной нагрузки, в виде кубической функции, например, для мощности в зависимости от частоты вращения или для мощности Р как функции в зависимости от скорости V_W ветра

P=a+b*V_W+c*V_W ²+d*V_W ³

Коэффициенты a, b, c и d можно определять из измеренных значений. Кубическая функция имеется также тогда, когда один или несколько коэффициентов а, b и с принимают нулевое значение, если d не равно нулю.

Предпочтительно, дополнительно предусмотрено нагревательное устройство, которое имеет по меньшей мере один вентилятор и по меньшей мере один нагревательный элемент, которые могут быть интегрированы в один прибор. Предпочтительно, одно такое нагревательное устройство предусмотрено для каждой роторной лопасти. Кроме того, предпочтительно, если роторная лопасть в зоне своей вершины внутри роторной лопасти имеет проходное отверстие, с целью отклонения воздушного потока для нагревания в зоне вершины роторной лопасти.

Согласно другому варианту выполнения в качестве альтернативного решения или дополнительно, применяется резистивный нагревательный элемент, такой как нагревательный мат или система из нескольких нагревательных матов.

Кроме того, предлагается способ эксплуатации ветроэнергетической установки, содержащей аэродинамический ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью, при котором контролируют, имеется ли обледенение на ветроэнергетической установке, в частности, с помощью датчика льда, для распознавания обледенения, и при котором по меньшей мере одну роторную лопасть нагревают, когда обнаруживают обледенение, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетической установки.

В данном случае обледенение можно обнаруживать с помощью датчика, или же обледенение распознают, например, указанным выше образом. В этом способе также предлагается, что в случае обледенения установку не выключают, а продолжают эксплуатацию с нагреванием роторных лопастей, в частности, аэродинамический ротор ветроэнергетической установки должен продолжать вращаться, и ветроэнергетическая установка должна продолжать отдавать энергию в сеть.

Кроме того, предлагается способ эксплуатации ветряного парка, содержащего несколько, связанных друг с другом ветроэнергетических установок, каждая из которых имеет аэродинамический ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью, при котором контролируют, имеется ли обледенение по меньшей мере на одной из ветроэнергетических установок, в частности, с помощью датчика льда, для распознавания обледенения, и при котором нагревают по меньшей мере одну роторную лопасть каждой ветроэнергетической установки, когда обнаруживают обледенение, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетических установок ветряного парка.

В основе этого лежит понимание того, что для точного и надежного обнаружения обледенения может быть необходим дорогостоящий специальный датчик. Однако окружающие условия, в частности погодные условия, которые приводят к обледенению, по меньшей мере внутри одного ветряного парка для отдельных ветроэнергетических установок являются по меньшей мере аналогичными. В этом случае может быть достаточным контролировать лишь одну ветроэнергетическую установку, которая является репрезентативной для парка или же по меньшей мере для части ветряного парка.

Связь ветроэнергетических установок одного ветряного парка друг с другом осуществляется с помощью согласованной с ветроэнергетическими установками системы SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition=диспетчерское управление и сбор данных).

При применении датчика для обнаружения состояния обледенения предпочтительно также предлагается использовать одну или несколько стадий, соответственно, признаков или критериев способа, описание которого приведено выше для обнаружения обледенения посредством сравнения измеряемого параметра с эталонной величиной. Это относится, в частности, но не исключительно, к применению времени задержки и к применению счетчиков. Можно также использовать оценку наружной температуры, если это применимо.

Предпочтительно, нагревание осуществляют уже тогда, когда наружная температура ниже заданного значения, такого как, например, в диапазоне от 1°С до 3°С, в частности, 2°С, без выполнения дополнительных исследований относительно обледенения. В этом случае отказываются от распознавания обледенения и выполняют длительное нагревание при температурах ниже этого значения, пока снова не будет превышена заданная температура. Было установлено, что создаваемая дополнительная энергия за счет улучшения аэродинамики роторных лопастей посредством плавления льда больше, чем используемая для нагревания энергия. Таким образом, общий баланс энергии можно улучшать посредством нагревания также и в том случае, если при низких температурах всегда выполняется нагревание. Было установлено, что следует ожидать большую потерю энергии, если не устраняется нераспознанное обледенение, чем когда выполняется необязательное нагревание. Это справедливо особенно тогда, когда нагревательной мощностью управляют, как указывалось выше, в зависимости от создаваемой энергии.

Возможность реализации такого зависящего от температуры длительного управления с помощью технических средств управления состоит в установке указанного выше диапазона допусков на ноль. На примере фиг. 1 это означает, что P_Heiz устанавливается на 100% P_оpt или на еще большее значение.

