CN112789406A - 用于运行风能设备的方法，风能设备和风电场 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行由风产生电功率的风能设备(100)的方法，其中风能设备(100)具有空气动力学转子(106)，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片(108)，并且转子(106)以可设定的转子额定转速(nA，nB)运行，其特征在于，确定在风能设备(100)的所在地点的湍流等级并且与所确定的湍流等级相关地规定转子额定转速(nA，nB)。

Description

用于运行风能设备的方法，风能设备和风电场
技术领域
本发明涉及一种用于运行由风产生电功率的风能设备的方法，其中风能设备具有空气动力学转子，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片，并且转子以可设定的转子额定转速运行。此外，本发明涉及一种风能设备的转子的转子叶片、一种风能设备以及一种风电场。
背景技术
风能设备是普遍已知的并且例如如同在图1中那样构造。风能设备或者其构件的设计基于标准化准则(例如IEC 61400)，该标准化准则具有用于确保风能设备的技术完整性的主要设计要求。该标准的目的是，在风能设备的计划使用寿命期间提供适当的用于防止遭受风险损害的保护水平。在这种情况下，标准参数影响风能设备的尺寸，所述风能设备的尺寸与标准负载相关，然而不是所在地点特定的。标准参数尤其是剪切力、湍流的出现、气候条件、空气密度、风级和风区的参考速度。
风能设备根据所在地点承受极其不同的环境条件，尤其在日间和季节变换中风能设备所暴露于的风场的特性可以是非常不同的。风场通过大量参数表征。最重要的风场参数是平均风速、湍流、竖直的和水平的剪切力、关于高度的风向改变、斜向迎流和空气密度。
湍流描述风速在小于10分钟的时间间隔内在平均值周围的短时间改变。对此的原因是，基本上机械诱发和热诱发的湍流。风场与地面的竖直剪切力在此描述流体力学方面引起的湍流。而热诱发的湍流由热对流或散热造成。热诱发的湍流首先与大气的热稳定性相关。为了进行描述，使用称为湍流强度的无量纲变量。湍流强度定义为关于尤其10分钟的时间间隔的风速的标准方差与风速平均值的比。湍流强度是在所述时间段内的风速的变化性的量值。
参考文件：
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Figure BDA0002996603560000021
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德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索到如下现有技术：US 2017/0328346 A1、DE 10 2008 009 585 A1、DE 10 2013 100 387 A1、US 2017/0218923 A1、US2010/0135789 A1、EP 2518308 A1、WO 2018/153518 A1、US 2015/0159493 A1。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是，改进用于运行风能设备的方法，其特征在于更有效的运行，然而也提出一种风能设备的转子的转子叶片以及一种风电场，其可实现更有效的运行。
本发明的基本目的通过具有根据独立权利要求的特征的用于运行风能设备的方法实现。根据权利要求1提出一种用于运行由风产生电功率的风能设备的方法，其中风能设备具有空气动力学转子，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片，并且转子以可设定的转子额定转速运行。改进所述方法的效率的目的通过如下方式实现，即确定在风能设备的所在地点的湍流等级并且与所确定的湍流等级相关地规定转子额定转速。
由此，根据本发明提出，放弃风能设备的统一的参数化运行，而且考虑用于规定转子额定转速的在所在地点确定的特定的湍流等级。
因此，依照准则IEC 61400，根据湍流强度确定多个湍流等级。原则上，同类型的风能设备，例如一个风电场的风能设备，在具有不同湍流等级的所在地点在其运行管理方面以相同的参数运行，这具有对个体的年发电量(AEP)的相应的影响。因此根据本发明，运行参数的调整，尤其转子额定转速的调整，意味着对AEP的可能的改进。
