CN116940758A - 风力涡轮机和方法 - Google Patents

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CN116940758A CN202180095116.6A CN202180095116A CN116940758A CN 116940758 A CN116940758 A CN 116940758A CN 202180095116 A CN202180095116 A CN 202180095116A CN 116940758 A CN116940758 A CN 116940758A
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Abstract

一种风力涡轮机(1)，其包括用于将风能转换成电能的发电机(17)、用于借助于所述电能生产氢气的制氢系统(10)、第一辅助组(25)的电气用电器(22‑24)、第二辅助组(30)的电气用电器(27‑29)以及用于为所述第一辅助组(25)和所述第二辅助组(30)供电的辅助电力网络(21)，其中仅所述第一辅助组(25)可以借助于一个或多个隔离开关(26)与所述辅助电力网络(21)断开电连接，以减少所述辅助电力网络(21)的能量消耗。由于所述一个或多个隔离开关(26)，可以使所述第一辅助组(25)与电力断开连接。在所述风力涡轮机(1)的操作不需要所述第一辅助组(25)的情况下，这帮助节省能量。

Description

风力涡轮机和方法
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机，并且涉及一种用于操作该风力涡轮机的方法。
背景技术
风力涡轮机可以用于生产氢气。典型的解决方案涉及向现有风力涡轮机设计添加氢气电解装备。在操作期间，由风力涡轮机产生的一些电力用于生产氢气，而大部分电力被分配给电网。这种风力涡轮机可以被描述为具有混合目的。
此混合解决方案的缺点在于，风力涡轮机既不专用于生产供一般消耗的电力，也不专用于生产氢气。因此，为支持两个目的，包括额外成本。例如，向电网馈送电力需要风力涡轮机满足严格的电网规范并维持与电网一致的频率。由风力涡轮机产生的电力还必须转换为高压(33至66kV)，以便促进风力发电场内的低损耗输电。这需要额定功率与风力涡轮机的额定功率类似的变压器位于涡轮机处。
进一步的输电涉及使用变电站，变电站将电压转换得甚至更高(132至200kV)，以实现更长距离的配电。用于控制电力流动并且用于使风力涡轮机以及风力发电场的若干部分安全地断开连接的装备也是必需的，并且必须能够支持高功率和电压水平。这些系统和部件具有高成本，占风力发电场的成本的很大一部分。
完全专用于生产氢气的任务的风力涡轮机可以以较低成本生产氢气。US2003/0168864A1描述一种专用于在没有电网连接的情况下生产氢气的海上风力涡轮机。
US2020/0166017A1描述了风力涡轮机的操作，所述风力涡轮机使用电力存储单元(诸如可再充电电池)来在电网损耗期间为一组电力消耗单元供电。该风力涡轮机包括被分组成至少第一组和第二组的多个电力消耗单元、用于将发电机连接到电力电网的第一电转换器以及用于将发电机连接到电力存储单元的第二电转换器。在检测到发生电网损耗时，操作发电机以确保电力存储单元有足够电力来操作第一组电力消耗单元。