Согласно другому варианту выполнения предлагается роторная лопасть для крепления на ступице роторной лопасти, а именно ступице ротора ветроэнергетической установки. Роторная лопасть содержит основной участок для крепления на ступице. Кроме того, роторная лопасть содержит концевой участок для крепления на основном участке. Может быть дополнительно предусмотрен по меньшей мере один промежуточный участок и в этом случае концевой участок может быть закреплен на промежуточном участке, а именно, дополнительно или в качестве альтернативного решения.

Основной участок и концевой участок предусмотрены, в частности при изготовлении, в виде отдельных частей и собираются вместе позднее, в частности при изготовлении ветроэнергетической установки. Сборка осуществляется предпочтительно посредством свинчивания. В частности, соответственно назначению, ступица несет основной участок, а основной участок - концевой участок.

Основной участок содержит зону хвостовика лопасти для крепления на ступице и соединительную зону для крепления концевого участка и/или промежуточного участка, при этом в основном участке предусмотрено направляющее воздух средство для направления нагретого воздуха через основной участок от зоны хвостовика до концевого участка, при этом направляющее воздух средство выполнено так, что нагретый воздух при направлении не приходит в контакт с основным участком. Таким образом, нагретый воздух направляется через основной участок, однако не применяется для нагревания основного участка, а должен нагревать лишь концевой участок.

Предпочтительно, предусмотрена роторная лопасть, которая характеризуется тем, что

в основной части предусмотрены зоны с плоским нагревательным устройством для нагревания роторной лопасти и зоны с термической изоляцией для предотвращения потери тепла из роторной лопасти,

основная часть выполнена, по существу, из металла, в частности из стали,

концевой участок выполнен, по существу, из композитного материала, в частности из армированной стекловолокном пластмассы (GFK), и/или

концевой участок частично изолирован снаружи.

Эти признаки предусмотрены предпочтительно в комбинации, однако образуют каждый также сам по себе предпочтительный вариант выполнения. За счет комбинации основного участка из металла с концевым участком из композитного материала можно использовать преимущества металлического материала, такие как стабильность и защита от молнии, при этом может быть одновременно предусмотрена сравнительно легкая роторная лопасть.

Кроме того, предлагается ветряной парк, в котором реализуется способ согласно изобретению.

Ниже приводится в качестве примера пояснение данного изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - кривая оптимальной мощности с первым и вторым диапазоном допусков для мощности ветроэнергетической установки в зависимости от скорости ветра;

фиг. 2 - кривые мощности, аналогично фиг. 1, однако для оптимальной относительно шума эксплуатации;

фиг. 3 - частичный разрез роторной лопасти с потоком обтекающего воздуха;

фиг. 4 - частичный разрез роторной лопасти согласно другому варианту выполнения, в изометрии;

фиг. 5 - часть роторной лопасти по фиг. 4, в другой проекции.

На фигурах одинаковыми позициями могут быть обозначены аналогичные, возможно не идентичные признаки.

На фиг. 1 показан график зависимости мощности ветроэнергетической установки, а именно отдаваемой генератором мощности Р от скорости V_W ветра. Обозначенная P_opt характеристика представляет ход изменения мощности в случае оптимального по мощности регулирования ветроэнергетической установки, который определяется на основе длительного периода эксплуатации положенной в основу ветроэнергетической установки. Кроме того, показана кривая минимальной мощности P_min и кривая максимальной мощности P_max. Обе кривые P_min и P_max охватывают, во всяком случае в начальном диапазоне, оптимальную по мощности кривую P_opt и образуют второй диапазон Tol₂ допусков. Если измеренная мощность при измеряемой для этого скорости V_W ветра отклоняется от эталонного значения P_opt так сильно, что она лежит вне второго диапазона Tol₂ допусков, т.е. ниже кривой P_min или над кривой P_max, то ветроэнергетическая установка останавливается и возможно выключается. P_min может, например, в диапазоне номинальной скорости V_N ветра уменьшаться до граничной скорости V_G ветра, с которой уменьшается мощность ветроэнергетической установки, и составлять 75% кривой оптимальной мощности.

Максимальная мощность P_max задана лишь для диапазона частичной нагрузки, а именно до номинальной скорости V_N ветра. Дальнейшая фиксация хода изменения P_max не требуется, поскольку в ходе дальнейшего изменения, т.е. от номинальной скорости V_N ветра, не следует ожидать мощности больше соответствующего значения P_opt.

Кроме того, на фиг. 1 показана штриховой линией кривая P_Heiz. Если измеряемое значение мощности, причем мощность можно усреднять в течение определенного времени, например 10 минут, слишком сильно отклоняется при соответствующей скорости ветра от оптимального значения мощности P_opt, а именно падает настолько ниже нее, что это значение лежит ниже кривой P_Heiz, но выше кривой P_min, то продолжается эксплуатация ветроэнергетической установки, ротор продолжает вращаться, продолжается генерирование мощности, и осуществляется нагревание роторных лопастей ветроэнергетической установки. Над кривой оптимальной мощности P_opt не изображена аналогичная P_Heiz кривая. Это означает, что при превышении соответствующего значения кривой P_opt в любом случае нагревание не осуществляется.