转子额定转速优选描述转子的转速，在该转速下风能设备的发电机达到额定功率。在达到所述功率之后，风能设备的运行优选变为转速控制运行，其中风能设备被调节到调节转速或转子期望转速。所述调节转速或转子期望转速由于系统惯性和控制器速度的原因优选高于转子额定转速0.1rpm至0.3rpm。在本公开文件的范围内，在额定功率下的运行中调节转速与转子额定转速有出入的情况下，用转子额定转速同义地表示调节转速。
根据本发明，所述目的根据第二方面由用于运行由风产生电功率的风能设备的方法实现。风能设备具有空气动力学转子，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片。转子以尤其可设定的转子额定转速运行，其中在转子叶片上，在转子叶片根部和转子叶片尖部之间设置有多个涡流发生器。确定在风能设备的所在地点的湍流等级并且与所确定的湍流等级相关地确定涡流发生器的数量和定位，尤其所述涡流发生器的从转子叶片根部起朝转子叶片尖部方向的径向伸展。
根据本发明，所述目的根据第三方面由用于运行由风产生电功率的风能设备的方法实现，其中风能设备具有空气动力学转子，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片并且转子以尤其可设定的转子额定转速根据叶片角特征曲线运行。确定在风能设备的所在地点的湍流等级并且与所确定的湍流等级相关地规定叶片角特征曲线。
根据本发明，所述目的根据第四方面由用于运行由风产生电功率的风能设备的方法实现，其中风能设备具有空气动力学转子，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片并且转子以可设定的转子额定转速运行。确定在风能设备的所在地点的湍流等级并且与所确定的湍流等级相关地根据不同的运行特征曲线运行风能设备，使得与湍流等级相关地保证不同的功率曲线。
优选地，基于在风能设备处测量到的湍流强度确定湍流等级。
在此，与所确定的湍流等级相关地规定转子额定转速，使得基于所测量到的湍流强度补偿待作用于转子上的期望的负载。较高湍流强度引起作用到转子上的负载的升高。根据本发明，这可以通过降低转子额定转速来应对。能够以引起转子额定转速降低的程度部分地、完全地或过度地补偿由于较高湍流强度而导致的负载提高。
较低湍流强度还引起作用到转子上的负载的下降。在此情况下，这根据本发明通过升高转子额定转速来应对。由于减小了在较低湍流强度下的负载，能够以不超过在较高湍流强度下的负载水平的程度升高转子额定转速。
优选地，可以从包含“A”、“B”和“C”的组中选择湍流等级。所述湍流等级的定义例如可以根据IEC 61400选择。
因此，可以相对于所确定的湍流等级规定转子额定转速，使得转子额定转速在湍流等级“A”下比在湍流等级“B”下更小，并且在湍流等级“B”下比在湍流等级“C”下更小。
此外，在转子叶片上，在转子叶片根部和转子叶片尖部之间设置有多个涡流发生器，与所确定的湍流等级相关地确定涡流发生器的数量和定位，尤其涡流发生器的从转子叶片根部起朝转子叶片尖部方向的径向伸展。涡流发生器优选可以是具有基本上垂直于转子叶片表面设置的鳍状部的已知装置，所述鳍状部例如成对地设置在基板上。然而，涡流发生器也可以是任意其他用于影响流动的被动的或主动的机构或其任意组合。
此外，可以与所在地点特定的空气密度相关地确定涡流发生器的沿着转子叶片的定位和数量。空气密度的降低可能造成最小叶片角必须从一定功率起升高，以便避免在转子叶片上的流动分离，从而避免明显的收益损失。这也可以通过针对在所在地点存在的空气密度进行调整的、涡流发生器的从转子叶片根部起朝转子叶片尖部方向的布置的径向伸展来应对。
为此，涡流发生器沿着转子叶片的径向伸展可以根据空气密度确定为，使得附加的收益损失通过在较低空气密度下必需的叶片角的提高至少部分地被补偿，优选被补偿并且特别优选被过度补偿。与所确定的空气密度相关地设置涡流发生器的实施能够引起，由于空气密度较低而造成叶片角的升高变得较小或甚至能够完全取消。由此可以总体上实现收益增长。
在一个实施方式中，附加地与所在地点特定的空气密度相关地确定转子额定转速。
优选地，风能设备可以与湍流等级相关地根据不同的运行特征曲线运行，使得与湍流等级相关地保证不同的功率曲线。刚好在具有低的平均风速的所在地点运行的风能设备中，所述效果能够引起由于越来越频繁出现低的风速，风能设备在湍流强度提高时提供比在较低湍流强度时更多的收益。尤其，在低的平均风速下在风能设备在较高湍流等级“A”下运行时通过调整运行参数产生比在较低湍流等级“B”下更高的收益。在此尤其部分负载运行，即具有几乎恒定的叶尖速比的范围，是重要的。在靠近和朝向额定功率的区域中没有恒定的叶尖速比，相反叶尖速比在该区域中下降。