US 2007/0216165 A1描述了一种风力涡轮机驱动的制氢系统，其控制功率转换器系统，使得风力涡轮机更长时间地保持在其可操作范围内，并且因此该制氢系统更长时间地生产氢气。该风力涡轮机驱动的制氢系统根据风力涡轮机的旋转速度改变供应到电解制氢系统的电流量，以减少旋转速度的变化。此外，风力涡轮机的俯仰角根据速度变化。因此，可以减少风力涡轮机的速度变化。使用永磁发电机作为风力涡轮机的电力发电机，以在启动时获得电力供应。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种经改进的风力涡轮机。
因此，提供一种风力涡轮机。所述风力涡轮机包括用于将风能转换成电能的发电机、用于借助于所述电能生产氢气的制氢系统、第一辅助组的电气用电器、第二辅助组的电气用电器、用于为所述第一辅助组和所述第二辅助组供电的辅助电力网络以及用于向所述制氢系统和所述辅助电力网络提供电力的电力调节设备，其中仅第一辅助组可以借助于一个或多个隔离开关与所述辅助电力网络断开电连接，以减少辅助电力网络的能量消耗。
由于所述一个或多个隔离开关，可以使第一辅助组与电力断开连接。在风力涡轮机的操作不需要第一辅助组的情况下，这帮助节省能量。
替代仅一个隔离开关，还可以提供与不同的电气用电器相关联的多个隔离开关。第一辅助组的电气用电器对于确定足以恢复操作的风况和/或对于风力涡轮机的命令和控制能力并不重要。第一辅助组可以包括偏航系统、俯仰系统、环境管理系统或类似物。第二辅助组的电气用电器对于确定足以恢复操作的风况和/或对于命令和控制能力至关重要。因此，第二辅助组不能与辅助电力网络断开连接。第二辅助组可以包括风力传感器、风力涡轮机控制器、通信装备或类似物。
根据一实施例，所述风力涡轮机进一步包括插置在辅助电力网络与第二辅助组之间的不间断电源(不间断电力供应装置，uninterruptable power supply)。
所述不间断电源(UPS)可以在辅助电力网络没有电力的情况下向第二辅助组供应电力。
所述风力涡轮机进一步包括用于向制氢系统和辅助电力网络提供电力的电力调节设备。
来自发电机的电力借助于所述电力调节设备调节至风力涡轮机的内部用电器的合适电压和频率。
根据另一个实施例，所述风力涡轮机进一步包括用于存储电能的蓄电池能量存储系统。
所述蓄电池能量存储系统(BESS)包括蓄电池以及控制机构。
根据另一个实施例，所述蓄电池能量存储系统充当在线不间断电源。
因此，可以省略额外不间断电源。
根据另一个实施例，所述风力涡轮机进一步包括开关设备，所述开关设备适于将辅助电力网络连接到电力调节设备或蓄电池能量存储系统。
根据风力涡轮机的模式，致动所述开关设备。
根据另一个实施例，所述风力涡轮机进一步包括用于为辅助电力网络供电的氢燃料电池。
在此情况下，所述蓄电池能量存储系统是消耗品。氢燃料电池可以连接到氢气收集系统或本地氢气贮存器。
根据另一个实施例，所述风力涡轮机进一步包括连接到制氢系统的氢气收集系统和/或本地氢气贮存器。
氢气收集系统用于将氢气输运到远程收集和分配设施。替代地，氢气可以在压力和/或低温下存储在本地氢气贮存器中。氢气贮存器可以非常大，使得其可以存储大量氢气以供批量提取，或者其被定大小成较小，使得其仅包含用于维持风力涡轮机的操作的必需能量储备。
根据另一个实施例，所述风力涡轮机以非电网频率工作。
所述频率可以例如为400Hz。电网频率通常具有50Hz或60Hz。
根据另一个实施例，所述风力涡轮机与电网断开连接。
这意味着，风力涡轮机没有连接到电网。替代地，可以提供电网连接。
进一步，提供一种操作这种风力涡轮机的方法。所述方法包括以下步骤：a)实施制氢启动模式；以及b)在实施步骤a)之后，以风力涡轮机的制氢模式生产氢气。
制氢启动模式对于使风力涡轮机从睡眠模式或本地电力模式转变到制氢模式是必需的。制氢启动模式包括对制氢系统进行加压和加热。
根据一实施例，当风力涡轮机离开制氢模式时，其转变成本地电力模式，其中在本地电力模式中，辅助电力网络由蓄电池能量存储系统或氢燃料电池供电。
