CN102953940A

CN102953940A - 风力发电机

Info

Publication number: CN102953940A
Application number: CN2012103031229A
Authority: CN
Inventors: H.A.肖尔特-瓦辛克
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2013-03-06
Also published as: EP2565448A1; US20120049532A1

Abstract

本发明提供一种风力发电机。所述风力发电机包括：待冷却的至少一个单元；塔筒；布置在所述塔筒下端的锚固结构；以及热交换器。所述锚固结构至少部分地填充有液体。所述热交换器经配置以将所述液体用作冷却剂来冷却所述至少一个单元。

Description

风力发电机

技术领域

本发明大体涉及风力发电机，确切地说，涉及具有用于去除余热的热交换器的海上风力发电机。

背景技术

至少一些已知的风力发电机包括塔筒和安装在塔筒上的机舱。转子以可旋转方式安装到机舱并通过轴连接到发电机。从所述转子延伸出多片转子叶片。所述叶片朝向一定方向定向，这样穿过叶片的风便会使转子转动并使轴旋转，从而驱动发电机发电。

过去，风力发电机通常安装在陆上，从而可使用众所周知的构造方法，而且易于拆装和维修。但在一些国家，可用的陆上站较为稀少。此外，陆上风力发电机对居住在风力发电机站附近的居民产生的环境影响会限制陆上风力发电机的大小等。由于这些及其他原因，近年来，海上风力发电机站，即位于水体中的站，越来越受关注。

尽管现代风力发电机经常越来越高效地将转子的旋转转换成电力，但此过程始终会将一些能量转换成一些风力发电机部件中的热。

通常要从部件中去除这种余热，以保护部件并确保正常运行。传统上，这可通过一个或多个冷却系统来实现，所述冷却系统可借助于冷却介质将热从部件传输到散热器，从而可将热散发到风力发电机外部的空气中，和/或通过在风力发电机外部形成气流，使之穿过部件或内部热交换器来实现。

然而，就温度、湿度和纯度而言，外部空气的质量难以控制。此外，现代海上风力发电机的功率输出越来越大，从而通常也会产生余热。相对而言，空气是不良导热体，因此这些类型的冷却系统往往较大、昂贵且笨重。

或者，海水可用来冷却海上风力发电机的部件。然而，如果此冷却系统打开，则通常会存在有关结冰、堵塞和/或腐蚀的严重问题，而且如果冷却系统封闭，例如，使冷却介质通过放置在海水中的软管进行循环，则要解决结冰、暴风雨、漫水以及其他问题。

因此，需要持续改进海上风力发电机的冷却系统。

发明内容

一方面，本发明提供风力发电机。所述风力发电机包括：待冷却的至少一个单元；塔筒；布置在所述塔筒下端的锚固结构；以及热交换器。所述锚固结构至少部分地填充有液体。所述热交换器经配置以将所述液体用作冷却剂来冷却所述至少一个单元。

其中所述锚固结构包括外壁，且其中所述液体与所述外壁邻接。

其中所述锚固结构包括至少部分通过水体延伸到水底地面中的空心管，且其中所述空心管至少部分填充有所述液体。

其中所述锚固结构包括浮动平台或浮标，所述浮动平台或浮标至少部分地填充有所述液体并锚固到水底地面。

其中所述热交换器经配置以在所述至少一个单元的内部冷却循环与所述液体之间直接交换热。

其中所述风力发电机进一步包括经配置以直接冷却所述至少一个单元的主热交换器，且其中所述主热交换器通过共用冷却循环连接到所述热交换器。

其中所述热交换器为液液热交换器或气液热交换器。

其中所述液体包括海水和/或淡水。

其中所述液体通过所述锚固结构的外壁而与邻接的水热耦合。

其中所述锚固结构中所述液体的体积大于约5m³。

所述风力发电机进一步包括以下项中的至少一项：经配置以通过所述热交换器泵送所述液体的泵，以及经配置以从所述液体中去除碎屑的过滤器。

其中所述待冷却的至少一个单元为齿轮箱、发电机、逆变器或变压器。

另一方面，本发明提供海上风力发电机。所述海上风力发电机包括基础，所述基础具有安装在水底地面中的桩。所述桩具有所述水底地面上方至少部分地填充有冷却剂的部分。至少一个生热单元布置在所述桩的上方。所述海上风力发电机进一步包括冷却系统，所述冷却系统经配置以利用所述冷却剂来冷却所述至少一个生热单元。