根据一个改进方案，与所确定的湍流等级相关地规定叶片角特征曲线。优选提出，转子额定转速在湍流等级“C”下比在湍流等级“B”下更大，并且在湍流等级“B”下比在湍流等级“A”下更大。因为在转子额定转速较低的情况下存在较低的叶尖速比，所以为了避免流动分离，根据相应的湍流等级的叶片角特征曲线提高叶片角。
尤其，在从较低湍流等级过渡到较高湍流等级时可以降低转子额定转速。
在此，可以将转子额定转速的降低与在至少一个运行点叶片角的提高相关联。
优选地，代替在至少一个运行点叶片角的提高，通过涡流发生器的设计和定位能够起到反作用，使得转子额定转速的降低保持是基本上收益中性的。
也就是说，得出由于涡流发生器沿转子叶片的纵向方向伸展的设置而引起的阻力的增加。然而，这种阻力的增加通过升力产生的优点来平衡。
因此，在与湍流等级相关地设计风能设备时能够沿径向方向向外增加具有涡流发生器的转子叶片的布置，以便在由于在较高湍流等级下转子额定转速降低而引起的叶尖速比降低时，在运行中基本上保持较低湍流等级的叶片角。
尤其，即使在从较高湍流等级过渡到较低湍流等级时，也可以升高转子额定转速。
在此，可以将转子额定转速的升高与在至少一个运行点叶片角的减小相关联。
优选地，代替在至少一个运行点叶片角的减小，也可以将涡流发生器的设计和定位向外减少。所有措施能够以单独方式或以组合方式提高设备的收益。
根据另一方面，所述目的通过用于运行由风产生电功率的风能设备的方法实现，其中风能设备具有空气动力学转子，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片，并且转子以尤其可设定的转子额定转速运行，其中在转子叶片上，在转子叶片根部和转子叶片尖部之间设置有多个涡流发生器。与所在地点特定的空气密度相关地实现涡流发生器的数量和定位，尤其涡流发生器的从转子叶片根部起朝转子叶片尖部方向的径向伸展。
根据另一方面，所述目的通过用于运行由风产生电功率的风能设备的方法实现，其中风能设备具有空气动力学转子，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片，并且转子以尤其可设定的转子额定转速运行，其特征在于，与所在地点特定的空气密度相关地进行风能设备的转速闭环控制。
本发明还涉及一种具有吸力侧和压力侧的转子叶片，其中在转子叶片根部和转子尖部之间设置有多个涡流发生器，其中与所确定的湍流等级相关地确定涡流发生器的数量和其从转子叶片根部起朝转子叶片尖部方向的设置的延伸。涡流发生器优选设置在吸力侧和/或压力侧上。
优选地，涡流发生器从转子叶片根部起朝转子叶片尖部方向，也就是说沿转子叶片的纵向方向的设置的延伸受最高的湍流等级限制，尤其从最高的湍流等级降至最低的湍流等级。
此外，本发明涉及一种风能设备，其包括：空气动力学转子，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片，其中转子能够以可设定的转子额定转速运行；以及闭环控制机构，其特征在于，闭环控制机构设置用于，依照根据权利要求1至21中至少一项所述的方法运行风能设备。
为此，转子可以具有至少一个根据上述权利要求22或23所述的转子叶片。
此外，本发明也涉及一种具有多个根据权利要求24或25所述的风能设备的风电场。
附图说明
下面，参照附图根据可行的实施例详细描述本发明。在此示出：
图1示出根据本发明的风能设备；
图2示出转子叶片的示意图；
图3示意地且示例地示出针对不同湍流等级的运行特征曲线；
图4示意地且示例地示出针对不同湍流等级的叶尖速比的曲线变化；
图5示意地且示例地示出针对不同湍流等级的迎角的曲线变化；
图6示意地且示例地示出针对不同湍流等级的升力系数的曲线变化；
图7示意地且示例地示出针对不同湍流等级的升阻比的曲线变化；
图8示意地且示例地示出风能设备在不同湍流等级中运行时的功率曲线的曲线变化；
图9示意地且示例地示出在不同湍流强度下功率曲线的曲线变化。
本发明的阐述参照附图根据实例基本上示意地进行并且在各个图中阐述的元件可以为了更好的图解说明在图中夸大地表示并且简化其他元件。因此，例如图1示意地图解说明风能设备，使得无法清楚看到所提出的涡流发生器的设置。
具体实施方式
图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104处设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108和一个导流罩。转子106在运行中由风置于转动运动中进而驱动吊舱104中的发电机。转子叶片108的叶片角是可设定的。转子叶片108的叶片角或桨距角可以通过设置在相应的转子叶片108的转子叶片根部处的变桨马达改变。转子106以可设定的转子额定转速运行。
