專利名稱：：風(fēng)力發(fā)電站組的設(shè)計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及設(shè)置在大致相同的風(fēng)環(huán)境中的風(fēng)力發(fā)電站組，包括至少第一和至少第二風(fēng)力發(fā)電站。
背景技術(shù)：
：調(diào)節(jié)地區(qū)的電力供給并為地區(qū)的電力供給提供服務(wù)的電力網(wǎng)絡(luò)通常是由其例如燃煤發(fā)電站、水力發(fā)電站、核發(fā)電站、風(fēng)力電場的本地能源、其用戶和相應(yīng)的輸電容量來描述的，該輸電容量在該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部以及為了電力進口和出口而在該網(wǎng)絡(luò)進進出出。通常，不同的電力網(wǎng)絡(luò)受限于國家、地區(qū)或領(lǐng)土區(qū)域，但是它們往往還由地理的和純粹的實際條件來限定。這種地理分隔的電力網(wǎng)絡(luò)的一個實例是目前正電氣連接到挪威、瑞典和德國的西部丹麥。對挪威的總輸電容量設(shè)為1040MW(兆瓦)，而對瑞典的總?cè)萘縤殳為740MW。最后，還有沿南行方向(即從西部丹麥出口)具有總?cè)萘繛榇蠹s1250MW的到德國的接線。因此從西部丹麥輸出的總輸電容量設(shè)為大約3000MW。此外，計劃在大貝爾特海峽(GreatBelt)下面設(shè)600MW的接線。隨著時間的流逝，單個地區(qū)之間的接線(純粹的實際輸電電纜以及政治上和經(jīng)濟上的合作)變得日益改善，以便獲得單個區(qū)域和電力網(wǎng)日益相互關(guān)聯(lián)同時確保這種相互關(guān)聯(lián)帶來的優(yōu)點和缺點的效果。因此，由于電流不易存儲，所以根據(jù)相對于價格和產(chǎn)量都有利的因素，特別是在電力的范圍內(nèi)，更好的升級輸電網(wǎng)絡(luò)對可靠選擇進口和出口而確保穩(wěn)定的能量供給來說是必不可少的。相反地，緊密連接的網(wǎng)絡(luò)也是問題，例如在最壞的情況下，在例如荷蘭的突然局部故障可能同時引起整個歐洲大部分地區(qū)的電力供應(yīng)的中斷。因此單個電力網(wǎng)絡(luò)的控制和調(diào)節(jié)是極其重要的。在大多數(shù)情況下，對電力網(wǎng)絡(luò)而言優(yōu)先的是公平處理電力生產(chǎn)和消費，從而避免在產(chǎn)量過低的情況下潛在的電力供應(yīng)中斷形式的運轉(zhuǎn)故障，避免超額生產(chǎn)的情況下最終可能導(dǎo)致電力網(wǎng)完全失效的電力供應(yīng)過剩。因此要將電力網(wǎng)中的電力生產(chǎn)的規(guī)模不斷地增加和緊縮，直到可能與對進口和出口的消費和期望同步的程度。在2006年，在西部丹麥安裝的風(fēng)輪機功率i殳為大約2400MW，并因此構(gòu)成發(fā)電的相當(dāng)大的部分。而且期待到2009年底用更新更大的風(fēng)輪機代替舊風(fēng)輪機，以另外增加175MW。此外，基于海洋的風(fēng)電場HornsRev2將在2009年投入運行，這會進一步增加200MW。最后，根據(jù)對歐盟(EU)的丹麥國家能源計劃，不僅僅在西部丹麥而且是在歐洲，預(yù)期會有相當(dāng)猛烈的增長，這估計可能會使得在接下來大概15年內(nèi)所安裝的風(fēng)輪機的功率輸出翻倍。通常根據(jù)如下觀點在很多地方期望增加風(fēng)力功率輸出，即風(fēng)力是可持續(xù)的并且環(huán)保的能源，其無所不在并因此能夠更大程度地形成每個單個地區(qū)的能量供給，而不依賴于石油、煤炭和天燃?xì)庵腥魏我环N的進口。其中，更早些時候，風(fēng)力發(fā)電是通過單個或少量的單個互相連接的風(fēng)力發(fā)電站產(chǎn)生的，現(xiàn)在，最常見的是設(shè)置大型風(fēng)力發(fā)電站組，甚至是可直接耦合到電力網(wǎng)絡(luò)的確定的風(fēng)電場。新的風(fēng)力發(fā)電站和風(fēng)力發(fā)電站組通常被設(shè)計成能產(chǎn)生最大可能性的年功率輸出，并且近年來，技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)轉(zhuǎn)向為帶有更長葉片的越來越大的風(fēng)力發(fā)電站、更復(fù)雜的功率控制和更大的功率輸出。然而，對風(fēng)能而言其明顯的缺陷在于，生產(chǎn)條件直接依賴于當(dāng)時的風(fēng)力和氣候條件，并且產(chǎn)量隨當(dāng)時的風(fēng)力和氣候條件顯著地變化。因此，必要的是風(fēng)力發(fā)電是常規(guī)能源的補充，因而常規(guī)能源的功率輸出的規(guī)模要在某種程度上與產(chǎn)生的風(fēng)能的量、預(yù)期的消耗及其比如基于天氣預(yù)報所作的預(yù)測同步地增加和縮減。然而，增加和縮減發(fā)電站的功率輸出的規(guī)模是既復(fù)雜又資源密集的過程，該過程持續(xù)較長的時間(幾個小時)并造成發(fā)電站的設(shè)備上的過度磨損。尤其在燃煤發(fā)電站和核發(fā)電站范圍內(nèi)存在這樣的問題。在利用風(fēng)能的范圍內(nèi)的另一個問題在于，當(dāng)達到給定的切出風(fēng)速時要停止大部分風(fēng)輪機，以便防止風(fēng)輪機在強風(fēng)中的過載。