其中所述基础为单桩基。

其中所述冷却系统包括热交换器，所述热交换器经配置以在所述至少一个生热单元的内部冷却循环与所述冷却剂之间直接交换余热。

其中所述冷却系统包括主热交换器以及次热交换器，所述次交换器连接到所述主热交换器并利用所述冷却剂，所述主热交换器经配置以直接冷却所述至少一个生热单元。

其中所述冷却系统经配置以借助热传导通过所述桩的外壁来散发所述至少一个生热单元的余热的大部分。

所述海上风力发电机进一步包括齿轮箱、发电机和逆变器中的至少一者，且其中所述冷却系统经配置以冷却所述齿轮箱、所述发电机和所述逆变器中的至少一者。

又一方面，本发明提供海上风力发电机。所述海上风力发电机包括锚固到水底地面的浮动单元，以及安装在所述浮动单元上的风力发电机。所述风力发电机包括：至少一个生热单元；以及冷却系统，其经配置以利用冷却剂来冷却所述至少一个生热单元。

又一方面，本发明提供海上风力发电机。所述风力发电机包括浮动单元、至少一个生热单元以及冷却系统。其中所述浮动单元部分地填充有冷却剂；所述生热单元布置在所述浮动单元的上方；所述冷却剂经配置以利用所述冷却剂来冷却所述至少一个生热单元。

其中所述浮动单元为浮动平台或浮标。

本发明的其他方面内容、优点和特征在所附权利要求书、具体说明和附图中显而易见。

附图说明

本说明书的其余部分参考附图，针对所属领域的一般技术人员，完整且可实现地详细阐明了本发明，包括其最佳模式，其中：

图1为示例性海上风力发电机的透视图；

图2为根据一项实施例的海上风力发电机的示意图；

图3为根据另一项实施例的海上风力发电机的示意图；

图4为根据又一项实施例的海上风力发电机的示意图；

图5为根据一项实施例的浮动式海上风力发电机的示意图；

图6为根据另一项实施例的浮动式海上风力发电机的示意图；

图7为根据一项实施例的海上风力发电机的冷却系统的示意图；

图8为根据另一项实施例的海上风力发电机的冷却系统的示意图；

图9为根据又一项实施例的海上风力发电机的冷却系统的示意图；以及

图10为根据一项实施例的方法的流程图。

具体实施方式

现将详细参考各实施例，每幅附图中将图示实施例的一个或多个实例。各个实例用以解释本发明而非限制本发明。例如，图示或描述为一项实施例的一部分的特征可用于或结合其他实施例，从而得到另一项实施例。本发明意图包括此类修改和变化。

本专利申请文件中所述的各实施例包括风力发电机组，其可架设在海上或近海且包括冷却系统。具体而言，本专利申请文件所述各实施例的冷却系统包括内部冷却剂贮存器，其布置在所述风力发电机的锚固结构的内部。这样便提供具有可靠的封闭式冷却系统的海上风力发电机组。