这些风能设备100中的多个风能设备可以是风电场的部分。在此，风能设备100根据所在地点承受极其不同的环境条件。尤其，在日间和季节变换中风能设备所暴露于的风场的特性可以是非常不同的。风场通过大量参数表征。最重要的风场参数是平均风速、湍流、竖直的和水平的剪切力、关于高度的风向改变、斜向迎流和空气密度。
湍流，影响在转子叶片108处的负载的主要变量，描述风速在小于10分钟的时间间隔内在平均值周围的短时间改变。对此的原因是，基本上机械诱发和热诱发的湍流。风场与地面的竖直剪切力在此描述流体力学方面引起的湍流。而热诱发的湍流由热对流或散热造成。热诱发的湍流首先与大气的热稳定性相关。为了进行描述，使用称为湍流强度的无量纲变量。湍流强度定义为关于10分钟的时间间隔的风速的标准方差与风速平均值的比。湍流强度是在所述时间段内的风速的变化性的量值。
因此，依照准则IEC 61400根据湍流强度将所在地点划分为多个湍流等级“A”、“B”、“C”，如在下表中所列举。
风能设备等级表格：
Figure BDA0002996603560000081
在表格中针对不同的风速定义风级I、II、III和S。Vave表示在风能设备100的毂高度上的平均风速。用I15表示在风速为15m/s时在毂高度上的湍流强度百分比。用“A”、“B”和“C”表示不同的湍流等级。
根据湍流强度I15将所在地点分为湍流等级“A”、“B”和“C”。在此，湍流等级“A”具有比湍流等级“B”更高的湍流强度I15，而湍流等级“B”具有比湍流等级“C”更高的湍流强度I15。更高的湍流导致在转子106和风能设备100的其余部分处的更高的负载。
在本实施例中，风能设备100由闭环控制机构200控制，所述闭环控制机构是风能设备100的综合闭环控制机构的部分。闭环控制机构200通常实施为风能设备100的闭环控制机构的一部分。
图2示出具有转子叶片前缘110以及转子叶片后缘112的单个转子叶片108的示意视图。转子叶片108具有转子叶片根部114和转子叶片尖部116。转子叶片根据本114和转子叶片尖部116之间的长度称作为转子叶片长度L。转子叶片前缘110和转子叶片后缘112之间的间距称作为翼型弦长。在转子叶片根部114处或一般而言在靠近转子叶片根部114的区域中，转子叶片108具有大的翼型弦长T。而在转子叶片尖部116处翼型弦长T小很多。翼型弦长T从转子叶片根部114起，在本实例中在叶片内部区域中上升后，直至中间区域明显减小。在转子叶片处，优选在中间区域中，可以设有分离部位(在此未示出)。从中间区域直至转子叶片尖部116，翼型弦长T通常连续地减小，几乎恒定，或翼型弦长T的减小明显减少。
图2中的示图示出转子叶片108的吸力侧。在吸力侧上设置有涡流发生器118，所述涡流发生器例如可以构成为基板，所述基板具有两个从其开始延伸的鳍状部。可考虑涡流发生器118作为用于影响流动的主动的或被动的元件的替选的设计方案。在所述实例中示出涡流发生器118设置在转子叶片108的吸力侧上，而替选地或附加地，涡流发生器118设置在压力侧上也是可行的。在转子叶片前缘110的区域中进行涡流发生器118的设置。涡流发生器118的设置的延伸在转子叶片根据114的区域中起始并且朝转子叶片尖部116的方向伸展。关于转子106，涡流发生器118沿径向方向在距离DA或DB上延伸直至在转子叶片108上的位置RA或RB。因此，距离DB可以是直至大约40％的转子叶片长度L，而距离DA可以是直至大约60％的转子叶片长度L。距离DA或DB在此与湍流等级“A”、“B”、“C”相关，风能设备100应当在所述湍流等级中运行。在下面的描述中将更详细地讨论与此相关的相互关系。DA或DB的值理解为示例性的，其中明显更靠近转子叶片尖部116的值，尤其直至包含转子叶片尖部116在内的值是可行的。
涡流发生器118在转子106的毂区域中确保，在转子叶片108的在此设有的具有高的相对翼型厚度的翼型中，翼型首先在表面被污染时能够以相对高的有效的迎角αeff迎流，而在翼型被绕流时不发生流动分离现象。转子叶片108的设有涡流发生器118的翼型将流动分离朝较高的迎角推移。由此相对于不配设有涡流发生器的翼型产生相对高的升力系数。涡流发生器118最后确保，风能设备100在天气和环境影响方面，如下雨或由于灰尘或昆虫导致转子叶片的污染增加，表现出是鲁棒的。