迄今為止，僅僅在考慮該風(fēng)輪機的總年產(chǎn)量時來選擇在期望保護風(fēng)輪機和期望得到最大功率輸出之間折衷的風(fēng)速?；诖耍?dāng)今可出售的絕大多數(shù)風(fēng)輪機的切出風(fēng)速為25m/s。然而，當(dāng)風(fēng)速高于25m/s時這會使電力網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生供電方面的大問題，這是因為在這種情況下，大部分風(fēng)輪機在很短的時間段(幾小時)內(nèi)突然切斷而沒有警告，由此大的輸出也在很短的時間段(幾小時)內(nèi)突然切斷而沒有警告。問題在于，很難預(yù)測風(fēng)力是否將超出切出風(fēng)速，所以不可能知道是否需要增加常規(guī)發(fā)電站的輸出。當(dāng)推廣風(fēng)力發(fā)電時，這類問題預(yù)計會進一步增加。在電力網(wǎng)絡(luò)中推廣風(fēng)力發(fā)電的另一個問題在于，在提升風(fēng)速的情況下功率輸出將大大增加，其中所有風(fēng)力發(fā)電站(但是有微小的地區(qū)差別)將最大限度地進行生產(chǎn)，而不取決于消耗和需要、或者用于出口的選擇。因此該電力網(wǎng)絡(luò)的尺寸必須能夠處理和應(yīng)付這種峰值負(fù)載以避免電源故障，這需要具有大的輸電容量。如上所述，從西部丹麥輸出的總輸電容量大約為3000MW或正好比當(dāng)今安裝的全部風(fēng)輪機功率輸出稍大，從而在丹麥如期望地擴大風(fēng)力功率容量將需要120億DKK的投資，用于更大或更新的輸電線，從而實現(xiàn)足夠的出口。這種方式的替代方案是，或者通過逐漸減小每個風(fēng)力發(fā)電站的電力產(chǎn)量或者通過完全停止風(fēng)電場中的單個風(fēng)輪機，來控制每個單個風(fēng)電場的功率輸出，使其不會超過某個最大值，如例如在US6,724,097(Wobben)中所述。這種策略的缺陷在于，一方面其要求對每個風(fēng)力發(fā)電站組進行復(fù)雜的控制，另一方面其未得到相當(dāng)多的電能。風(fēng)力功率輸出擴大的重要性的另一個相關(guān)方面在于北歐的電力交換決定了北歐國家的電力價格。根據(jù)整個市場(系統(tǒng)價格)的供求，在工作日之前的那天，按照每個歷日的24倍設(shè)定電力價格。由于輸電容量的限制和電流不容易儲存的事實，在單個地區(qū)確定所謂的地區(qū)價格，該地區(qū)價格取決于該單個地區(qū)中的供求，當(dāng)然還取決于輸電選擇。因為風(fēng)速的增大會引起電力供應(yīng)的顯著增加，所以在風(fēng)輪機覆蓋相當(dāng)大部分的電力消耗的地區(qū)，該地區(qū)價格將受到風(fēng)速的影響。例如，日德蘭半島(Jutland)的地區(qū)價格在多風(fēng)的夜晚有時會低到0.01DKK/kWh。隨著風(fēng)力功率容量的日益擴大以及選擇性地增加電力市場的自由化，這類地區(qū)在將來應(yīng)該變得更加普遍。因此，僅僅安裝的風(fēng)力功率容量的擴大應(yīng)該會加強上述趨勢，獲得降低風(fēng)力發(fā)電站的生產(chǎn)能力的效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供設(shè)計和控制電力網(wǎng)絡(luò)和風(fēng)力發(fā)電站組的方法，使得可以減少或者完全避免與擴大風(fēng)力發(fā)電量有關(guān)的上述問題。因此，本發(fā)明涉及設(shè)置在大致相同的風(fēng)環(huán)境中的風(fēng)力發(fā)電站組，包括至少第一風(fēng)力發(fā)電站和至少第二風(fēng)力發(fā)電站，其中所述第一風(fēng)力發(fā)電站在第一風(fēng)速區(qū)間內(nèi)具有最大的功率輸出，所述第二風(fēng)力發(fā)電站設(shè)計成在第二風(fēng)速區(qū)間內(nèi)具有最大的功率輸出，所述第二風(fēng)速區(qū)間不同于所述第一風(fēng)速區(qū)間并且從比所述第一風(fēng)速區(qū)間更低的風(fēng)速開始，以使得在更低的風(fēng)速下增大所述風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出。這里和整個申請中，風(fēng)力發(fā)電站組將被理解為耦合到同一電力網(wǎng)絡(luò)的兩個或多個風(fēng)力發(fā)電站。當(dāng)設(shè)置或改進風(fēng)力發(fā)電站時，通常是使得風(fēng)輪機相對風(fēng)環(huán)境(即每年的風(fēng)力情況、溫度情況和壓力情況)的年功率輸出最大化，其中風(fēng)輪機當(dāng)然設(shè)置在實用性和經(jīng)濟性等等的范圍內(nèi)。通過本發(fā)明，風(fēng)力發(fā)電站如上所述改為設(shè)計和構(gòu)造成與組中的其它風(fēng)力發(fā)電站相適應(yīng)并且作為其補充。當(dāng)選擇并確定風(fēng)力發(fā)電站的理想功率曲線(發(fā)電量為風(fēng)速的函數(shù))時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道如何構(gòu)造該風(fēng)力發(fā)電站。例如這可以通過增加轉(zhuǎn)子掃掠面積(較長的葉片，較小的錐度等等)或者通過增加轉(zhuǎn)子的實度(即葉片的面積相對于整個轉(zhuǎn)子盤的面積有多大)，選擇性地結(jié)合較低的切出風(fēng)速來實現(xiàn)。