本专利申请文件所用术语“海上”是指湖、河或海等水体中的地点。本专利申请文件所用术语“水”是指盐水、淡水或这两者的混合物，以及活水和死水。本专利申请文件所用术语“叶片”是指在相对于周围流体运动时产生反作用力的任意装置。本专利申请文件所用术语“风力发电机”是指从风能产生旋转能，具体而言，将风的动能转化成机械能的任意装置。本专利申请文件所用术语“浮动式海上风力发电机”指安装在浮动结构上的海上风力发电机。本专利申请文件所用术语“风力发电机”是指从风能产生的旋转能中产生电力，具体而言，将从风的动能转换得到的机械能转换成电力的任意风力发电机。本专利申请文件所用术语“锚固结构”是指用于将风力发电机支撑在水体中的任意支撑系统。本专利申请文件所用术语“锚固结构”可环绕安装在水底地面中的固定基础，例如，单桩基础，也可称为单极基础，和多极基础，以及锚固到所述水底地面的浮动单元，例如，浮动平台和主体。本专利申请文件所用术语“塔筒的下端”是指布置在风力发电机机舱对面的风力发电机塔筒的一端。所述塔筒的下端可布置成靠近甚至接触水体。

图1为示例性海上风力发电机10的透视图。在示例性实施例中，海上风力发电机10为水平轴风力发电机。或者，海上风力发电机10可为垂直轴风力发电机。在示例性实施例中，海上风力发电机10包括从锚固结构14延伸出的塔筒12、安装在塔筒12上的机舱16，以及连接到机舱16的转子18。

在示例性实施例中，锚固结构14成形为单桩基。单桩基14包括桩70，例如，钢桩，其通常成形为外直径范围介于约1m到约10m，通常介于约3m与约8m之间，且更常介于约3.5m与约4.5m之间的空心管。桩70从水底地面80延伸穿过水体90，例如，海。此外，桩70安装在，例如被打入到海床等水底地面80中的一定深度处。桩70放置在水底地面80的表面85下方的深度尤其取决于地下类型，但通常在约10米到约20米的范围内。在示例性实施例中，桩70形成于在水位95上方延伸的上部71中，作为供安装塔筒12和可选平台69的柱基。

转子18包括可旋转轮毂20，以及连接到轮毂20并从所述轮毂向外延伸的至少一片转子叶片22，例如，三片转子叶片22。具体而言，轮毂20通过转子轴（有时称为主轴或低速轴，图1中未图示）、齿轮箱46、高速轴和联轴器（图1中均未图示）以可旋转方式连接到所放置的发电机42。转子轴的旋转以可旋转方式驱动齿轮箱46，随后驱动高速轴。高速轴以可旋转方式驱动发电机42和联轴器，且高速轴的旋转促进发电机42发电。发电机42通常经由功率变换组件21和水下动力电缆（图1中未图示）连接到输电网。功率变换组件21可包括逆变器和/或变压器。在示例性实施例中，功率变换组件22布置在平台69上且在塔筒12内部。在其他实施例中，功率变换组件22的至少一部分，例如逆变器，布置在机舱16中。在其他实施例中，功率变换组件22的至少一部分，例如变压器，布置在平台69上但在塔筒12外部。

在一项实施例中，转子叶片22的长度在约15米（m）到约90m的范围内。或者，转子叶片22可具有可使风力发电机10如本专利申请文件所述那样运行的任意合适长度。例如，叶片长度的其他非限制性实例包括10m或以下、20m、37m，或大于90m的长度。图1的示例性实施例所示为上风向风力发电机10，其中转子18面向风。但转子18也可布置在下风向，即位于塔筒12的背风面。随着风从方向28击打转子叶片22，转子18围绕旋转轴130旋转。此外，在示例性实施例中，当方向28改变时，可围绕偏航轴38控制机舱16的偏航方向，以相对于方向28放置转子叶片22。