优选地，在本地电力模式中，不生产氢气。
根据另一个实施例，本地电力模式用于使风力涡轮机转变成操作和停止操作。
在本地电力模式中，到辅助电力网络的电力优选地从蓄电池能量存储系统或氢燃料电池输送。在本地电力模式中，风力涡轮机的所有系统都被供电。当处于本地电力模式时，实施风追踪以维持风力涡轮机的转子与风的对准。系统冷却、加热和除湿也继续。在自动化操作期间，本地电力模式主要用于使风力涡轮机转变成操作和停止操作。在发电机开始产生电力之前，风力涡轮机必须与风对准，并且转子叶片的俯仰系统必须被供电并起作用。实施这些活动的能量由蓄电池能量存储系统使用先前存储在其蓄电池中的能量来输送。当转变成停止操作时，需要类似活动以安全地使转子减速并将风力涡轮机置于安全空转状态。本地电力模式也可以在对风力涡轮机的维护访问期间使用，其中电力用于风力涡轮机部件，诸如内部灯、移动起重机、服务电梯和用于工具的电源插座。在此情况下，本地电力模式被强制开启，使得除非操作员命令或者如果蓄电池能量存储系统中的可用能量被耗尽，否则并不发生转变离开本地电力模式。
根据另一个实施例，当风力涡轮机离开本地电力模式时，其转变成睡眠模式，其中在睡眠模式中，所述一个或多个隔离开关断开，以使第一辅助组与辅助电力网络断开电连接。
在本地电力模式中的等待周期之后，通过移除到第一辅助组的电力供应并且仅为第二辅助组供电来减少来自蓄电池能量存储系统的能量消耗。此较低功耗模式称为睡眠模式。从本地电力模式到睡眠模式的转变可以通过断开所述一个或多个隔离开关来实现。第二辅助组的其余电气用电器继续运行以实现对风况的监测，并且实现操作员命令和控制能力。在这些模式下，电力由氢燃料电池或蓄电池能量存储系统供应。
根据另一个实施例，当存在电力供应中断时，风力涡轮机转变成休眠模式。
在休眠模式中，风力涡轮机电力调节设备和蓄电池能量存储系统将都不提供电力。风力涡轮机将使用不间断电源转变到完全断电状态。优选地，使用最小能量储备阈值转变到休眠模式。这将确保当接收到唤醒命令以从休眠模式通电时，在蓄电池能量存储系统中有足够能量可用。应该有足够能量可用于为辅助组供电和使风力涡轮机恢复操作。使风力涡轮机恢复操作则将允许对蓄电池能量存储系统的蓄电池的再充电。
本发明的其他可能实施方案或替代解决方案还包括上文或下文关于实施例描述的特征的本文中未明确提及的组合。本领域技术人员还可以向本发明的最基本形式添加单独的或孤立的方面和特征。
附图说明
根据在结合附图考虑时的后续描述和从属权利要求，本发明的其他实施例、特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1示出根据一个实施例的风力涡轮机的透视图；
图2示出根据一个实施例的风力涡轮机转子叶片的透视图；
图3示出根据图1的风力涡轮机的另一视图；
图4示出根据另一实施例的风力涡轮机的示意图；
图5示出根据另一实施例的风力涡轮机的示意图；
图6示出根据一个实施例的用于操作风力涡轮机的方法的示意图；
图7示出根据另一实施例的风力涡轮机的示意图；
图8示出根据另一实施例的风力涡轮机的示意图；并且
图9示出根据一个实施例的用于操作风力涡轮机的方法的示意性框图。
在附图中，除非另有说明，否则相似附图标记表示相似或功能等效的元件。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施例的风力涡轮机1。
该风力涡轮机是海上风力涡轮机。风力涡轮机1包括转子2，所述转子2连接到布置在机舱3内部的发电机(未示出)。机舱3布置在风力涡轮机1的塔架4的上端处。塔架4具有彼此上下布置的多个塔架区段。塔架4可以称为风力涡轮机塔架。