通過如上所述的風(fēng)力發(fā)電站組，在所有風(fēng)力情況下都能實現(xiàn)改進的風(fēng)力利用和更一致的功率輸出，一方面從社會經(jīng)濟學(xué)觀點來說這是有利的，另一方因為它能夠因此避免或減少電力網(wǎng)絡(luò)和單個風(fēng)力發(fā)電站或風(fēng)電場上的高級控制和調(diào)節(jié)機構(gòu)，所以這是有利的。因此，大大減少了增加和緊縮既低效又耗時程序的常規(guī)發(fā)電站的規(guī)模的需要。另一個優(yōu)勢在于避免或至少減少了由于超額生產(chǎn)而不得不中斷風(fēng)電場的風(fēng)險。同樣地，風(fēng)力的應(yīng)用可以大大地擴展，而不用追求對一方面來自單個風(fēng)力發(fā)電站組另一方面來自單個電力網(wǎng)絡(luò)的輸電容量擴充進行投資的需要。補充的風(fēng)力發(fā)電站減少的功率輸出可通過風(fēng)輪機較低的生產(chǎn)和運轉(zhuǎn)成本以及上漲的電力價格完全或部分地平衡。本發(fā)明的有利之處還在于它能夠以簡單的方式實施，例如通過給組中單個或一些已有的風(fēng)力發(fā)電站"升級，，更大的轉(zhuǎn)子、其它葉片等等。因此，新的轉(zhuǎn)子可以選擇地設(shè)計為容易安裝在按照傳統(tǒng)原理設(shè)計且?guī)в休^小轉(zhuǎn)子的傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電站上。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，該組中的這個或其它風(fēng)力發(fā)電站具有比第一風(fēng)力發(fā)電站更低的切出風(fēng)速。由此實現(xiàn)的有利方面在于，可以相應(yīng)地減少在最高風(fēng)速下風(fēng)力發(fā)電站出現(xiàn)的最大負(fù)載。然后這可被選擇性地用來有利于進一步增加較低風(fēng)速下的發(fā)電量。同樣地，較低的切出風(fēng)速還會使得風(fēng)力發(fā)電站的使用壽命大大增加。雖然，通過將風(fēng)力發(fā)電站特別設(shè)計為低切出風(fēng)速，將會大大減少單個風(fēng)力發(fā)電站的年輸出量，但是由于較低風(fēng)速下獲得的電力比較高風(fēng)速下?lián)p失的電力通常具有高得多的售價，所以年輸出量的價值將有極高的可能性保持不變乃至增加。增加如上所述的技術(shù)優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第二風(fēng)力發(fā)電站比該組中第一風(fēng)力發(fā)電站具有更大的轉(zhuǎn)子掃掠面積和/或更高的實度。因此，可以以簡單的方式通過已有生產(chǎn)設(shè)備實現(xiàn)在較低風(fēng)速下的增加的功率輸出。根據(jù)另一個實施例，第二風(fēng)力發(fā)電站的特征在于不包括功率調(diào)節(jié)裝置。根據(jù)傳統(tǒng)思維這是不堪設(shè)想的，因為在那種情況下，風(fēng)輪機完全不能承受高風(fēng)速下的負(fù)載。然而，根據(jù)本發(fā)明，考慮到在較低風(fēng)速的情況下整個組總的增加的功率輸出，作為該組一部分的這種風(fēng)輪機是有利的。代替調(diào)節(jié)功率輸出的是，簡單地停止另一個風(fēng)力發(fā)電站。該組的這種風(fēng)力發(fā)電站是有利的，因為在那種情況下，風(fēng)力發(fā)電站可以以明顯更少的成本制造并且更容易地制造，很少需要保養(yǎng)和維修。隨后又可以通過利用輕型結(jié)構(gòu)來例如允許進一步增加轉(zhuǎn)子掃掠面積并由此增加輸出功率。本發(fā)明的一個實施例涉及如上所述的風(fēng)力發(fā)電站組，其中第二風(fēng)力發(fā)電站具有比第一風(fēng)力發(fā)電站更低的額定風(fēng)速。本發(fā)明還涉及一種設(shè)計設(shè)置在大致相同的風(fēng)環(huán)境中的風(fēng)力發(fā)電站組的方法，所述風(fēng)力發(fā)電站組包括至少第一風(fēng)力發(fā)電站和至少第二風(fēng)力發(fā)電站，其中所述第一風(fēng)力發(fā)電站在第一風(fēng)速區(qū)間內(nèi)具有最大的功率輸出，將所述第二風(fēng)力發(fā)電站設(shè)計成在第二風(fēng)速區(qū)間內(nèi)具有最大的功率輸出，所述第二風(fēng)速區(qū)間不同于所述第一風(fēng)速區(qū)間并且從比所述第一風(fēng)速區(qū)間更低的風(fēng)速開始，以使得在更低的風(fēng)速下增大所述風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出。其優(yōu)勢如上所述。根據(jù)該方法的一個實施例，將第二風(fēng)力發(fā)電站設(shè)計為在笫二風(fēng)速區(qū)間中具有最大功率輸出，以使得所述風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出值最大。根據(jù)該方法的另一個實施例，通過選擇葉片長度和/或?qū)嵍葋碓O(shè)計所述第二風(fēng)力發(fā)電站。根據(jù)該方法的另一個實施例，基于該組的輸電容量和/或電力價格確定第二風(fēng)力發(fā)電站的理想功率輸出。