此外，转子叶片22的桨距角或叶片距，即决定转子叶片22相对于风向28的角度的角，可通过变桨调整系统32进行更改，以通过调整至少一片转子叶片22相对于风矢量的角位置来控制风力发电机10产生的负载和电力。图示了转子叶片22的变桨轴34。在风力发电机10运行期间，变桨调整系统32可改变转子叶片22的叶片距，从而将转子叶片22移动到顺桨位置，这样，至少一片转子叶片22相对于风矢量的角度可让朝向风矢量的转子叶片22的表面区域最小，从而促使转子18的转速减小和/或促使转子18失速。在示例性实施例中，每片转子叶片22的叶片距由控制系统36单独控制。或者，所有转子叶片22的叶片距可由控制系统36同时控制。此外，在示例性实施例中，当方向28改变时，可围绕偏航轴38控制机舱16的偏航方向，以相对于方向28放置转子叶片22。

在示例性实施例中，所示的控制系统36处于机舱16中的中心。但是，控制系统36可为分布式系统，分布于风力发电机10各处、浮动平台69上或中、浮动式风场内和/或远程控制中心处。控制系统36包括配置成执行本专利申请文件所述方法和/或步骤的处理器40。此外，本专利申请文件所述的许多其他部件包括处理器。本专利申请文件所用术语“处理器”并不限于在所属领域中称为计算机的集成电路，而是广泛地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器（PLC）、专用集成电路以及其他可编程电路，且本专利申请文件所用的这些术语可互换。应了解，处理器和/或控制系统还可包括存储器、输入通道和/或输出通道。

在本专利申请文件所述的各项实施例中，存储器可包括，但不限于，计算机可读媒体，例如随机存取存储器（RAM），和计算机可读非易失性媒体，例如闪存。或者，也可使用软盘、只读光盘（CD-ROM）、磁光盘（MOD）和/或数字多功能光盘（DVD）。此外，在本专利申请文件所述的各项实施例中，输入通道包括，但不限于，传感器和/或与操作员接口相关的计算机外围设备，例如鼠标和键盘。此外，在所述示例性实施例中，输出通道可包括，但不限于，控制装置、操作员接口监视器和/或显示器。

本专利申请文件所述的处理器用于处理从多个电气和电子装置传输的信息，所述装置可包括，但不限于，传感器、致动器、压缩机、控制系统和/或监视装置。例如，此类处理器的物理位置可位于控制系统、传感器、监视装置、台式计算机、笔记本电脑、可编程逻辑控制器（PLC）室和/或分布式控制系统（DCS）室中。RAM和存储装置用于存储并转移待由处理器执行的信息和指令。RAM和存储装置也可用于在处理器执行指令期间存储临时变量、静态（即，不变的）信息和指令，或其他中间信息，并将所述信息提供给处理器。所执行的指令可包括，但不限于，风力发电机控制系统控制命令。对指令序列的执行并不限于硬件电路和软件指令的任意特定组合。

为了根据外部请求传送所需的电输出功率并在变化的风力条件下稳定地传送，需要控制系统。通常，控制系统36可用作中央控制系统，通过单点操作状态（SPS）控制器等特殊硬件部件，以及以太网LAN、控制器局域网（CAN）总线、FlexRay总线等总线连接对风力发电机10进行控制。通常情况下，控制系统36用作监督风力发电机10的至少一部分功能的主控制器。这可包括对风力发电机10的其他控制器、与其他风力发电机的通信和/或风场管理系统进行控制，以及错误处理和操作优化。此外，可在控制系统36的硬件上执行SCADA（数据采集与监控系统）程序。控制系统36通常从传感器和风力发电机10的其他部件，例如发电机42，转子叶片22的负载传感器以及布置在机舱16上的风速计39接收信息。