转子2包括三个转子叶片5。转子叶片5连接到风力涡轮机1的毂部6。这种类型的转子2可以具有在例如30至160米或甚至更多的范围内的直径。转子叶片5经受高风载荷。同时，转子叶片5需要是轻质的。出于这些原因，现代风力涡轮机1中的转子叶片5由纤维增强复合材料制造而成。其中，出于成本原因，玻璃纤维通常优于碳纤维。通常，使用呈单向纤维垫形式的玻璃纤维。
图2示出根据一个实施例的转子叶片5。
转子叶片5包括针对风能的最佳利用成形的空气动力学设计的部分7和用于将转子叶片5连接到毂部6的叶片根部8。
图3示出了风力涡轮机1的另一视图。
风力涡轮机1具有支撑制氢系统10的平台9。制氢系统10具有水脱盐单元11和电解槽12。电源连接件13将发电机(未示出)连接到水脱盐单元11和电解槽12。水脱盐单元11具有用于接收海水的海水进水口14。淡水借助于供应管道15从水脱盐单元11引导到电解槽12。
水脱盐单元11被配置成用于脱盐并将水供应到电解槽12以产生氢气。所产生的氢气使用氢气收集系统输运到岸上或中央平台，在此实例中，氢气收集系统包括氢气输出管线16。
风力涡轮机1可用于岸上或海上安装。在缺少电气网络连接的情况下，风力涡轮机1使用从移动的风流提取的动力来为制氢电解过程供电。由风力涡轮机1生产的氢气通过氢气收集系统输运远离风力涡轮机1或者在本地存储在氢气贮存器中。替代地，该氢气可以在本地加工成氨气或具有商业价值的另一化学品。其然后也可以在本地存储在风力涡轮机处或通过收集系统输运到其他地方。
所述风力涡轮机1的益处在于，通过放弃电力电网连接，风力涡轮机1的设计和风力发电场(类似风力涡轮机1的阵列)的辅助设备(balance of plant)两者都存在显著的成本降低。在风力涡轮机层级，缺少电气网络连接消除需要在风力涡轮机1内包括电气硬件，该电气硬件具有调节由风力涡轮机1产生的电力以供与电气网络接口连接的专用目的。这允许移除若干物品，诸如到电气收集系统的配电所需的中压/高压变压器、开关设备和布线。
在风力发电场层级，包括阵列布线和变电站的电气收集系统不是必需的。可以使用管道收集系统来将在压力下产生的氢气或其他化学品(例如，氨气)从风力涡轮机1输运到远程收集和分配设施。替代地，该化学品可以通过车辆或船只从风力涡轮机收集用于输运。
图4示出了风力涡轮机1的另一实施例的示意图。
优选地，风力涡轮机1是与电网断开连接的制氢风力涡轮机。风力涡轮机1包括发电机17。通过空气动力学转子2从风提取动力，该动力使发电机17转动。来自发电机17的电力借助于电力调节设备18调节至风力涡轮机1的内部用电器的合适电压和频率。
与其中风力涡轮机的内部系统的操作频率由外部电网频率(50Hz或60Hz)确定的连接电网的风力涡轮机不同，与电网断开连接的风力涡轮机1可以被设计成以任何频率操作。风力涡轮机1可以例如以航空和航海行业中常用的400Hz操作。这实现比在50或60Hz下可获得的马达和电力变压器更小且更轻的马达和电力变压器，并且当电源被整流为直流时，将产生更小的纹波(ripple)。
在风力涡轮机1的操作期间，大部分电力被输送到制氢系统10。此制氢系统10使用外部水源19(诸如海上风力涡轮机1的周围水或者岸上风力涡轮机1的附近或地下水)基于电解操作。由风力涡轮机1生产的氢气可以被直接供给到氢气收集系统20中用于输运到远程收集和分配设施。
替代地，由制氢系统10生产的氢气可以在压力和/或低温下存储在本地氢气贮存器中。该氢气贮存器可以非常大，使得其可以存储大量氢气以供批量提取，或者其被定大小成较小，使得其仅包含用于维持风力涡轮机1的操作的必需能量储备。此氢气贮存器可以供给风力涡轮机1内的氢气收集系统或另外的化学合成过程。