本發(fā)明還涉及沒有功率調(diào)節(jié)裝置的領(lǐng)跑(front-runer)型和快進(fast-runner)型風(fēng)力發(fā)電站。其有利之處在于，由此能夠以簡單的方式獲得補充其它常規(guī)型風(fēng)輪機的風(fēng)力發(fā)電站。代替在高風(fēng)速情況下進行通常功率調(diào)節(jié)的是，僅僅停止該風(fēng)力發(fā)電站，然后將該風(fēng)輪機改為設(shè)計成在較低風(fēng)速的情況下有相當(dāng)高的功率輸出。因此，不同類型的風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出在較大的風(fēng)速區(qū)間內(nèi)變得很高，具有如上所述的優(yōu)勢。在這些實施例中，如上所述的風(fēng)力發(fā)電站沒有主動失速調(diào)節(jié)、被動失速調(diào)節(jié)和/或槳距調(diào)節(jié)。或多個如上所述的風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力發(fā)電站組。在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明，其中圖1顯示了風(fēng)力發(fā)電站的典型功率曲線，圖2圖示了風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出；圖3顯示了耦合到電力網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)力發(fā)電站組；圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電站的組成的功率曲線；圖5顯示了2006年西部丹麥的電功率的地區(qū)價格，表示為風(fēng)力產(chǎn)生的電量的函數(shù)；以及圖6示意性地顯示了風(fēng)力發(fā)電站的其它類型的功率曲線。具體實施例方式圖1示意性地顯示了風(fēng)力發(fā)電站的典型功率曲線100。該曲線顯示了產(chǎn)生的功率P或功率輸出，該產(chǎn)生的功率P或功率輸出為風(fēng)速v的函數(shù)。風(fēng)力發(fā)電站在風(fēng)速為V。的起始風(fēng)力下開始產(chǎn)生功率，該風(fēng)速Vo往往大多是2-4m/s的量級。這里的槳距調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電站可以稍微改變?nèi)~片的槳距并幫助起動風(fēng)力發(fā)電站。從這時起，功率輸出隨著風(fēng)速的增加而增加，直到達到額定風(fēng)速VM，這時風(fēng)力發(fā)電站產(chǎn)生最大效應(yīng)Pmax，該最大效應(yīng)Pmax也被稱為額定功率。在區(qū)域101中，風(fēng)力發(fā)電站被構(gòu)造成使風(fēng)力發(fā)電站的功率輸出和生產(chǎn)量最大化并且最佳地利用風(fēng)能。風(fēng)能含量隨風(fēng)速的三次方增加，但是從純粹的物理觀點和設(shè)計觀點來說，風(fēng)能設(shè)備能夠利用多少能量將取決于風(fēng)力發(fā)電站的各部分的結(jié)構(gòu)。總的來說，風(fēng)力發(fā)電站被設(shè)計成產(chǎn)生最大的年功率輸出。因此，額定風(fēng)速VM的量級主要設(shè)定為與風(fēng)力發(fā)電站所處地區(qū)的當(dāng)?shù)仫L(fēng)力條件和平均風(fēng)速匹配，額定風(fēng)速VM通常是12-16m/s的量級。另外，例如發(fā)電機尺寸的其它因素對額定風(fēng)速的絕對精確量級而言也很重要。從額定風(fēng)速VM直到轉(zhuǎn)子停止的切出風(fēng)速Vs(也被稱為停止或截止速度)，風(fēng)力發(fā)電站被構(gòu)造為產(chǎn)生大致恒定的最大功率Pmax，該最大功率是通過功率調(diào)節(jié)獲得的?？梢愿鶕?jù)將在下文中簡要描述的三種不同方法，借助葉片調(diào)節(jié)不同風(fēng)速下的功率攝取量與飛行器失去提升力且開始失速類似，葉片可以轉(zhuǎn)動以使得失去提升力并且轉(zhuǎn)子輸出減少。在被動失速調(diào)節(jié)風(fēng)輪機的情況下，每個葉片以特定攻角固定安裝于輪轂上。葉片構(gòu)造成使得在強風(fēng)情況下在后側(cè)產(chǎn)生湍流。這種失速中斷了葉片的提升。風(fēng)力越強，湍流以及隨之產(chǎn)生的制動效果越強，由此調(diào)節(jié)風(fēng)輪機的輸出。主動失速調(diào)節(jié)風(fēng)輪機在調(diào)節(jié)該效果時將葉片的后邊緣迎風(fēng)上彎很小的角度(負(fù)槳距角)。這是通過將整個葉片繞其軸線轉(zhuǎn)動(調(diào)節(jié)槳距)發(fā)生的-最常見的是通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)的。近年來大型風(fēng)力發(fā)電站的大部分轉(zhuǎn)子都是槳距調(diào)節(jié)的。這里，通過使葉片的前邊緣迎風(fēng)上彎(正槳距角)，根據(jù)風(fēng)力條件調(diào)節(jié)功率輸出，這與前述將葉片的后邊緣迎風(fēng)上彎的主動失速調(diào)節(jié)風(fēng)輪機不同。除了通過葉片進行功率調(diào)節(jié)(這是最常用的一種)之外，風(fēng)力發(fā)電站還可以例如通過偏離風(fēng)(outofthewind)逐漸改變轉(zhuǎn)子的槳距來進行功率調(diào)節(jié)。