图2为海上风力发电机210的示意图。类似于参考图1进行的说明，海上风力发电机210也为固定基础型。具体而言，海上风力发电机210包括安装到锚固结构14的塔筒12，所述锚固结构成形为单桩基。为清晰起见，图2中仅图示塔筒12的最低塔筒节121。机舱16通常安装到最高塔筒节（图2中未图示）。机舱16通常包括一个或多个生热单元21、42、46，所述生热单元至少在海上风力发电机210的正常运行期间生成余热，至少要不时地去除所述余热，以确保节约运行。下文中，生热单元21、42、44因而也称为待冷却单元。实例包括发电机42、齿轮箱46，以及功率变换组件21，例如，逆变器和/或变压器。此外，耗电装置，例如，控制系统和机柜可形成相应的待冷却单元。在其他实施例中，生热单元的一部分，例如，功率变换组件21的较大变压器布置在底部塔筒节121中和/或平台69上。

在示例性实施例中，锚固结构14包括成形为空心管的桩70。桩70的上部71在水体90的上方延伸。通常情况下，上部71成形为柱基，以有助于分别将塔筒节121和塔筒12的下端以及可选平台69安装到桩70。桩70的下部73布置在水底地面80中。通常情况下，桩70被打入到水底地面80中。桩70的下部73可填充有沙子、岩石、碎屑岩和/或混凝土。这样有助于将桩70锚定在水底地面80中。桩70的中间部分72在下部73和上部71之间形成过渡连接件。中间部分72延伸穿过水体90。

在示例性实施例中，桩70的中间部分72和上部71形成部分填充有液体30的圆柱形腔77。因此，液体30的贮存器，下文也称为贮液器，分别形成于桩70和锚固结构14中。例如，中间部分72填充有液体30，基本达到水体90的平均水位95。不用说，液体30的上水位也可高于或低于平均水位95。

根据一项实施例，贮液器的液体30用作海上风力发电机210的冷却系统的冷却剂。通常情况下，所述冷却系统包括热交换器51，所述热交换器热耦合到生热单元21、42、46中的至少一个单元，并且使用液体30作为冷却剂。因此，由相应生热单元21、42、46生成的余热的大部分，例如，80%以上，通常在90%以上，可经由内部冷却循环100从所述生热单元去除，并作为余热量Q1转移到锚固结构14内的贮液器。贮液器通常通过桩70的外壁而与水体90热耦合（热交换）。因此，余热量Q1的至少一大部分Q2，通常在约90%以上，通常通过外壁从贮液器转移到与所述外壁的外表面75邻接的水体90。这样，冷却系统经配置以通过桩70的壁来散发至少一个生热单元21、42、46的余热的至少一大部分。因此，为海上风力发电机210提供有效的封闭式冷却系统，从而避免上述结冰、暴风雨和漫水的问题。

贮液器的体积，即，锚固结构14中的液体30的体积，通常相对较大，例如，大于约5m³，常见的是大于约10m³，更常见的是大于约50m³。因此，平均高峰值的余热量可暂时储存在贮液器中。与水体90接触的外表面75的面积相对较大，例如，为数十m²。因此，可由热峰值负载造成的贮液器与水体90之间的较高温度梯度通常可十分迅速地降低。

液体30通常包括海水和/或淡水。水是良好的导热体，而且具有较高的比热容。此外，可从易于接近的周围水体90的水中获得液体30的至少一大部分。因此，可节约成本。如果液体30为水溶液，则可添加添加剂，例如，乙二醇等防冻剂。在其他实施例中，液体30可为油。为了减少所需的体积，油可储存在嵌于桩70的充水中间部分中的子贮存器中。

桩70通常由不锈钢制成。这确保了足够高的机械稳定性、冷却剂30与水体90之间的良好热耦合，以及足够的耐腐蚀性。具体而言，如果将海水用作液体30的主要成分，则可在桩70的内表面上提供防蚀涂层。

在示例性实施例中，热交换器51配置成在生热单元21、42、46的内部冷却循环100与液体30之间直接交换余热。为此，热交换器51配置成在内部冷却循环100与将液体30用作冷却剂的外部冷却循环101之间转移热。外部冷却循环101包括：管道33，其用于将液体30从贮液器输送到热交换器51；以及管道31，其用于将液体30从热交换器51输送到贮液器。通常情况下，泵67用以分别通过管道31、33和热交换器51泵送液体30。