针对风能设备100的有效运行提出，确定在风能设备100的所在地点的湍流等级并且与所确定的湍流等级“A”、“B”或“C”相关地确定转子额定转速。在此放弃风电场的风能设备100的统一的参数化运行。替代于此，将在所在地点确定的特定的湍流等级“A”、“B”或“C”用于规定转子额定转速。风能设备在较高湍流等级“A”、“B”、“C”下运行可能是更有效率的，因为所产生的电功率P在部分负载范围内在较高湍流强度I15下比在较低湍流强度I15下更大。特别明显的是，在已经在相对低的风速下达到额定功率的弱的风能设备中根据本发明的解决方案的有利的作用。
图3示意地且示例地仅针对两种不同的湍流等级“A”和“B”示出运行特征曲线120、122。在横轴上示出转子转速n，在竖轴上示出电功率P。运行特征曲线120描述风能设备100在湍流等级“A”下运行。运行特征曲线122描述风能设备100在湍流等级“B”下运行。在湍流等级B下，风能设备100在转子额定转速nB下运行，在湍流等级A下以转子额定转速nA运行，其中转子额定转速nB大于转子额定转速nA。通过将转子额定转速nB降低至转子额定转速nA引起负载降低。随着到较高湍流等级的运行过渡带来的由于较高湍流强度I15引起的负载提高由此可以部分、完全或过度补偿。补偿的数量级在此与转子额定转速的降低相关。替选地，转子额定转速nA到转子额定转速nB的提高引起负载提高。转子额定转速的提高据此能够以如下程度发生，如在从较高湍流强度I15过渡到较低湍流强度时负载减小并且总体上不超过在湍流强度较高且转子额定转速减小时的负载水平。
图4示意地且示例地示出针对不同湍流等级“A”、“B”的叶尖速比λ的曲线变化。叶尖速比λ描述圆周速度与风的未被干扰的迎流速度v的比。示例的曲线变化124在湍流等级“A”下运行时出现，而曲线变化126在湍流等级“B”下运行时出现。转子额定转速从转子额定转速nB降低到转子额定转速nA从一定的风速起引起较小的叶尖速比λ，风能设备100以该叶尖速比运行，这对所产生的功率具有影响。
图5示意地且示例地示出针对不同湍流等级“A”、“B”的有效迎角αeff的曲线变化128、130、132。在竖轴上绘制出有效迎角αeff。在横轴上绘制出转子叶片108的长度L。示出的曲线变化128在风能设备100在湍流等级“B”下运行时出现。涡流发生器118中的多个从转子叶片根部114起朝转子叶片尖部116方向设置。涡流发生器118的数量和定位，尤其其经过距离DB直至位置RB的径向伸展，与在风能设备100的所在地点确定的湍流等级“B”相关地被确定。
有效迎角αeff的曲线变化130在风能设备100运行中在从湍流等级“B”变换到湍流等级“A”时出现，其中涡流发生器118的设置的径向伸展不变地直至最大达到位置RB，该位置由湍流等级“B”确定。
最后，曲线变化132在风能设备100运行中在从湍流等级“B”变换到湍流等级“A”时出现，其中涡流发生器118的设置的径向伸展已匹配于湍流等级“A”并且现在最大直至达到位置RA。
图6示意地且示例地示出针对两种不同的湍流等级“A”和“B”的升力系数cl的曲线变化134、136、138。在竖轴上绘制出升力系数cl。在竖轴上绘制出转子叶片108的长度L。曲线变化134在风能设备100在湍流等级“B”下运行时在涡流发生器118的直至在转子叶片108上的位置RB的径向伸展的情况下出现。曲线变化136在风能设备100运行中从湍流等级“B”变换到湍流等级“A”时出现，其中涡流发生器118的径向伸展不变地直至最大达到位置RB。曲线变化138在风能设备100运行中从湍流等级“B”变换到湍流等级“A”时出现，其中涡流发生器118的径向伸展已匹配于湍流等级“A”并且现在最大直至达到位置RA。
图7示意地且示例地示出升阻比cl/cd的曲线变化140、142、144，即针对不同湍流等级“A”和“B”的升力系数cl与阻力系数cd的商。在竖轴上绘制出升阻比cl/cd。在横轴上绘制出转子叶片108的长度L。曲线变化140、142、144与针对图5和6已经描述的运行条件相一致。
据此，由转子额定转速的降低引起的叶尖速比λ的减小导致迎角αeff升高，这通过图5中的曲线变化130表明。在此，转子叶片108从叶片尖部116朝叶片根部114的方向越移动靠近，迎角αeff的升高就越大。由此，在转子叶片的通常常见的设计中，叶尖速比的降低导致迎角αeff的与其相关联的提高，如在图5中的曲线变化130所示，使得会超过最大允许的迎角。随着流动分离带来升力系数cl的下陷，如根据图6的曲线变化136所示，以及通过流阻系数cd的升高导致升阻比cl/cd的下陷，这通过根据图7的曲线变化142图解说明。这两种情况导致明显的功率损失，这根据本发明应当被避免。而叶尖速比的升高引起迎角αeff的减小，使得流动分离的风险从转子叶片根部114起减小。涡流发生器的径向伸展可以降低，这会引起功率提高。