通常，在額定風(fēng)速VM和切出風(fēng)速Vs之間這樣提升風(fēng)速的情況下可以實際提取的額外功率不會被利用，這是因為一方面與出現(xiàn)這種高風(fēng)速的頻率相比、另一方面與由相應(yīng)較大的風(fēng)力負(fù)載所帶來的額外生產(chǎn)成本相比是無利可圖的，其中該額外的生產(chǎn)成本為更加堅固的傳動裝置、塔架、發(fā)電機等等的形式。從而，在速度VM和Vs之間的區(qū)間102中，風(fēng)力發(fā)電站通常被構(gòu)造成使風(fēng)力發(fā)電站上的負(fù)載最小化。同樣地，帶有相對柔性葉片的風(fēng)力發(fā)電站的尺寸通常設(shè)計成使得葉片是在高風(fēng)速下在區(qū)間102中要求精確的必要參數(shù)。在為切出風(fēng)速Vs的強力狂風(fēng)中，停止風(fēng)力發(fā)電站，以便防止過載或者最壞情況下的毀壞。切出風(fēng)速是希望節(jié)省風(fēng)輪機和希望獲得最大能源產(chǎn)量的一種折衷和權(quán)衡，其通常是關(guān)于風(fēng)輪機的總年產(chǎn)量而單獨確定的。根據(jù)這些以及歷史原因，當(dāng)今市場上幾乎所有的風(fēng)力發(fā)電站都采用Vs=25m/s的標(biāo)準(zhǔn)切出風(fēng)速。圖2示出了風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出200，這是來自該組中單個風(fēng)力發(fā)電站的功率曲線201(為了簡明起見，在圖中只示出了幾條曲線)的總和。按照慣例，風(fēng)力發(fā)電站組或風(fēng)電場由多個相同的風(fēng)輪機組成，每個風(fēng)輪機被設(shè)計為使得年功率輸出最大化，并且因此使得功率輸出在風(fēng)輪機所處的給定風(fēng)環(huán)境中最大化。然而，在例如由單個風(fēng)力發(fā)電站在特定風(fēng)向下的相互的滑流中的位置、不同的轉(zhuǎn)子傾斜設(shè)定等等得出的功率曲線201之間可能有很多不同。此外，某些風(fēng)力發(fā)電站可以不同于其它的風(fēng)力發(fā)電站進行調(diào)節(jié)，以便例如在總發(fā)電量超過某一最大值或者例如在供電網(wǎng)絡(luò)要求風(fēng)電場向電力網(wǎng)絡(luò)供給較少電能的情況下停止。這由功率曲線203顯示在圖中并反應(yīng)在整個風(fēng)力發(fā)電站組的總功率曲線200中。如圖2的總功率曲線200清楚地示出，風(fēng)力利用取決于并極大地依賴于當(dāng)前的風(fēng)速。正如在
背景技術(shù)：
部分中提及的，這對風(fēng)能的利用和風(fēng)力發(fā)電站耦合的電力網(wǎng)絡(luò)造成相當(dāng)大量的問題。根據(jù)本發(fā)明的實施例，盡管每個單個風(fēng)輪機在相同或大致相同的風(fēng)環(huán)境中工作，但是通過將風(fēng)力發(fā)電站組設(shè)計成使其包括設(shè)計為和優(yōu)化為在風(fēng)速范圍中的不同間隔或區(qū)間處提供最大功率輸出的風(fēng)力發(fā)電站，可以解決或至少補救上述問題。有利的是(Ipopularterms),單獨來看(從功率輸出的觀點來看)，某些風(fēng)輪機是這樣設(shè)計和構(gòu)造為非優(yōu)化的，以便由此提供從整個組來看更加均勻的輸出。令人驚訝的方面還在于有利的其它原因，一方面是經(jīng)濟原因，另一方面是單個風(fēng)輪機的技術(shù)原因。這將在下面進行詳細(xì)闡述。該構(gòu)思顯示在圖3中，圖3示出了耦合到同一電力網(wǎng)絡(luò)301的風(fēng)力發(fā)電站組或風(fēng)電場組300的一部分。正如上面所述和整個說明書中所述，風(fēng)力發(fā)電站組在此理解為耦合到同一電力網(wǎng)絡(luò)的兩個或更多個風(fēng)力發(fā)電站。風(fēng)輪機302(其準(zhǔn)確數(shù)量對于本發(fā)明的原理而言不重要)是傳統(tǒng)的風(fēng)輪機，該風(fēng)輪機設(shè)計和構(gòu)造成使其在所處的給定風(fēng)環(huán)境中年功率輸出最大化，并且具有如先前的圖2和圖4所示的同一共同類型的功率曲線201，402。根據(jù)本發(fā)明，這些風(fēng)力發(fā)電站由一個或多個風(fēng)力發(fā)電站303進行補充，補充的風(fēng)力發(fā)電站與其余的發(fā)電站不同，并未設(shè)計成在其所處的風(fēng)環(huán)境中使得年功率輸出最大化。相反，它們被設(shè)計和構(gòu)造成通過在該風(fēng)速范圍的其它較低間隔或區(qū)間410處具有最大功率輸出來補充其余的風(fēng)力發(fā)電站。因此，處于相同風(fēng)環(huán)境中的整個風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出在更大的風(fēng)速區(qū)間內(nèi)最大化，并且與所有風(fēng)輪機都是相同類型的情形相比，總功率曲線406在風(fēng)速更低的情況下達到最大功率輸出。這顯示在圖4中，圖4示出了用于常規(guī)風(fēng)力發(fā)電站302的功率曲線402，具有額定風(fēng)速(VM)a和一直到上述的切出風(fēng)速(Vs)a的功率調(diào)節(jié)。