Таким образом, штриховая кривая P_Heiz образует с кривой P_max первый диапазон Tol₁ допусков. Пока измеряемая мощность лежит в этом первом диапазоне допусков, не инициируется ни нагревание роторных лопастей, ни остановка ветроэнергетической установки. Вместо этого ветроэнергетическая установка продолжает эксплуатироваться без изменений. Однако если измеряемое значение мощности лежит вне первого диапазона допусков, но внутри второго диапазона допусков и тем самым между штриховой кривой P_Heiz и кривой P_min, то осуществляется нагревание роторных лопастей.

Значение P_Heiz составляет в показанном примере, в частности в диапазоне полной нагрузки, примерно 90% значения P_opt. В остальном диапазоне значение P_Heiz может принимать также, например, значение 90% P_opt.

Следует учитывать, что значения P_Heiz, а также P_min определены и показаны для всего релевантного диапазона скорости ветра от скорости V_Ein ветра включения до скорости V_A ветра выключения. Примерно начиная с номинальной скорости V_N ветра, релевантным становится также контролирование на основе сравнения измеряемого угла роторной лопасти с зависящим от скорости ветра занесенным в память углом роторной лопасти, что, однако, не изображено на фиг. 1. Дальнейшее контролирование P_Heiz и P_min продолжается, однако такое зависящее от роторной лопасти контролирование в принципе не создает помех и не может также приводить в этом диапазоне к распознаванию обледенения.

В основе фиг. 2 лежит оптимальная по шуму эксплуатация. При этой оптимальная по шуму эксплуатации мощность не должна превышать уменьшенное значение мощности P_S, с целью удерживания в границах излучения звука. Специфичная для установки характеристическая кривая характеризуется с помощью кривой P_Sopt. Однако в показанном на фиг. 2 случае верификация кривой мощности для установки еще не завершена. Это означает, что в основе лежит стандартная характеристическая кривая, которая не учитывает уменьшение, и специфичная для установки кривая, которая учитывает это уменьшение, еще не полностью измерена. Поэтому вблизи граничной скорости ветра, а также перед ней P_Sopt принимает еще значение номинальной мощности P_N. В показанном примере ветроэнергетическая установка еще не работает, соответственно, еще не работает достойным упоминания образом при скоростях ветра, которые лежат, например, над вспомогательно изображенными скоростями V_H ветра. Поэтому P_Sopt еще частично принимает значения показанных высоких значений. После достаточно частой эксплуатации ветроэнергетической установки при остальных скоростях ветра, примерно начиная с вспомогательно изображенной скоростью V_H ветра, максимальное значение кривой оптимальной мощности P_Sopt может иметь значение P_S, которое здесь составляет примерно 50% номинальной мощности P_N. Вычисленная в соответствии с этим в качестве нижней границы кривая мощности P_Smin ориентируется на еще частично не корректный ход изменения P_Sopt. Так, значение P_Smin принимает в диапазоне между вспомогательной скоростью ветра и граничной скоростью V_G ветра значение 75% P_Sopt. Если ветроэнергетическая установка работает в первый раз со скоростью ветра в этом диапазоне, то устанавливается мощность, которая не превышает значение P_S, поскольку оно является в данном случае абсолютной верхней границей. Однако для скорости V_H ветра такая мощность лежала бы ниже P_Smin. На основании этого ветроэнергетическую установку следовало бы остановить. Для предотвращения такой нежелательной остановки определяется ограниченное минимальное значение для P_Smin, которое отображается в виде кривой P_SminB. Эта кривая лежит примерно на 75% ниже кривой P_Sopt, однако максимально до 75% максимально допустимого значения P_S. Таким образом, остановка ветроэнергетической установки осуществляется лишь тогда, когда значение мощности падает ниже этой кривой P_SminB.

На фиг. 2 можно видеть, что для скоростей ветра, при которых значение мощности P_Sopt не превышает максимально допустимую, оптимальную по шуму мощность P_S, кривая P_Smin и кривая P_SminB совпадают. Кривая максимальной мощности P_Smax остается по существу неизменной, при этом кривая P_Smax при достижении максимальной оптимальной по шуму мощности P_S заканчивается.

На фиг. 1 и 2 показаны данные для установки с номинальной мощностью 2000 кВт и на фиг. 2 оптимированная на значение мощности 1000 кВт кривая P_Sopt.

Показанная на фиг. 3 роторная лопасть 1 имеет переднюю кромку 2 и заднюю кромку 4. Кроме того, показан хвостовик 6 роторной лопасти, с помощью которого роторная лопасть 1 крепится на ступице роторных лопастей. Наконец, показана вершина 8 роторной лопасти, которая находится на обращенной от хвостовика 8 роторной лопасти стороне.

