風(fēng)能設(shè)備以及用于運行風(fēng)能設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于運行風(fēng)能設(shè)備的方法，所述風(fēng)能設(shè)備用于從風(fēng)能中產(chǎn)生電能。此外，本發(fā)明涉及一種相應(yīng)的風(fēng)能設(shè)備，所述風(fēng)能設(shè)備具有轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片具有基本上水平的旋轉(zhuǎn)軸線。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能設(shè)備通常是已知的并且現(xiàn)今最經(jīng)常碰到的風(fēng)能設(shè)備類型是所謂的水平軸線風(fēng)能設(shè)備。在此，具有轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子圍繞基本上水平的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸線可以略微地傾斜，例如傾斜幾度，但是在專業(yè)領(lǐng)域中仍稱為水平軸線，即區(qū)分于完全不同的設(shè)備類型例如所謂的達(dá)利渦斯(Darrieus)轉(zhuǎn)子。
[0003]這樣的水平軸線風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子掃掠基本上垂直的轉(zhuǎn)子平面或者轉(zhuǎn)子面。該轉(zhuǎn)子面在現(xiàn)代風(fēng)能設(shè)備中也顯著地沿著豎直方向延伸。每個轉(zhuǎn)子葉片在此在旋轉(zhuǎn)時用其葉片尖端在六點鐘部位到達(dá)該轉(zhuǎn)子面的最深點一次并且在12點鐘部位到達(dá)該轉(zhuǎn)子面的最高點。該最高點在此可以有時高于最深點數(shù)倍。E-82類型的ENERCON風(fēng)能設(shè)備例如具有82m的轉(zhuǎn)子直徑并且存在如下變型形式，其中輪轂高度、即轉(zhuǎn)子面的軸線高度或者中點設(shè)置在78m的尚度中。也就是說，在此最株點位于37m的尚度上并且該最尚點位于119m的尚度上。最高點由此是最深點的三倍高。即使在更高的輪轂高度情況下，在轉(zhuǎn)子面的該最深點和最高點之間也存在顯著的高度差。
[0004]以實際視點來觀察，風(fēng)具有自然的高度廓線，據(jù)此，所述風(fēng)(對于相關(guān)的高度而言)隨著高度的增加在地基上更高或者更強(qiáng)。被掃掠的轉(zhuǎn)子面的高度差由此引起相應(yīng)地存在不同強(qiáng)度的風(fēng)。相應(yīng)地，風(fēng)在最深點是最弱的而在高點是最強(qiáng)的。換言之，即風(fēng)能設(shè)備被大氣邊界層內(nèi)或強(qiáng)或弱地形成的剪切流繞流。這可以稱為風(fēng)高度廓線并且該風(fēng)高度廓線在風(fēng)能設(shè)備運行時引起轉(zhuǎn)子葉片處的局部的攻角的波動，使得會出現(xiàn)所不期望的交變負(fù)荷和不均勻的扭矩輸出。也會出現(xiàn)因轉(zhuǎn)子葉片處的流動分離而引起的增強(qiáng)的聲發(fā)射。
[0005]應(yīng)當(dāng)指出，該觀察尤其是觀察和涉及因風(fēng)高度廓線引起的這些問題。增加困難的是，不同程度湍流的風(fēng)自然也會引起不同的觀察。然而這些問題在此被排除，因為它們通?？梢员缓雎曰蛘呷绻鼈儾豢梢员缓雎裕敲此鼈冃枰獑为氂^察，所述單獨觀察在此不是主題。
[0006]為了解決該問題或者這些問題，已經(jīng)在US 6，899，523中提出一種葉片設(shè)計，所述葉片設(shè)計具有不同的部段，所述部段設(shè)計用于不同的葉尖速比。從US 2010/0290916中已知一種所謂的集成的葉片設(shè)計，其中轉(zhuǎn)子葉片被設(shè)計為，即所述轉(zhuǎn)子葉片在盡可能大的攻角或者迎流角上仍具有令人滿意的升阻比。由此在該處提出:盡可能不將葉片優(yōu)化到各個盡可能最佳的攻角上，而是更愿意關(guān)于攻角實現(xiàn)略大的區(qū)域，即使所述升阻比對于最佳的攻角而目不應(yīng)再是最佳的。