此外，虛線顯示了用于兩個相同傳統(tǒng)類型的這種風(fēng)能發(fā)電站的總功率曲線405以及用于兩個不同類型并且根據(jù)本發(fā)明所述的不同原理設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電站302，303的總功率曲線406。后者的總功率曲線406是常規(guī)功率曲線402和功率曲線403的總和，功率曲線403在比該組中其它風(fēng)輪機更低的風(fēng)速(VM)b下提供最大功率輸出，如箭頭411所示。如上所述，這個其它類型的風(fēng)力發(fā)電站303被設(shè)計和構(gòu)造為在低風(fēng)速情況下產(chǎn)生最大的功率輸出，并因此在風(fēng)速范圍的不同于組406中第一風(fēng)力發(fā)電站302的另一個間隔或區(qū)間410中產(chǎn)生最高的最大功率(Pmax)或額定功率。因此，組406的總功率輸出在風(fēng)速范圍中的更低風(fēng)速下也相應(yīng)地增大。由此通過這種不同類和不同組成的風(fēng)力發(fā)電站組獲得的總功率輸出的變化以同樣方式由箭頭412和圖中的陰影區(qū)域進行圖示。為了簡明起見，在圖中只畫出一組兩個風(fēng)力發(fā)電站的功率曲線，但是所述的相同原理可應(yīng)用于更大的組，該更大的組包括每一類型的多個渦輪或者包括多于正好兩個的多個不同類型的渦輪。因此，所繪制的用于補充該組中的風(fēng)力發(fā)電站的功率曲線403是用來顯示本發(fā)明的原理，從而，其不是為提供理想功率的唯一選擇，其中所述理想功率具有在風(fēng)速范圍中的低風(fēng)速下特別增加的總功率輸出。在接下來的附圖中圖示了其它可能的功率曲線。在圖4所示的實施例中，第二種類型的風(fēng)力發(fā)電站303具有比常規(guī)的額定風(fēng)速(VM)a和切出風(fēng)速(Vs)a低的額定風(fēng)速(VM)8和切出風(fēng)速(Vs)b。切出風(fēng)速的減小是至關(guān)重要的，因為正是切出風(fēng)速的減小使得能夠在低風(fēng)速下增大功率輸出。風(fēng)力發(fā)電站可設(shè)計為這種功率曲線403，通過定制轉(zhuǎn)子及其尺寸確保在低風(fēng)速下提高風(fēng)能的利用。例如，可將葉片制造得更長，由此增加轉(zhuǎn)子掃掠面積，可以通過比如增加葉片的寬度來增大實度(葉片所覆蓋的轉(zhuǎn)子掃掠面積部分)，或者可以改變?nèi)~片輪廓的設(shè)計。然而，這種設(shè)計參數(shù)的改變也會造成風(fēng)力發(fā)電站上的負(fù)載大量增大，由此可見，為了使風(fēng)輪機不會在高風(fēng)速下毀壞，要同時減小切出風(fēng)速(Vs)b。除了低風(fēng)速下增加的產(chǎn)量，如上述設(shè)計的風(fēng)力發(fā)電站還能夠如在圖中所示地那樣在更低的風(fēng)速(V。)b下起動和開始產(chǎn)生能量。如上所述構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電站的這種方式的有利之處在于在風(fēng)速的較寬的范圍提高風(fēng)能的利用。一方面在社會經(jīng)濟學(xué)觀點上這是有利的，因為能夠利用更多的時間使用風(fēng)能，但是也與結(jié)合電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、控制和調(diào)節(jié)同樣地，其中不然極度不均勻的風(fēng)能利用會導(dǎo)致如
背景技術(shù)：
部分中所述的許多問題。然而，如圖4中清楚地示出，與只使用相風(fēng)力發(fā)電站組的總輸出功率在最高風(fēng)速的情況下要小一些。但是，從全局觀點來看，這不是問題，因為在通常那些高風(fēng)速下仍舊會產(chǎn)生比需求更多的電流。相反地，這可能是有利的，因為可以避免縮減風(fēng)電場的功率輸出及其控制的需要，這種需要和價格上漲因素一樣復(fù)雜。當(dāng)考慮電力價格時，補充或構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電站組的所述方式還具有的顯著優(yōu)勢就變得明顯了。同樣如
背景技術(shù)：
部分所述，電力價格和生產(chǎn)商能夠銷售其電能的價格是根據(jù)供需和電力網(wǎng)絡(luò)的輸電容量有多大而不斷地進行調(diào)節(jié)。因此，還可以看出電力的地區(qū)價格直接依賴于風(fēng)力發(fā)電量，如圖5所示的2006年西部丹麥的情況。對于尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計為用于最大年功率輸出的已有風(fēng)力發(fā)電站，這必然意味著市場電力價格在低風(fēng)速時較高，并且隨著風(fēng)速的增加而降低。通過構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電站組，從而在總年產(chǎn)量上實現(xiàn)較大的減少，但是由于在低風(fēng)速時獲得的電流具有比高風(fēng)速時損失的電流好得多的售價，所以年產(chǎn)量的價值是增加的。這由下面的例子進行說明。在例如很大程度上對應(yīng)于遠(yuǎn)離Jutlandic西海岸的HornsRev的9m/s平均風(fēng)速的情況下，對于具有對應(yīng)于當(dāng)今市場上最大風(fēng)輪機的126m轉(zhuǎn)子直徑的5MW風(fēng)輪機，在4到25m/s的風(fēng)速區(qū)間內(nèi)期望的年產(chǎn)量是大約21.3GWh(千兆瓦小時)。