可以通过同时升高叶片角或桨距角来对转子额定转速的降低和与其相关联的迎角αeff的增加作出反应。桨距角的升高引起，防止流动分离和与其相关联的功率损失。然而，桨距角的升高也导致尽管较小的，但不期望的功率损失。替选地，可以借助于同时降低叶片角或桨距角来对转子额定转速的升高和与其相关联的迎角αeff的减小作出反应。桨距角的降低能够引起设备收益提高。
本发明的另一目的是，尽可能收益中性地实现转子额定转速的降低以在从较低湍流等级到较高湍流等级的运行过渡时降低负载。为此提出，转子叶片108与所确定的湍流等级“A”、“B”或“C”相关地确定涡流发生器118的数量和定位，尤其所述涡流发生器的从转子叶片根部114起朝转子叶片尖部116方向的径向伸展。
涡流发生器118超出位置RB直至位置RA的设置的径向伸展引起，具有涡流发生器118的翼型剖面由于在位置RB和RA之间的区域中的阻力的升高而具有较差的升阻比cl/cd，如在湍流等级“B”下运行时的曲线变化140与在湍流等级“A”下运行的曲线变化144的比较在图7中示出。然而，曲线变化144在位置RB和RA之间的区域中明显高于针对在湍流等级“A”下运行的曲线变化142而未调整涡流发生器118的径向伸展。由此，在一个示例的风能设备100中，出于收益角度，涡流发生器118的匹配于湍流等级“A”的径向伸展的设置的措施优于具有涡流发生器118的转子叶片108的不变的布置的措施和桨距角的升高的措施。
图8示意地且示例地示出风能设备100在不同的湍流等级“A”和“B”下运行时关于风速v的功率曲线的曲线变化146、148、150。曲线变化146示出风能设备100在湍流等级“B”下运行时出现的功率曲线。涡流发生器118沿径向方向最大延伸至位置RB。曲线变化148示出风能设备100在湍流等级“A”下运行时出现的功率曲线。涡流发生器118在此沿径向方向不变地最大延伸至位置RB。曲线变化150示出风能设备100在湍流等级“A”下运行时出现的功率曲线，其中与所确定的湍流等级“A”相关地，涡流发生器118的径向伸展已经伸展至位置RA。最后的功率曲线的曲线变化150基于如下运行，其与在湍流等级“B”下运行的区别在于降低的桨距角。
图9示意地且示例地示出在不同的湍流强度I15下的确定的功率曲线的曲线变化152、154、155。功率曲线的点虚线示出的曲线变化与低的湍流强度I15相关，例如是8％。功率曲线的作为实线示出的曲线变化154与中等湍流强度I15相关，例如是12％。功率曲线的虚线示出的曲线变化与高的湍流强度I15相关，例如是16％。功率曲线的示例的曲线变化152、154、156与风场的湍流强度I15相关，使得在部分负载区域中在湍流强度I15较高时产生更多功率，而在朝向额定负载PNenn的区域中产生较少功率Pel。如所描述的那样，风场通过大量参数表征。最重要的风场参数是平均风速、湍流、竖直的和水平的剪切力、关于高度的风向改变、斜向迎流和空气密度。额定负载尤其是作用于风能设备的负载，在所述负载下风能设备产生额定电功率。
刚好在低的平均风速v下运行的风能设备100中所述效果能够引起由于越来越频繁出现低的风速v，风能设备100在湍流强度I15提高时提供比在较低湍流强度I15时更多的收益。
由此可实现的是，关于创建湍流相关的功率曲线152、154、156考虑如下事实，在低的平均风速下风能设备100在较高湍流等级“A”下运行时产生比在较低湍流等级“B”下更高的收益。由此在根据本发明的方法中由额定转速降低引起的收益损失能够进一步降低并且必要时完全地补偿。
所述实施在转速可变的、桨距角控制的风能设备100处进行，所述风能设备在不同湍流等级“A”、“B”、“C”下运行并且借助于闭环控制机构200能够在风能设备100的开环控制或闭环控制中考虑转子额定转速或转矩和/或桨距角。本发明可实现，在从具有较低湍流强度的湍流等级过渡到具有较高湍流强度的湍流等级，即从湍流等级“C”向湍流等级“B”过渡或从湍流等级“B”向湍流等级“A”过渡时，通过降低转子额定转速进行桨距角控制的、转速可变的风能设备100的设备负载的几乎或完全收益中性的降低或补偿。此外，可以提出使用与所在地点相关的涡流发生器布置，其中与在所在地点确定的湍流等级“A”、“B”或“C”相关地确定涡流发生器118的径向伸展。替选地，通过提高转子额定转速并且同时减小叶片角和/或存在的涡流发生器的径向伸展，能够在从较高湍流等级过渡到较低湍流等级时提高设备的收益。