由风力涡轮机1产生的一部分电力也被输送到风力涡轮机1的辅助电力网络21。辅助电力网络21是向风力涡轮机1内的风力涡轮机1的操作所必需的电气用电器配送电力的内部网络。这些用电器可以包括偏航系统22、俯仰系统23和环境管理系统24(冷却、加热、除湿)。系统22至24分组在第一辅助组25中。第一辅助组25可以借助于隔离开关26与辅助电力网络21断开连接。可以提供一个隔离开关26。然而，也可以提供数个或多个隔离开关26。仅出于说明性目的，隔离开关26在下文中被表示为单个设备。系统22至24可以称为电气用电器。
风力传感器27、风力涡轮机控制器28和通信装备29分组在第二辅助组30中。风力传感器27、风力涡轮机控制器28和通信装备29也可以称为电气用电器。提供不间断电源31(UPS)用于向第二辅助组30供应电力。第一辅助组25对于确定足以恢复操作的风况和/或对于命令和控制能力并不重要。与此相反，第二辅助组30对于确定足以恢复操作的风况和/或对于命令和控制能力至关重要。
风力涡轮机1能够在风速在操作风速范围内时并且在无故障的情况下操作。风速范围由下切入风速(lower cut-in wind speed)Vin和上切出风速(upper cut-out windspeed)Vout限定。可能妨碍操作的故障包括风力涡轮机1的辅助装备、控制系统或发电和调节系统的任何错误或失灵。
在其中风力涡轮机1不能够操作的这些周期期间，到辅助电力网络21的电力由蓄电池能量存储系统32(BESS)提供。来自蓄电池能量存储系统32的电力被输送到辅助电力网络21，以确保风力涡轮机1的辅助组25、30保持起作用。辅助电力网络21的电源由开关设备33控制。
在操作期间维持蓄电池能量存储系统32的荷电状态，其中一部分所产生的电力被输送到蓄电池能量存储系统32，以对蓄电池再充电或在长持续时间内维持最佳荷电状态。作为蓄电池的替代方案，可以使用其他的能量存储介质，其中该技术提供优于蓄电池能量存储系统32的成本益处。
图5示出了风力涡轮机1的另一实施例的示意图。
根据图5的风力涡轮机1不同于根据图4的风力涡轮机1之处仅在于，由制氢系统10生产的氢气在压力和/或低温下存储在本地氢气贮存器34中。氢气贮存器34可以非常大，使得其可以存储大量氢气以供批量提取，或者其被定大小成较小，使得其仅包含用于维持风力涡轮机1的操作的必需能量储备。此氢气贮存器34可以供给风力涡轮机1内的氢气收集系统或另外的化学合成过程。
图6示出了如前所解释的风力涡轮机1的操作方法。
对于健康的风力涡轮机1，主要是风况决定发电的可用性，并且从而通过电解产生氢气。在其中风速V在操作范围内、使得Vin＜V＜Vout的情况下，风力涡轮机1可以以制氢模式M1操作。在此制氢模式M1中，风力涡轮机1被认为处于正常操作并生产氢气。
当转变成制氢模式M1时，风力涡轮机1必须首先启动制氢系统10。此转变模式称为制氢启动模式M2。此制氢启动模式M2涉及对制氢系统10进行加压和加热。一旦风力涡轮机1处于操作，在此制氢启动模式M2期间使用的电力便由风力涡轮机1提供，以便避免蓄电池能量存储系统32的过多电力消耗。如果风况不再处于操作范围内或者当在制氢启动模式M2中时发生风力涡轮机故障，则将停止启动，直到风力涡轮机1再次能够操作。在模式M1、M2中，由发电机17供应电力。
一旦完成到制氢模式M1的转变，风力涡轮机1便将保持在此制氢模式M1，直到发生以下任一情况：需要定期进行自我保护活动(例如解开塔架电缆、自动诊断安全系统等等)，风况在操作范围外，在风力涡轮机1上发生故障、从而禁止操作，或接收到操作员命令停止操作。
对于未连接到氢收集系统20的风力涡轮机1，一旦本地氢气贮存器34或另一合成化学品装满，便可以停止氢气的生产。然而，风力涡轮机1可以保持操作，因为这可以具有载荷减少益处(通常在海上)。替代地，在其中继续操作可能无益的情况下(通常在岸上)，当本地氢气贮存器34装满时，风力涡轮机1可以停止操作。