而如果改為選擇16m/s的切出速度，年產(chǎn)量是16.5GWh，對應(yīng)于22.5%的能量輸出損失。具有對應(yīng)于當(dāng)今市場上最大風(fēng)輪機的126m轉(zhuǎn)子直徑的5MW風(fēng)輪機的起點，在不同風(fēng)速的情況下和具有不同平均風(fēng)速的區(qū)域中對期望的年能量輸出進行估算。在例如很大程度上對應(yīng)于遠(yuǎn)離Jutlandic西海岸的HornsRev的9m/s平均風(fēng)速的情況下，在4到25m/s的風(fēng)速區(qū)間內(nèi)期望的年產(chǎn)量是大約21.3GWh。如果改為選擇16m/s的切出速度，年產(chǎn)量變成16.5GWh，對應(yīng)于22.5%的能量輸出損失。然而，假設(shè)平均地區(qū)價格在風(fēng)速低于16m/s的情況下是0.5DKK/kWh，在風(fēng)速高于16m/s的情況下為0.10DKK，22.5%的發(fā)電損失僅對應(yīng)于6%的收入損失。如果改為考慮對應(yīng)于丹麥許多地方的平均風(fēng)速為8m/s的地方，源自風(fēng)輪機的收入損失僅為4%?？赡茉摾铀x擇的價格過于極端，但是在電流價格差異較小的情況下這種趨勢和結(jié)論仍舊是有效的。因為在風(fēng)速高達16m/s時為達到"收支平衡"產(chǎn)量僅僅要增加4%,所以可以利用風(fēng)輪機能夠在16m/s而不是25m/s時已經(jīng)停止的事實來優(yōu)化轉(zhuǎn)子，以在風(fēng)速高達16m/s時增加產(chǎn)量。如上所述，這可以通過增加4%的掃掠面積以簡單的方式實現(xiàn)，掃掠面積增加4%要求葉片的長度增加2%，對應(yīng)于例如從61.5m增加到62.7m。然而，如果整個轉(zhuǎn)子和風(fēng)輪機從開始就被優(yōu)化為專門在從4m/s到例如16m/s的風(fēng)速區(qū)間內(nèi)運轉(zhuǎn)，那么由于在從16到25m/s的風(fēng)速區(qū)間內(nèi)風(fēng)輪機上的負(fù)載通常非常大，所以電壓甚至更大。下面的表包括了在高達切出風(fēng)速的風(fēng)速下為達到收支平衡所要求的產(chǎn)量增加(以％表示)，假設(shè)初始的切出風(fēng)速為25m/s，在風(fēng)速低于所選擇的切出風(fēng)速時平均地區(qū)價格為0.50DKK/kWh，在風(fēng)速高于所選擇的切出風(fēng)速時平均地區(qū)價格為0.10DKK/kWh。<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>在圖6中繪制出了覆蓋本發(fā)明其它實施例的其它類型的功率曲線，以及用于比較的常規(guī)功率曲線201。在這里，功率曲線601示出了在低風(fēng)速下提供較高功率輸出，但在與第一常規(guī)發(fā)電站相同或者甚至更低的最大功率Pmax處進行功率調(diào)節(jié)并且具有更低的額定風(fēng)速的風(fēng)力發(fā)電站。因此從更低的風(fēng)速開始進行功率調(diào)節(jié)。功率曲線602示出了在與第一常規(guī)發(fā)電站相同的風(fēng)速(未改變的額定風(fēng)速)下開始調(diào)節(jié)功率的風(fēng)力發(fā)電站，但是該風(fēng)力發(fā)電站設(shè)計為一直到切出風(fēng)速都獲得更高的功率輸出。最后，通過未進行功率調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電站同樣可以在低風(fēng)速下獲得同樣增加的功率輸出。這種功率曲線如圖中的603所示。那么，風(fēng)力發(fā)電站可以設(shè)置有例如更大的轉(zhuǎn)子并且一直到其就象這樣沒有進行前述功率調(diào)節(jié)而停止都產(chǎn)生最大功率。因此獲得的有利方面是，可以省略功率調(diào)節(jié)裝置和機構(gòu)，從而使風(fēng)力發(fā)電站大大地簡化并且制造成本低廉。這還會使得風(fēng)輪機重量減輕，從而作用在風(fēng)輪機上的力也明顯地減少。隨后，這還會使得風(fēng)輪機在風(fēng)速比其它情況略高時停止?？梢岳斫獾氖?，在本說明書和附圖中教導(dǎo)的發(fā)明可以進行變形和改變，同時繼續(xù)包含在以下權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種設(shè)置在大致相同的風(fēng)環(huán)境中的風(fēng)力發(fā)電站組，包括至少第一風(fēng)力發(fā)電站和至少第二風(fēng)力發(fā)電站，其中所述第一風(fēng)力發(fā)電站在第一風(fēng)速區(qū)間內(nèi)具有最大的功率輸出，其特征在于，所述第二風(fēng)力發(fā)電站設(shè)計成在第二風(fēng)速區(qū)間內(nèi)具有最大的功率輸出，所述第二風(fēng)速區(qū)間不同于所述第一風(fēng)速區(qū)間并且開始于比所述第一風(fēng)速區(qū)間更低的風(fēng)速，以使得在更低的風(fēng)速下增大所述風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出。2.根據(jù)權(quán)利要l的風(fēng)力發(fā)電站組，其特征在于，所述第二風(fēng)力發(fā)電站具有比所述第一風(fēng)力發(fā)電站更低的切出風(fēng)速。