Для нагревания роторной лопасти 1 предусмотрено нагревательное устройство 10, которое расположено в зоне хвостовика 6 роторной лопасти. Возможны другие варианты выполнения, в которых нагревательное устройство расположено не в роторной лопасти, а в ступице роторных лопастей в непосредственной близости к хвостовику роторной лопасти, однако так, что оно выступает в зону хвостовика 6 роторной лопасти. Предпочтительно, нагревательное устройство 10 расположено так, что предотвращается электрическое соединение между роторной лопастью 1 и ступицей ротора.

Нагревательное устройство 10 показано здесь лишь в виде символа, при этом оно имеет вентилятор и по меньшей мере один нагревательный элемент, в частности резистивный нагревательный элемент, такой как, например, нагревательный мат. В этом случае нагревательное устройство 10 вдувает нагретый, по меньшей мере подогретый воздух вдоль первой камеры 12, которая расположена непосредственно вблизи передней кромки 2. Создаваемый горячий воздух обозначен здесь как воздушный проток 14 стрелками. Затем поток 14 горячего воздуха проходит почти до вершины 8 роторной лопасти и выходит там через отверстие 16, которое расположено в стенке 18. За счет этого воздух попадает в среднюю камеру 20 и проходит в ней в качестве возвратного потока 22, который обозначен соответствующими стрелками, обратно к хвостовику 6 роторной лопасти. Проходящий обратно с возвратным потоком 22 воздух снова всасывается нагревательным устройством 10 в зоне хвостовика 6 роторной лопасти, нагревается и снова вдувается в первую камеру 12.

Таким образом, нагревание осуществляется, по существу, с помощью циркуляционного воздуха. Следует отметить, что роторная лопасть 1 для пояснения функций нагревания изображена лишь схематично, в частности первая камера 12 и средняя камера 20 изображены здесь очень упрощенно.

Распознавание обледенения посредством контролирования мощности установки, которое лежит в основе данного способа эксплуатации ветроэнергетической установки, основывается на том, что за счет обледенения изменяются аэродинамические свойства роторной лопасти. Для обеспечения возможности измерения и контролирования этих специфичных для установки аэродинамических свойств, необходимо или по меньшей мере желательно их записывать, когда установка работает без ограничений, т.е., в частности, без ограничения по мощности, с целью сравнения затем этих свойств, соответственно, соответствующих значений с данными, которые измеряются при температурах вокруг, соответственно, ниже точки замерзания.

При первом вводе в эксплуатацию для роторной лопасти каждой установки закладывается в основу типичная стандартная кривая мощности и запоминается в блоке управления ветроэнергетической установки. Эта кривая является кривой измеренной мощности в зависимости от скорости ветра для соответствующего типа установки, соответственно, типа лопасти.

При наружных температурах больше +2°С эта так называемая кривая по умолчанию постепенно корректируется в зависимости от измеряемой скорости ветра. Для этого образуется среднее значение скорости ветра и мощности обычно за 60 секунд. Для компенсации колебаний плотности, которые вызываются различной температурой воздуха, измеренную мощность подвергают зависящей от наружной температуры корректуре. За счет этого не имеет значения, снята ли эта кривая при +3°С или +30°С. Относящееся к измеренной скорости ветра значение кривой мощности затем подвергается коррекции в зависимости от измеренной мощности на небольшую часть отклонения от занесенного в память значения вверх, соответственно, вниз. За счет этого образуется, в зависимости от длительности эксплуатации установки при различных скоростях ветра, специфическая для установки кривая мощности в зависимости от измеренной скорости ветра.

Коррекция кривой осуществляется лишь в случае, когда установка работает без ограничений. Это означает, что ни роторные лопасти не переустанавливаются за заданный минимальный угол лопасти, ни мощность установки не ограничивается максимальной мощностью, которая лежит ниже установленной номинальной мощности. Кроме того, коррекция кривой осуществляется, как указывалось выше, лишь при наружных температурах выше +2°С, поскольку ниже этой температуры существует опасность обледенения, что приводит к искажению кривой и делает недействительным распознавание обледенения.

Поскольку установки работают в оптимальном по мощности и оптимальном по шуму режиме с различными параметрами, то необходимо для обоих рабочих состояний снимать независимые характеристические кривые. Содержание заносимых в память кривых мощности для оптимального по мощности и оптимального по шуму режима могут указываться и/или выбираться вручную.