热交换器51可为液液热交换器或气液热交换器。例如，热交换器51可为具有内部空气冷却循环100的发电机42的热交换器，或用于对齿轮箱42的内部油冷却循环100进行冷却的热交换器。因此，热交换器51可分别为气水热交换器或油水热交换器。

不用说，可针对生热单元21、42、46中的每个单元使用相应的热交换器51。例如，在机舱16中，相应热交换器51通常布置成靠近，但也可布置成远离对应的生热单元21、42、46。即使使用了数个热交换器51，一个泵67通常也足以通过分支管道31、33来泵送液体30。此外，可使用阀来限制和/或关闭冷却剂的流分支。

根据一项实施例，挡板76形成于桩70的下部73与中间部分72之间。因此，避免污染液体30。

此外，可选过滤器65可连接到管道33，用于从液体30中去除碎屑，例如，沙子，和/或特殊的生物材料。此外，泵67可为反转泵，以有助于清理过滤器65。

根据另一项实施例，提供具有带内部贮液器的锚固结构的多桩海上风力发电机，例如，三极或三桩海上风力发电机。在这些实施例中，锚固结构经由数个桩，例如通常布置成等边三角形的三个桩，将塔筒12与水底地面80，例如海床，相连。用于冷却剂的贮液器可布置在其中一个桩中或者分布在这些桩之间。

根据另一项实施例，如图2所示的类似风力发电机可安装在陆上。在此实施例中，用于冷却剂的贮液器设在形成锚固结构的风力发电机塔筒的基础中。所述贮液器可填充水作为冷却器，所述水由额外的水源提供，或者通过额外的泵从湖或河等附近水域泵送到基础。对贮液器的冷却可通过基础的热传导和/或通过与来自水源或附近水域的淡水交换至少一部分水来实现。

接下来，参考图3描述一项实施例。图3所示的海上风力发电机310与上文参考图2所述的示例性实施例非常相似。但海上风力发电机310包括：一个或多个主热交换器51，其经配置以直接冷却相应的生热单元21、42、46；以及次热交换器52。次热交换器52使用液体30作为冷却剂，以与主热交换器51所共享的共用冷却循环102交换热。因此，海上风力发电机310的冷却系统还经配置以通过锚固结构14的外壁散发余热的至少一大部分。为清晰起见，图3中并未图示用于泵送冷却剂的额外泵。

通常情况下，只使用一个次热交换器52来去除不同主热交换器51中的余热。这样便可分开用于生热单元21、42、46的冷却循环。因此，可提高安全性。

图4为海上风力发电机410的示意图。图4所示的海上风力发电机410也与上文参考图2所述的示例性实施例相似。但海上风力发电机410的热交换器51分别由桩70的中间部分72形成并位于所述中间部分中。

在示例性实施例中，内部封闭式冷却循环100将余热量Q1从生热单元21、42、46中的至少一个单元直接转移到贮液器中的液体30。如参考图2所述，余热量Q1可暂时储存在贮液器中，而且余热量Q1的至少一大部分Q2通过桩70的外壁转移到水体90。通常情况下，基于时间均值，大部分Q2和余热量Q1实质上相符。

为了实现较高的冷却效率，封闭式内部冷却循环100可在下部中形成，所述下部布置在贮液器中作为冷却盘管。或者和/或此外，封闭式内部冷却循环100的下部可包括表面扩大结构。

通常情况下，将油用作循环通过封闭式内部冷却循环100的冷却剂。这可实现对发电机42、齿轮箱46，和/或功率变换组件21的直接冷却。通常情况下，针对不同的生热单元21、42、46使用单独的封闭式冷却循环100。