当风力涡轮机1离开制氢模式M1时，其转变到本地电力模式M3。在此本地电力模式M3中，到辅助电力网络21的电力从蓄电池能量存储系统32输送。在本地电力模式M3中，风力涡轮机1的所有系统都被供电。当处于本地电力模式M3中时，实施风追踪以维持风力涡轮机1的转子2与风的对准。系统冷却、加热和除湿也继续。
在自动化操作期间，本地电力模式M3主要用于使风力涡轮机1转变成操作和停止操作。在发电机17开始产生电力之前，风力涡轮机1必须与风对准，并且转子叶片5的俯仰系统23必须被供电并起作用。实施这些活动的能量由蓄电池能量存储系统32使用先前存储在其蓄电池中的能量来输送。当转变成停止操作时，需要类似活动以安全地使转子2减速并将风力涡轮机1置于安全空转状态。
本地电力模式M3也在对风力涡轮机1的维护访问期间使用，其中电力用于风力涡轮机部件，诸如内部灯、移动起重机、服务电梯和用于工具的电源插座。在此情况下，本地电力模式M3被强制开启，使得除非操作员命令或者如果蓄电池能量存储系统32中的可用能量被耗尽，否则并不发生转变成脱离本地电力模式M3。
当风力涡轮机1不操作时，最小化来自蓄电池能量存储系统32的能量消耗是通过在适当时减少总功耗来实现的。为此，辅助电力网络可以指定两组用电器，即第一辅助组25和第二辅助组30。第一辅助组25包括对于确定足以恢复操作的风况和/或对于命令和控制能力并不重要的用电器。第二辅助组30包括对于确定足以恢复操作的风况和/或对于命令和控制能力至关重要的用电器。
在本地电力模式M3中的等待周期之后，通过移除到第一辅助组25的电力供应并且仅为第二辅助组30供电来减少来自蓄电池能量存储系统32的能量消耗。此较低功耗模式称为睡眠模式M4。从本地电力模式M3到睡眠模式M4的转变可以通过断开隔离开关26来实现。第二辅助组30的其余用电器继续运行以实现对风况的监测，并且实现操作员命令和控制能力。在模式M3、M4中，由氢燃料电池或蓄电池能量存储系统32供应电力。
在风力涡轮机1的电力调节设备18或蓄电池能量存储系统32的电力供应存在中断的情况下，将不间断电源31直列地(内联地，inline)放置在到第二辅助组30的用电器的电力供应路径上。这确保短持续时间的电力中断(诸如在电源之间的转换或任一电力供应系统中的故障期间)并不导致立即失去风力涡轮机控制。
当处于睡眠模式M4或本地电力模式M3时，在蓄电池能量存储系统32中存在有限量的能量可供使用，因此可能发生此能量存储的耗尽。如果蓄电池能量存储系统32变得几乎耗尽；则将发生到称为休眠模式M5的掉电状态的转变。在休眠模式M5中，风力涡轮机电力调节设备18和蓄电池能量存储系统32都将不提供电力。风力涡轮机1将使用不间断电源31转变到完全断电状态。
使用最小能量储备阈值转变到休眠模式M5。这将确保当接收到唤醒命令以从休眠模式M5通电时，在蓄电池能量存储系统32中有足够能量可用。应该存在可用的足够能量来为辅助组25、30供电和使风力涡轮机1恢复操作。使风力涡轮机1恢复操作则将允许对蓄电池能量存储系统32的蓄电池的再充电。
对风力涡轮机1的命令和控制通过远程通信接口以及本地控制接口成为可能。远程通信接口可以通过诸如光纤通信网络的物理网络，或者通过使用地面的或基于卫星的通信硬件的无线网络。缺少电力电网、并且因此缺少电气阵列布线可以支持使用无线监控控制和数据采集(SCADA)解决方案。
通过本地或远程用户命令，操作员能够停止、启动和定位风力涡轮机1。另外，操作员可以强制风力涡轮机1转变到本地电力模式M3、睡眠模式M4或休眠模式M5并保持在其中。例如，可以强制风力涡轮机1进入睡眠模式M4或休眠模式M5，以便在其中操作员知道风力涡轮机1将不会很快恢复操作的周期期间节省所存储的能量消耗。