Кривые мощности снимаются при эксплуатации ветроэнергетической установки, при этом снятие останавливается при температурах, меньших или равных +2°С, и начинается распознавание обледенения. Для этого используется счетчик, который при наружных температурах ниже 2°С отсчитывает вверх и, соответственно, длительно запоминает возможность обледенения установки. При наружных температурах, меньших или равных +2°С, счетчик обледенения в течение одной минуты отсчитывает до 360°С. Когда достигается это значение, то с помощью управляющего блока распознается, что возможно обледенение и включается соответствующий способ для распознавания обледенения. Лишь когда наружная температура больше 2°С, счетчик начинает снова медленно отсчитывать в сторону ноля. При этом эта скорость отсчета вниз зависит от наружной температуры. Чем выше наружная температура, тем быстрее счетчик снова отсчитывает до ноля, и прекращается распознавание обледенения, и продолжается снятие характеристической кривой.

Если обледенение вследствие низких температур в принципе возможно, то блок управления начинает сравнивать фактически измеренную среднюю мощность с находящейся в памяти кривой. Для этого на основании установленных параметров для контролирования кривой мощности определяется максимальная и минимальная мощность для соответствующей измеренной средней скорости ветра.

Например, определяется диапазон допусков вокруг снятой кривой, ширина которого может быть различной. Например, может быть положена в основу ширина диапазона допусков до скорости ветра 10,5 м/с. При этом можно применять значение допуска, которое задает расстояние между снятой кривой и нижней или верхней границей. На основе этого значения с помощью занесенной в память кривой мощности вычисляется окно мощности, в котором должна находиться мощность установки. Нижнее значение окна мощности является значением мощности находящейся в памяти кривой при измеренной скорости ветра с вычитанием указанного значения допуска. Верхнее значение является относящимся к измеренной скорости ветра с добавлением указанного значения допуска значением кривой мощности.

Значение допуска может быть задано, например, в виде относительного значения кривой мощности и составлять, например, 75% соответствующего значения кривой мощности. Другими словами, допуск составляет 25% ниже, соответственно, выше кривой.

Как только предполагается обледенение роторных лопастей, и обычно усредненная в течение 60 секунд мощность Р, которая может называться также фактической мощностью P_Akt, падает ниже граничного значения P_min, то соответствующий счетчик повышается на значение 1. Установка останавливается в состоянии «распознавание обледенения: ротор (измерение мощности)», как только счетчик достигает значения 30.

Установка автоматически снова начинает работу, если наружная температура достаточно долго превышает значение 2°С и, соответственно, счетчик для распознавания обледенения снова отсчитывает до нуля. Аналогичным образом, установка автоматически снова начинает работу после завершения устранения обледенения лопастей. Даже если обледенение еще возможно, установка предпринимает затем попытки запуска, например, с интервалом в 6 часов, с целью проверки отсутствия льда на роторных лопастях. Для этого указанный выше счетчик сбрасывается с 30 на 27. Как только установка запускается, то снова контролируется мощность. Если лопасти еще имеют лед, то счетчик снова отсчитывает вверх, и установка уже после трех отсчетов, т.е. в данном примере после трех минут, останавливается. Если лопасти больше не имеют льда или имеют лишь немного льда, то счетчик отсчитывает вниз, и установка продолжает работать. С помощью этой функции можно сокращать время простоя вследствие обледенения.

Согласно одному варианту выполнения ветроэнергетической установки предусмотрено нагревание лопастей с помощью циркуляционного воздуха. Система нагревания лопастей с помощью циркуляционного воздуха состоит из нагревательного вентилятора с мощностью 20 кВт на одну лопасть, в другом варианте выполнения 25 кВт на одну лопасть, который смонтирован в лопасти и нагнетает нагретый до 72°С воздух вдоль передней кромки лопасти до вершины лопасти. Тем самым можно освобождать от льда роторные лопасти при остановленной установке, а при работающей установке - в большинстве случаев удерживать роторные лопасти свободными от льда. Таким образом, данный способ относится как к способу, при котором можно распознавать и устранять обледенение, так и к способу, который можно использовать по существу превентивно, с целью предотвращения обледенения или, соответственно, по меньшей мере предотвращения увеличения обледенения.

Наряду с нагреванием лопастей с помощью циркуляционного воздуха предлагается, согласно другому варианту выполнения, нагревание с помощью ткани, которая подпадает под понятие электрического резистивного нагревательного элемента, соответственно, электрического резистивного нагревания. При этом ламинированное в лопасть проволочное плетение нагревают через разделительный трансформатор большим током. Такие нагреватели работают, в частности, с мощностью между 8 кВт и 15 кВт на одну лопасть. В указанной выше эксплуатации ветроэнергетической установки можно в принципе использовать оба вида нагревания лопастей.