图5为浮动式海上风力发电机510的示意图。图5所示的浮动式海上风力发电机510也与上文参考图2所述的示例性实施例相似。但浮动式海上风力发电机510的锚定结构14包括成形为浮动平台的浮动单元78，供塔筒12安装。平台78浮动在水体90中，通常在海中，或者在湖或河中。如参考编号81所示，平台78通常通过锚索、线缆，或链条锚固到水底地面85，以限制浮动式海上风力发电机510的移动自由。

例如，浮动平台78可为盒形或盘形槽，具有较大的水平延伸部分和相对较短的垂直延伸部分。在其他实施例中，浮动平台78可为圆柱浮标型。圆柱浮标由单个较长的圆柱形槽构成，且通过尽可能低地移动质心来实现稳定性。在其他实施例中，浮动平台78是更为复杂的结构，且包括三个或三个以上可浮的圆柱，以支撑风力发电机。

浮动平台78为承载风力发电机510的其他部件提供升力。因此，浮动平台78通常部分填充液体30，一直到低于周围水体90的表面95的水位74。

根据一项实施例，储存在浮动平台78中的液体30可用作海上风力发电机510的冷却系统的冷却剂，以冷却至少一个生热单元21、42、46。在示例性实施例中，所述冷却系统与参考图2所述的冷却系统非常相似。但贮液器布置在浮动平台78的内部，而不是桩中。风力发电机510的冷却系统经配置以借助热传导通过浮动单元78的外壁来散发至少一个生热单元21、42、46的大部分余热。

不用说，参考图2到图4所述的有关冷却系统的实施例，例如，热交换器的不同布置，也可用于海上风力发电机510。

通常情况下，浮动平台78可浸，以调整升力。因此，至少液体30的主要成分为水体90的水。

图6为浮动式海上风力发电机610的示意图。图6所示的浮动式海上风力发电机610与上文参考图5所述的示例性实施例非常相似。但浮动式海上风力发电机610的锚定结构14包括作为浮动单元的浮标79，所述浮标安装有塔筒12且锚固到水底地面而非浮动平台。在浮标79的腔77中，形成通常较大的贮存器，用于让液体30形成冷却系统的冷却剂。根据一项实施例，冷却系统经配置以从相应生热单元21、42、46中去除至少一大部分的余热。

接下来，参考图7到图9描述涉及海上风力发电机的冷却系统的实施例。所述冷却系统可用于任意上述海上风力发电机。

图7为冷却系统400的示意图。在示例性实施例中，冷却系统包括：内部冷却循环100，其连接到海上风力发电机的生热单元21、42、46；以及冷却剂30的内部贮存器。所述内部贮存器可由腔77在海上风力发电机的锚固结构中形成。贮存器中的冷却剂30通常通过海上风力发电机的外壁而与水体90分开。在图7中，所述外壁由海上风力发电机的外表面75表示。例如，所述外壁可为空心桩的侧壁，或者浮动平台或浮标的壁。冷却系统400经配置以通过外壁转移由生热单元21、42、46中的至少一个单元产生的余热的大部分，例如，80%以上，通常在90%以上。

内部冷却循环100可直接使用冷却剂30来冷却生热单元21、42、46。或者，内部冷却循环100为与内部贮存器中的冷却剂30交换热的封闭式冷却循环，如上文中参考图4更详细地描述。

图8为用于海上风力发电机的冷却系统401的示意图。图8所示的冷却系统401与上文参考图7所述的示例性实施例非常相似。但冷却系统401包括主热交换器51，用于在内部冷却循环100与使用冷却剂30的外部冷却循环101之间交换热。上文参考图2、图5、图6更详细地说明了此类冷却系统。

图9为用于海上风力发电机的冷却系统402的示意图。图9所示的冷却系统402与上文参考图7所述的示例性实施例非常相似。但冷却系统401包括主热交换器51和次热交换器52。主热交换器51经配置以在内部冷却循环100与中间冷却循环102之间交换热。次热交换器52经配置以在中间冷却循环102与使用冷却剂30的外部冷却循环101之间交换热。上文参考图3更详细地说明了此类冷却系统。