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中一個或多個的風(fēng)力發(fā)電站組，其特征在于，所述第二風(fēng)力發(fā)電站具有比所述第一風(fēng)力發(fā)電站更大的轉(zhuǎn)子掃掠面積。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中一個或多個的風(fēng)力發(fā)電站組，其特征在于，所述第二風(fēng)力發(fā)電站具有比所述第一風(fēng)力發(fā)電站更大的實度。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中一個或多個的風(fēng)力發(fā)電站組，其特征在于，所述第二風(fēng)力發(fā)電站不包括功率調(diào)節(jié)裝置。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中一個或多個的風(fēng)力發(fā)電站組，其特征在于，所述第二風(fēng)力發(fā)電站具有比所述第一風(fēng)力發(fā)電站更低的額定風(fēng)速。7.—種設(shè)計設(shè)置在大致相同的風(fēng)環(huán)境中的風(fēng)力發(fā)電站組的方法，所述風(fēng)力發(fā)電站組包括至少第一風(fēng)力發(fā)電站和至少第二風(fēng)力發(fā)電站，其中所述第一風(fēng)力發(fā)電站在第一風(fēng)速區(qū)間內(nèi)具有最大的功率輸出，其特征在于，將所述第二風(fēng)力發(fā)電站設(shè)計成在第二風(fēng)速區(qū)間內(nèi)具有最大的功率輸出，所述第二風(fēng)速區(qū)間不同于所述第一風(fēng)速區(qū)間并且開始于比所述第一風(fēng)速區(qū)間更低的風(fēng)速，以使得在更低的風(fēng)速下增大所述風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出。8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，將所述第二風(fēng)力發(fā)電站設(shè)計成在第二風(fēng)速區(qū)間內(nèi)具有最大的功率輸出，以使得所述風(fēng)力發(fā)電站組的總功率輸出的價值最大。9.根據(jù)權(quán)利要求7-8中一個或多個的方法，其特征在于，通過選擇葉片長度來設(shè)計所述第二風(fēng)力發(fā)電站。10.根據(jù)權(quán)利要求7-9中一個或多個的方法，其特征在于，通過選擇實度來設(shè)計所述第二風(fēng)力發(fā)電站。11.根據(jù)權(quán)利要求7-10中一個或多個的方法，其特征在于，所述方法進一步包括利用所述風(fēng)力發(fā)電站組的輸電容量來確定所述第二風(fēng)力發(fā)電站的理想功率輸出。12.根據(jù)權(quán)利要求7-11中一個或多個的方法，其特征在于，所述方法進一步包括利用電流價格來確定所述第二風(fēng)力發(fā)電站的理想功率輸出。13.—種領(lǐng)跑型和快進型風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，不包括功率調(diào)節(jié)裝置。14.根據(jù)權(quán)利要求13的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，不包括主動失速調(diào)節(jié)。15.根據(jù)權(quán)利要求13-14中一個或多個的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，不包括被動失速調(diào)節(jié)。16.根據(jù)權(quán)利要求13-15中一個或多個的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于，不包括槳距調(diào)節(jié)。17.—種包括一個或多個如權(quán)利要求13-16中一個或多個所述的風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力發(fā)電站組。全文摘要本發(fā)明涉及設(shè)置在大致相同風(fēng)環(huán)境中的風(fēng)力發(fā)電站組，包括至少第一風(fēng)力發(fā)電站和至少第二風(fēng)力發(fā)電站，第一站在第一風(fēng)速區(qū)間具有最大的功率輸出，第二站設(shè)計成在第二區(qū)間具有最大的功率輸出，第二區(qū)間不同于第一區(qū)間且始于更低風(fēng)速，以在更低風(fēng)速下增大該組的總功率輸出。此外，本發(fā)明涉及設(shè)計所述風(fēng)力發(fā)電站組的方法。例如通過將補充站設(shè)計成有較大轉(zhuǎn)子區(qū)域和較低切出風(fēng)速；或通過使用沒有功率調(diào)節(jié)裝置的站。由此該組的發(fā)電量更一致并且不依賴于當(dāng)時的風(fēng)速。補充站的較小功率輸出一方面通過風(fēng)輪機較低的生產(chǎn)和運轉(zhuǎn)成本、另一方面通過較高的電力價格來完全或部分地平衡。文檔編號F03D9/00GK101680425SQ200880013800公開日2010年3月24日申請日期2008年4月22日優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日發(fā)明者B·E·彼澤森申請人:Lm玻璃纖維有限公司