С помощью такого нагревания лопастей можно также осуществлять устранение обледенения вручную. Однако если нагревание лопастей работает в автоматическом режиме, то нагревание лопастей включается, когда счетчик достигает значения, соответствующего распознаванию обледенения при указанных выше критериях. Обычно такой счетчик должен сначала достигать значения, которое соответствует по меньшей мере 10 минутам. Затем работает нагревание лопастей, например, в течение по меньшей мере 10 минут. За счет этого плавится лед, который уже образовался на роторных лопастях. Коэффициент полезного действия ротора улучшается, и счетчик распознавания обледенения снова сбрасывается до нуля, если устранение льда было по меньшей мере частично удачным. За счет этого при минимальной длительности включения нагревания предотвращается остановка установки из-за обледенения.

Можно задавать максимальную приведенную мощность нагревания лопастей. Согласно одному варианту выполнения это значение можно устанавливать между 0 кВт и 85 кВт. Максимальное значение 85 кВт складывается из примерно 3×25 кВт для трех нагревателей и 3×3,3 кВт для трех вентиляторов.

В этом случае приведенная мощность не относится больше, с учетом фактической мощности установки, при усреднении в течение 5 минут, как указанная установленная приведенная мощность. Если, например, для приведенной мощности устанавливается значение 40 кВт, то нагревание лопастей при остановленной установке или мощности установки 0 кВт, осуществляется максимально с 40 кВт, а именно 10 кВт для вентилятора и 3×10 кВт для нагревателя. Если нагревание лопастей включено при работающей установке, то нагревание лопастей при увеличении мощности установки также осуществляется с большей мощностью и достигает с мощности установки 30 кВт - в другой установке это может быть, например, 45 кВт - максимальной мощности 70 кВт, что в другой установке может быть, например, 85 кВт.

Минимальная длительность нагревания лопастей может быть выбрана, например, между 1 часом и 10 часами. Длительность нагревания зависит в первую очередь от установленной приведенной мощности и наружной температуры. Кроме того, значение имеет скорость ветра и степень обледенения. Практика показала, что длительность нагревания от 3 часов до 4 часов в большинстве случаев может быть достаточной.

На фиг. 4 и 5 показан вариант выполнения состоящей из нескольких частей роторной лопасти. Роторная лопасть 400 имеет основной участок 402 и концевой участок 404. Основной участок 402 имеет соединительную зону 406 и зону 408 хвостовика лопасти. Основной участок соединен с концевым участком 404 в соединительной зоне 406. Кроме того, имеется сегмент 410 задней кромки, который закреплен на основном участке.

В основном участке расположена направляющая воздух труба 412 в качестве направляющего средства. Направляющая воздух труба 412 соединена с нагревательным вентилятором 414 для создания и подачи нагретого воздуха. Нагревательный вентилятор может быть выполнен в виде вентилятора с нагревателем. Нагревательный вентилятор 414 расположен в зоне 408 хвостовика лопасти основного участка 402, создает там нагретый воздух и нагнетает его в направляющую воздух трубу 412. Направляющая воздух труба 412 направляет нагретый воздух через основной участок 402 к соединительной зоне 406, которая входит в концевой участок 404, с целью его нагревания. Таким образом, нагретый воздух направляется через направляющую воздух трубу 412 без выхода при этом в основной участок 402. Таким образом, направляемый в направляющей воздух трубе 412 нагретый воздух не применяется для нагревания основного участка 402. Вместо направляющего воздух средства 412 можно применять также, например, шланг или другое подходящее средство, с помощью которого нагретый воздух направляется через основной участок. Направляющее воздух средство, в частности направляющая воздух труба, может иметь изоляцию с целью поддержания на минимальном уровне нежелательной отдачи тепла нагретым воздухом.

В концевом участке 404 предусмотрены направляющие воздух средства, такие как перегородки 415, которые направляют нагретый воздух через внутреннее пространство концевого участка, который за счет этого нагревает концевой участок. В качестве перегородок предпочтительно применяются имеющиеся в роторной лопасти опорные перегородки. Перегородки направляют нагретый воздух по пути, обозначенном стрелкой 416, к вершине 418 роторной лопасти. Вблизи вершины 418 роторной лопасти воздух отклоняется и проходит по возвратному пути, который обозначен стрелкой 420, обратно к соединительной зоне 406. За счет нагревания осуществляется, в частности, устранение обледенения. В концевом участке 404 в зоне, в которой воздух проходит обратно и которая обозначена стрелкой 420, может быть предусмотрена теплоизоляция, с целью предотвращения там потерь тепла.

От соединительной зоны 406 поток воздуха проходит через основной участок 402 обратно к зоне 408 хвостовика, в которой находится нагревательный вентилятор 414. При этом воздух проходит по обозначенному стрелкой 422 возвратному пути, в противоположность пути туда, без дополнительных направляющих средств через внутреннее пространство основного участка.

В качестве альтернативного решения, направляющее воздух средство может быть предусмотрено также для этого возвратного пути, которое может иметь дополнительную изоляцию для предотвращения отдачи и тем самым потери тепла.