涡流发生器118的径向伸展的构造的与所在地点相关的实施也在另一方面是目的明显的。空气密度的降低具有与转子额定转速的降低相同的物理效果。在出现空气密度的降低时，在此情况下桨距角同样从一定的功率起升高，以便避免在转子叶片108上的流动分离进而避免明显的收益损失。与在上文中已经详细解释的内容相同地，当设有对于风能设备100的所在地点存在的空气密度匹配的涡流发生器的配置时，必要时可以进一步使向外调整桨距的不太严重的收益损失最小。其中与在所在地点确定的空气密度相关地进行涡流发生器的径向伸展，使得桨距角的升高不太明显或者甚至能够完全取消，这总体上反映在更高的收益上。针对所在地点特定的收益增长可以提出湍流发生器的与空气密度相关的设置。

Claims (26)

1.一种用于运行由风产生电功率的风能设备(100)的方法，
其中所述风能设备(100)具有空气动力学的转子(106)，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片(108)，并且所述转子(106)以可设定的转子额定转速(nA，nB)运行，
其特征在于，
确定在所述风能设备(100)的所在地点的湍流等级，并且与所确定的湍流等级相关地规定转子额定转速(nA，nB)。
2.一种用于运行由风产生电功率的风能设备(100)的方法，
其中所述风能设备(100)具有空气动力学的转子(106)，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片(108)，并且所述转子(106)以尤其可设定的转子额定转速(nA，nB)运行，其中在所述转子叶片(108)上在转子叶片根部(114)和转子叶片尖部(116)之间设置有多个涡流发生器(118)，
其特征在于，
确定在所述风能设备(100)的所在地点的湍流等级，并且与所确定的湍流等级相关地确定所述涡流发生器(118)的数量和定位，尤其所述涡流发生器的从所述转子叶片根部(114)起朝所述转子叶片尖部(116)方向的径向伸展(DA，DB)。
3.一种用于运行由风产生电功率的风能设备(100)的方法，
其中所述风能设备(100)具有空气动力学的转子(106)，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片(108)，并且所述转子(106)以尤其可设定的转子额定转速(nA，nB)根据叶片角特征曲线运行，
其特征在于，
确定在所述风能设备(100)的所在地点的湍流等级，并且与所确定的湍流等级相关地规定所述叶片角特征曲线。
4.一种用于运行由风产生电功率的风能设备(100)的方法，
其中所述风能设备(100)具有空气动力学的转子(106)，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片(108)，并且所述转子(106)以可设定的转子额定转速(nA，nB)运行，
其特征在于，
确定在所述风能设备(100)的所在地点的湍流等级，并且与所确定的湍流等级相关地根据不同的运行特征曲线运行所述风能设备(100)，使得与所述湍流等级相关地保证不同的功率曲线(152，154，156)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
基于在所述风能设备(100)处测量到的湍流强度(I15)确定所述湍流等级。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中与所确定的湍流等级相关地规定所述转子额定转速(nA，nB)，使得基于所述测量到的湍流强度(I15)补偿待作用于所述转子(106)上的期望的负载。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
从包含“A”、“B”和“C”的组中选择湍流等级。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
相对于所确定的湍流等级规定所述转子额定转速(nA，nB)，使得所述转子额定转速(nA，nB)在湍流等级“A”下比在湍流等级“B”下更小，并且在湍流等级“B”下比在湍流等级“C”下更小。
9.根据权利要求1或3至8中任一项所述的方法，其特征在于，
在所述转子叶片(108)上在转子叶片根部(114)和转子叶片尖部(116)之间设置有多个涡流发生器(118)，与所确定的湍流等级相关地确定所述涡流发生器的数量和定位，尤其所述涡流发生器的从所述转子叶片根部(114)起朝所述转子叶片尖部(116)方向的径向伸展(DA，DB)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