[0007]然而，隨著風(fēng)能設(shè)備的大小增大，因風(fēng)高度廓線引起的差異增加并且從而相應(yīng)的問題增加。
[0008]德國專利商標(biāo)局在關(guān)于本申請的優(yōu)先權(quán)申請中檢索了下述現(xiàn)有技術(shù):US6, 899, 523 B2，US 2010/0 074 748 Al，US 2010/0 078 939 Al，US 2010/0 092 288 Al，US 2010/0 290 916 Al 和 BOSSANYI, E.A.:1ndividual Blade Pitch Control for LoadReduct1n.1n:ffind Energy 2003 年第 6 卷，第 119-128 頁-Online-1SSN: 1099-1824。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明由此基于下述目的:解決所提到的問題中的至少一個。尤其是要提出一種解決方案，其中減少因風(fēng)高度廓線產(chǎn)生的負(fù)荷、降低聲發(fā)射和/或提高收益。至少要提出一種替選的解決方案。
[0010]根據(jù)本發(fā)明提出一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。
[0011]由此描述了一種風(fēng)能設(shè)備，所述風(fēng)能設(shè)備具有空氣動力學(xué)的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片具有基本上水平的旋轉(zhuǎn)軸線，以便從風(fēng)能中產(chǎn)生電能。
[0012]風(fēng)能設(shè)備在此定向為，使得方位位置與恰好到風(fēng)中的定向偏離了方位均衡角。目前，風(fēng)能設(shè)備用其方位位置恰好到風(fēng)中地定向，以便也能夠最佳地利用風(fēng)。但是此時提出:有意地相對于關(guān)于風(fēng)的這種最佳的定向調(diào)節(jié)風(fēng)能設(shè)備的方位位置或者方位定向、即調(diào)節(jié)了方位均衡角。已經(jīng)認(rèn)識到，通過這種方位調(diào)節(jié)能夠降低作用到轉(zhuǎn)子葉片上的因風(fēng)高度廓線引起的交變負(fù)荷。轉(zhuǎn)子葉片因此不再完全地垂直于風(fēng)運動，而是與其略微傾斜地運動。在適當(dāng)?shù)貙嵭性摲轿徽{(diào)節(jié)時，這意味著:每個轉(zhuǎn)子葉片通過相對于風(fēng)的這種傾斜的運動在轉(zhuǎn)子面的上部部分中大致遠(yuǎn)離風(fēng)運動并且從而在下部部分中大致朝向風(fēng)運動。
[0013]根據(jù)一個實施方式提出:風(fēng)能設(shè)備關(guān)于從風(fēng)能設(shè)備朝向風(fēng)的視線向右與到風(fēng)中的定向偏離，或者所述風(fēng)能設(shè)備在其方位位置中關(guān)于從上到風(fēng)能設(shè)備上的視線沿著順時針相對迎著風(fēng)的定向偏離。也就是說，風(fēng)能設(shè)備在其方位位置中被向右調(diào)節(jié)。這與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向相關(guān)聯(lián)，所述轉(zhuǎn)子通常從風(fēng)能設(shè)備的視線中逆時針轉(zhuǎn)動或者從前方的、即常規(guī)地從風(fēng)向到風(fēng)能設(shè)備上的視線中順時針轉(zhuǎn)動。如果風(fēng)能設(shè)備以相對該通常的旋轉(zhuǎn)方向偏離地從風(fēng)能設(shè)備的視線中順時針轉(zhuǎn)動或者從前方的、即常規(guī)地從風(fēng)向到風(fēng)能設(shè)備上的視線中逆時針轉(zhuǎn)動，那么也相應(yīng)地調(diào)整所提出的方位調(diào)節(jié)。