Нагревательный вентилятор 414 расположен в зоне 408 хвостовика лопасти, которая имеет крепежный фланец 424 для закрепления на ступице роторных лопастей. За счет этого нагревательный вентилятор 414 расположен в зоне ступицы роторных лопастей и за счет этого хорошо доступен для работ по техническому обслуживанию. Таким образом, можно просто подавать нагретый воздух для нагревания концевого участка 404 из положения вблизи ступицы роторных лопастей. Предпочтительно, как в показанной роторной лопасти 400, основной участок 402 выполнен из металла, такого как, например, сталь, за счет чего для нагревательного вентилятора реализуется защита от молний, поскольку основной участок действует в качестве клетки Фарадея, в которой расположен нагревательный вентилятор. Концевой участок может быть выполнен, как в показанном примере, из стекловолоконного композитного материала (GFK).

Для нагревания основного участка предусмотрены нагревательные маты 426.

Изобретение относится к способу эксплуатации ветроэнергетической установки, содержащей аэродинамический ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью. Способ эксплуатации ветроэнергетической установки содержит стадии эксплуатации ветроэнергетической установки в зависящей от скорости ветра рабочей точке, измерения рабочего параметра рабочей точки, сравнения измеренного рабочего параметра с заданной эталонной величиной и нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти, когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетической установки. Роторная лопасть выполнена с возможностью нагревания. Ветряной парк содержит несколько связанных друг с другом ветроэнергетических установок. Техническим результатом является повышение эффективности ветроэнергетической установки. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ эксплуатации ветроэнергетической установки, содержащей аэродинамический ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью, содержащий стадии:
- эксплуатации ветроэнергетической установки в зависящей от скорости ветра рабочей точке,
- измерения рабочего параметра рабочей точки,
- сравнения измеренного рабочего параметра с заданной эталонной величиной, и
- нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти, когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетической установки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что
- для соответствующей эталонной величины задают первый диапазон допусков и второй диапазон допусков, при этом
- первый диапазон допусков лежит внутри второго диапазона допусков, и
- причем нагревание по меньшей мере одной роторной лопасти происходит при продолжающейся эксплуатации ветроэнергетической установки, когда измеренный рабочий параметр лежит вне первого диапазона допусков и внутри второго диапазона допусков, и
- ветроэнергетическую установку стопорят, а именно останавливают или выключают, когда измеренный рабочий параметр лежит вне второго диапазона допусков.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что
- измеренный рабочий параметр является создаваемой ветроэнергетической установкой электрической мощностью,
- измеряют фактическую скорость ветра, и эталонная величина зависит от скорости ветра и занесена в память в виде зависящей от скорости ветра эталонной кривой, и
- в качестве эталонной величины по меньшей мере для частичных диапазонов скорости ветра принимают максимальное значение соответствующей рабочей величины.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти
- подают нагретый воздух в роторную лопасть и направляют через роторную лопасть с целью нагревания роторной лопасти изнутри, или
- нагревают роторную лопасть с помощью по меньшей мере одного предусмотренного в роторной лопасти электрического резистивного нагревательного элемента.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что
- измеряют температуру на ветроэнергетической установке или вблизи нее, и
- ветроэнергетическую установку останавливают или выключают, когда измеренная температура не превышает заданную минимальную температуру, и когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины,
- причем при необходимости создают и подают сигнал неисправности.

6. Способ по п. 2, отличающийся тем, что
- нагревание выполняют лишь тогда, когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины в течение первого заданного минимального времени,
- остановку или выключение ветроэнергетической установки выполняют лишь тогда, когда измеренный рабочий параметр лежит вне одного второго диапазона допусков в течение второго заданного минимального времени,
- после того как ветроэнергетическая установка была остановлена, потому что измеренный рабочий параметр лежал вне второго диапазона допусков, то ее снова запускают после заданного времени повторного включения, и ветроэнергетическую установку снова останавливают, если измеренный рабочий параметр лежит вне второго диапазона допусков в течение третьего заданного минимального времени, и третье заданное минимальное время меньше второго заданного минимального времени,
- в случае нагревания его продолжают в течение заданного четвертого минимального времени, и
- после окончания процесса нагревания выполняют новое нагревание лишь после заданного пятого минимального времени.

7. Роторная лопасть для крепления на ступице ротора ветроэнергетической установки, при этом роторная лопасть содержит:
- основной участок для крепления на ступице и
- концевой участок для крепления на основном участке, при этом основной участок содержит:
- зону хвостовика лопасти для крепления к ступице и
- соединительную зону для крепления с концевым участком, при этом
в основном участке предусмотрено направляющее воздух средство для проведения нагретого воздуха через основной участок от зоны хвостовика к концевому участку, при этом направляющее воздух средство выполнено так, что нагретый воздух при прохождении не приходит в контакт с основным участком.