与所在地点特定的空气密度相关地确定所述涡流发生器(118)沿着所述转子叶片(108)的定位和数量。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中与所述空气密度相关地确定所述涡流发生器(118)的沿着所述转子叶片(108)的径向伸展，使得通过在空气密度较低时必需的叶片角的提高至少部分地补偿附加的收益损失。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中与所在地点特定的空气密度相关地确定所述转子额定转速(nA，nB)。
13.根据权利要求1至3或5至12中任一项所述的方法，其特征在于，
与所述湍流等级相关地根据不同的运行特征曲线运行所述风能设备(100)，使得与所述湍流等级相关地保证不同的功率曲线(152，154，156)。
14.根据权利要求1至2或4至13中任一项所述的方法，其特征在于，
与所确定的湍流等级相关地确定叶片角特征曲线。
15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
在从较低湍流等级过渡到较高湍流等级时，降低所述转子额定转速(nA，nB)。
16.根据权利要求15所述的方法，
其中所述转子额定转速(nA，nB)的降低与在至少一个运行点所述叶片角的提高相关联。
17.根据权利要求16所述的方法，
其中通过涡流发生器(118)的设计和定位对在至少一个运行点所述叶片角的提高起到反作用，使得所述转子额定转速(nA，nB)的降低保持是基本上收益中性的。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其特征在于，
在与湍流等级相关地设计所述风能设备(100)时，沿径向方向向外增加具有所述涡流发生器(118)的转子叶片(108)的布置，以便在由于在较高湍流等级下转子额定转速(nA，nB)降低而引起的叶尖速比降低时，在运行中基本上保持较低湍流等级的叶片角。
19.根据权利要求17或18的方法，
其中在考虑所述空气密度的情况下进行涡流发生器(118)的设计和定位。
20.一种用于运行由风产生电功率的风能设备(100)的方法，
其中所述风能设备(100)具有空气动力学的转子(106)，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片(108)，并且所述转子(106)以尤其可设定的转子额定转速(nA，nB)运行，其中在所述转子叶片(108)上在转子叶片根部(114)和转子叶片尖部(116)之间设置有多个涡流发生器(118)，
其特征在于，
与所在地点特定的空气密度相关地实现所述涡流发生器的数量和定位，尤其所述涡流发生器的从所述转子叶片根部(114)起朝所述转子叶片尖部(116)方向的径向伸展(DA，DB)。
21.一种用于运行由风产生电功率的风能设备(100)的方法，
其中所述风能设备(100)具有空气动力学的转子(106)，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片(108)，并且所述转子(106)以尤其可设定的转子额定转速(nA，nB)运行，
其特征在于，
与所在地点特定的空气密度相关地进行所述风能设备(100)的转速的闭环控制。
22.一种具有吸力侧和压力侧的转子叶片，
其中在转子叶片根部(114)和转子尖部(116)之间设置有多个涡流发生器(118)，其中与所确定的湍流等级和/或所在地点特定的空气密度相关地确定所述涡流发生器(118)的数量和从所述转子叶片根部(114)起朝所述转子叶片尖部(116)方向的设置的延伸。
23.根据权利要求22的转子叶片(108)，其特征在于，
所述涡流发生器(118)从所述转子叶片根部(114)起朝所述转子叶片尖部(116)方向的设置的延伸受最高的湍流等级限制，尤其从最高的湍流等级降至最低的湍流等级。
24.一种风能设备(100)，包括：空气动力学的转子(106)，所述转子具有叶片角可调节的转子叶片(108)，其中所述转子(106)能够以可设定的转子额定转速(nA，nB)运行；以及闭环控制机构(200)，
其特征在于，
所述闭环控制机构(200)设置用于，依照根据权利要求1至21中至少一项所述的方法运行所述风能设备。
25.根据权利要求24所述的风能设备(100)，其特征在于，
所述转子(106)具有至少一个根据上述权利要求22或23所述的转子叶片(108)。
26.一种具有多个根据权利要求24或25所述的风能设备(100)的风电场。
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