[0014]在0.5°至3.5°的范圍中的方位均衡角已經(jīng)會引起有利的效果、即葉片負(fù)荷的均衡、即交變負(fù)荷的減少。優(yōu)選地，該區(qū)域在1°至3°中并且特別是提出1.5°至2.5°的范圍，所述范圍在從測試中已引起極其正面的效果。這樣的相對小的值也可以具有下述優(yōu)點:必須考慮因非最佳地調(diào)節(jié)方位角而引起的少量的收益損失。在第一近似中，收益與調(diào)節(jié)相對于風(fēng)的方位角的相關(guān)性通過正弦函數(shù)來描述。這就是說，對于角度0、即最佳的定向而言，存在為I的最大值，所述最大值在角度偏離小到零的情況下幾乎不減小，如從正弦函數(shù)中已知的那樣。
[0015]根據(jù)一個實施方式提出:根據(jù)主導(dǎo)的風(fēng)速選擇方位均衡角。這樣例如在風(fēng)弱時可以選擇較小的方位均衡角，以便于是將風(fēng)能設(shè)備僅小于最佳的定向地調(diào)節(jié)到直接迎著風(fēng)，因為例如在風(fēng)弱時絕對負(fù)荷是較小的并且從而交變負(fù)荷也具有較小的作用、尤其是引起較小的疲勞現(xiàn)象。主導(dǎo)的風(fēng)速在此例如可以通過風(fēng)能設(shè)備上的風(fēng)速計或者通過另一種方法檢測。
[0016]此外或者替選地提出:循環(huán)周期地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片的各個葉片角，使得減少因風(fēng)的高度廓線引起的交變負(fù)荷。葉片角在此表示轉(zhuǎn)子葉片的攻角，所述攻角也稱為俯仰角。在此尤其是可以將葉片角調(diào)節(jié)為，使得所述葉片角在轉(zhuǎn)子面的上部的區(qū)域中被調(diào)節(jié)為大致偏離風(fēng)并且在轉(zhuǎn)子面的下部的區(qū)域中被調(diào)節(jié)為大致迎著風(fēng)。這尤其是應(yīng)當(dāng)循環(huán)周期地進(jìn)行、即不基于持續(xù)的測量并且因此盡可能不以調(diào)控的形式而是通過固定的值進(jìn)行，所述值與每個葉片的每個旋轉(zhuǎn)位置或者旋轉(zhuǎn)位置的區(qū)域相關(guān)聯(lián)。在此，該相關(guān)性可以考慮其它參數(shù)如主導(dǎo)的風(fēng)速、地點依賴性、風(fēng)向、季節(jié)和白晝。對葉片負(fù)荷的持續(xù)測量、例如通過測量葉片曲率可以停止。相應(yīng)地，也通過調(diào)控來避免可能的穩(wěn)定性問題，盡管調(diào)控的使用也可以是實施的選項。
[0017]通過循環(huán)周期地調(diào)節(jié)葉片的葉片角來減少交變負(fù)荷可以遵循以之前所記錄的測數(shù)值或者之前所計算的值或者這些設(shè)備或者其它設(shè)備的經(jīng)驗值。相應(yīng)地，對于每個轉(zhuǎn)子葉片單獨地進(jìn)行葉片角的各自的設(shè)定。各自的設(shè)定在此能夠這樣進(jìn)行，使得當(dāng)風(fēng)能設(shè)備例如具有三個轉(zhuǎn)子葉片時，對于每個葉片而言使用相同的、但是從一個葉片到下一個葉片移動120°的設(shè)定函數(shù)。在此重要的是，每個轉(zhuǎn)子葉片提供專用的轉(zhuǎn)子葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0018]根據(jù)一個實施方式提出:將葉片角循環(huán)周期地調(diào)節(jié)為，使得迎流角保持盡可能恒定。這相應(yīng)地對于每個轉(zhuǎn)子葉片單獨地提出。迎流角在此是下述角，借助于所述角，視風(fēng)在該處在葉片尖端處流向轉(zhuǎn)子葉片。替代于葉片尖端或者除了葉片尖端之外，也可以基于轉(zhuǎn)子葉片的靠外的三分之一的區(qū)域、尤其是在轉(zhuǎn)子葉片長度的70%、75%、80%的區(qū)域或者在70%至80%之間的區(qū)域(從轉(zhuǎn)子軸線處測量)。視風(fēng)在此是真風(fēng)與運動逆風(fēng)的矢量加和，所述運動逆風(fēng)因轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動并從而因葉片尖端的運動而存在。該視風(fēng)如開頭所描述的那樣隨著高度不僅在其幅度方面而且在其角度方面改變。提出:葉片轉(zhuǎn)動，使得所述葉片在其葉片尖端