8. Роторная лопасть по п. 7, отличающаяся тем, что
в основном участке предусмотрены зоны с плоским нагревательным устройством для нагревания роторной лопасти и зоны с теплоизоляцией для предотвращения потери тепла из роторной лопасти,
основной участок выполнен из стали,
концевой участок выполнен из армированной стекловолокном пластмассы, и
концевой участок частично изолирован снаружи.

9. Ветроэнергетическая установка, содержащая ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью и блок управления для осуществления способа по любому из пп. 1-6.

10. Ветроэнергетическая установка по п. 9, отличающаяся тем, что предусмотрен ультразвуковой анемометр для измерения фактической скорости ветра.

11. Ветроэнергетическая установка по п. 9 или 10, отличающаяся тем, что для осуществления способа эксплуатации ветроэнергетической установки предусмотрен блок управления и предусмотрено нагревательное устройство для нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти.

12. Способ эксплуатации ветроэнергетической установки, содержащей аэродинамический ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью по п. 7, содержащий стадии:
- контролирования, имеется ли обледенение на ветроэнергетической установке с помощью датчика льда для распознавания начала обледенения,
- нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти, если обнаружено начало обледенения, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетической установки.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно содержит стадии:
- эксплуатации ветроэнергетической установки в зависящей от скорости ветра рабочей точке,
- измерения рабочего параметра рабочей точки,
- сравнения измеренного рабочего параметра с заданной эталонной величиной и
- нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти, когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетической установки.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что
- для соответствующей эталонной величины задают первый диапазон допусков и второй диапазон допусков, при этом
- первый диапазон допусков лежит внутри второго диапазона допусков, и
- причем нагревание по меньшей мере одной роторной лопасти происходит при продолжающейся эксплуатации ветроэнергетической установки, когда измеренный рабочий параметр лежит вне первого диапазона допусков и внутри второго диапазона допусков, и
- ветроэнергетическую установку стопорят, а именно останавливают или выключают, когда измеренный рабочий параметр лежит вне второго диапазона допусков.

15. Способ по п. 13 или 14, отличающийся тем, что измеренный рабочий параметр является создаваемой
- ветроэнергетической установкой электрической мощностью,
- измеряют фактическую скорость ветра, и эталонная величина зависит от скорости ветра и занесена в память в виде зависящей от скорости ветра эталонной кривой, и
- в качестве эталонной величины по меньшей мере для частичных диапазонов скорости ветра принимают максимальное значение соответствующей рабочей величины.

16. Способ по п. 13, отличающийся тем, что для нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти
- подают нагретый воздух в роторную лопасть и направляют через роторную лопасть с целью нагревания роторной лопасти изнутри, или
- нагревают роторную лопасть с помощью по меньшей мере одного предусмотренного в роторной лопасти электрического резистивного нагревательного элемента.

17. Способ по п. 13, отличающийся тем, что
- измеряют температуру на ветроэнергетической установке или вблизи нее, и
- ветроэнергетическую установку останавливают или выключают, когда измеренная температура не превышает заданную минимальную температуру и когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины,
- причем при необходимости создают и подают сигнал неисправности.

18. Способ по п. 14, отличающийся тем, что
- нагревание выполняют лишь тогда, когда измеренный рабочий параметр превышает заданное отклонение относительно эталонной величины в течение первого заданного минимального времени,
- остановку или выключение ветроэнергетической установки выполняют лишь тогда, когда измеренный рабочий параметр лежит вне одного второго диапазона допусков в течение второго заданного минимального времени,
- после того как ветроэнергетическая установка была остановлена, потому что измеренный рабочий параметр лежал вне второго диапазона допусков, то ее снова запускают после заданного времени повторного включения, и ветроэнергетическую установку снова останавливают, если измеренный рабочий параметр лежит вне второго диапазона допусков в течение третьего заданного минимального времени, и третье заданное минимальное время меньше второго заданного минимального времени,
- в случае нагревания его продолжают в течение заданного четвертого минимального времени, и
- после окончания процесса нагревания выполняют новое нагревание лишь после заданного пятого минимального времени.

19. Способ эксплуатации ветряного парка, содержащего несколько связанных друг с другом ветроэнергетических установок, каждая из которых содержит аэродинамический ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью, содержащий стадии
- контролирования, имеется ли обледенение по меньшей мере на одной из ветроэнергетических установок с помощью датчика льда, для распознавания начала обледенения,
- нагревания по меньшей мере одной роторной лопасти каждой ветроэнергетической установки, если обнаружено начало обледенения, при этом продолжают эксплуатацию ветроэнергетических установок ветряного парка.

20. Ветряной парк, содержащий несколько связанных друг с другом ветроэнергетических установок, каждая из которых содержит аэродинамический ротор по меньшей мере с одной роторной лопастью, отличающийся тем, что в нем реализован способ эксплуатации по п. 12 или 19.