图10为用于对海上风力发电机进行冷却的方法1000的流程图。在第一块1100中，第一热量在海上风力发电机的生热单元与内部冷却剂贮存器之间进行交换。内部冷却剂贮存器通常布置在海上风力发电机的锚固结构中。在块1200中，第二热量在内部冷却剂贮存器与水体之间进行交换，所述第二热量借助热传导通过海上风力发电机的外壁进行交换。因此，提供一种用于对海上风力发电机进行冷却的简单可靠方法。平均起来，第一和第二热量实质上相符。

上述海上风力发电机包括封闭式冷却系统，从而有助于以简单且成本有效的方式对发电机和齿轮箱等生热单元进行节约冷却。

上文详细描述了海上风力发电机及其运行方法的示例性实施例。所述系统和方法并不限于本专利申请文件所述的具体实施例，相反，系统的部件和/或方法的步骤可独立于本专利申请文件所述的其他部件和/或步骤单独使用。所述实施例并不限于相对于安装在海中的风力发电机和风场进行实践。实际上，示例性实施例可与海上风力发电机的许多其他应用结合实施和使用。例如，安装在峡湾、河或湖中的风场可使用本专利申请文件所述的海上风力发电机和方法。此外，示例性实施例可与陆上风力发电机的应用结合实施和使用。

尽管本发明各实施例的具体特征可能在某些附图中图示，但并未在其他附图中图示，这仅仅是出于方便的考量。根据本发明的原则，附图中的任意特征可结合任意其他附图中的任意特征进行参考和/或提出权利主张。

本说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。虽然已在上文揭示了各项具体实施例，但所属领域的技术人员应认识到，权利要求书的精神和范围允许进行同等有效的修改。特别是，上述实施例的特征并不相互排斥，因此可以彼此组合。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也在权利要求书的范围内。

Claims

1.一种风力发电机(210、310、410、510)，其包括：

待冷却的至少一个单元(21、42、46)；

塔筒(12、121)；

布置在所述塔筒下端的锚固结构(70、78、79)，所述锚固结构至少部分地填充有液体(30)；以及

热交换器(51、52)，其经配置以将所述液体用作冷却剂来冷却所述至少一个单元。

2.根据权利要求1所述的风力发电机，其中所述锚固结构包括至少部分通过水体(90)延伸到水底地面(80)中的空心管(70)，且其中所述空心管(70)至少部分地填充有所述液体(30)。

3.根据权利要求1所述的风力发电机，其中所述锚固结构包括浮动平台(78)或浮标(79)，所述浮动平台或浮标至少部分地填充有所述液体并锚固到水底地面(85)。

4.根据权利要求1所述的风力发电机，其中所述热交换器(51)经配置以在所述至少一个单元的内部冷却循环与所述液体之间直接交换热。

5.根据权利要求1所述的风力发电机，其中所述风力发电机进一步包括经配置以直接冷却所述至少一个单元的主热交换器(51)，且其中所述主热交换器(51)通过共用冷却循环连接到所述热交换器(52)。

6.根据权利要求1所述的风力发电机，其中所述热交换器(51、52)为液液热交换器或气液热交换器。

7.根据权利要求1所述的风力发电机，其中所述液体(30)包括海水和/或淡水。

8.根据权利要求1所述的风力发电机，其中所述液体(30)通过所述锚固结构(70、78、79)的外壁(75)而与邻接的水(90)热耦合。

9.根据权利要求1所述的风力发电机，其进一步包括以下项中的至少一项：经配置以通过所述热交换器泵送所述液体的泵，以及经配置以从所述液体(30)中去除碎屑的过滤器(65)。

10.根据权利要求1所述的风力发电机，其中所述待冷却的至少一个单元为齿轮箱(46)、发电机(42)、逆变器或变压器。