在高于切出风速Vout的风速下，风力涡轮机1可以保持在本地电力模式M3、而非转变到睡眠模式M4，以便支持强风中的风追踪。这可以在其中存在载荷减小益处以维持风力涡轮机1朝向风的优选取向的情况下完成，并且将是自动化操作模式。此操作策略的经修改变型将是仅当风力涡轮机1被正确地取向时才使用睡眠模式M4，并且仅当需要取向调整时才转变到本地电力模式M3。这将优化这些强风事件期间所存储能量的消耗。
存在如下风险：当风速从在操作范围之外转变到在操作范围之内时，其可能仅在短时间周期内这样做。风速必须保持在操作范围内达足够时间量，使得风力涡轮机1可以投入操作，并且制氢系统10可以启动。为避免因间歇性风况所致的浪费的能量，转变成操作的条件优选地比简单风速阈值更复杂。
可以使用多种方法来确保风速足以用于操作。风速信号的时域滤波或转变成操作的时间延迟，不仅基于风速、而且还基于风速变化的速率和方向的转变条件、基于对风力涡轮机1处的风速、风向、温度和/或大气压力的本地观察的基于模型的未来风况预测和/或基于在风力涡轮机1之外收集的气象数据的未来风况预测，其中结果经由通信系统发送到风力涡轮机1。
图7示出了风力涡轮机1的另一实施例的示意图。
根据图7的风力涡轮机1与根据图4的风力涡轮机1相同，除了移除蓄电池能量存储系统32并引入氢燃料电池35。由氢燃料电池35使用的氢气可以通过允许氢气回流到风力涡轮机1中而直接从氢气收集系统20输送，或者从本地氢气贮存器34(参见图5)输送。氢气分配设备36提供在氢气收集系统20与氢燃料电池35之间。氢气分配设备36还连接到制氢系统10。
在其中操作是不可能的周期期间，不是使用蓄电池能量存储系统32来维持到辅助电力网络21的电力，而是使用氢燃料电池35。为减少氢燃料电池35的氢气消耗，当风力涡轮机1停止操作时，使用睡眠模式M4。也可以使用休眠模式M5，但是转变阈值由本地氢气贮存器34中(参见图5)可用的剩余氢气或氢气收集系统20中可用的压力确定。
本地电力模式M3也与所描述的相同，但是使用由氢燃料电池35供应的电力实施。操作员命令和控制能力与所描述的相同。这种系统的优点在于，提高在长持续时间停止操作的情况下维持到风力涡轮机1的电力的能力。氢气可以从氢气收集系统20供给以在延长的时间周期内为氢燃料电池35提供动力，而对于蓄电池能量存储系统32，可供使用的能量可能较少。
通过氢燃料电池35将氢气转换成电的效率很可能低于蓄电池能量存储系统32的效率。在操作期间，将生产稍微更多氢气，因为将不转移电力来维持蓄电池能量存储系统32的充电。然而，由于在其中风力涡轮机1停止操作的周期期间消耗氢气来为氢燃料电池35提供动力，因此随着时间的推移输运远离风力涡轮机1的净氢气可能较少。
图8示出了风力涡轮机1的另一实施例的示意图。
根据图8的风力涡轮机1几乎与根据图4的风力涡轮机1相同，除了不存在不间断电源31。相反，使用蓄电池能量存储系统32作为在线不间断电源(在线UPS)。在此配置中，风力涡轮机1在辅助电力网络21的操作期间产生的所有能量都通过蓄电池能量存储系统32。
如果风力涡轮机1的操作停止，则从蓄电池能量存储系统32继续不间断地供应电力。在此配置中，不需要辅助控制不间断电源31，因为蓄电池能量存储系统32充当整个系统的不间断电源。也不需要开关设备33来使辅助电力网络供应21从电力调节设备18转变到蓄电池能量存储系统32。
在此系统设计中，所有电力都通过蓄电池能量存储系统32的蓄电池。因此，系统蓄电池的使用率可能较高，从而导致较低的整体蓄电池寿命。蓄电池能量存储系统32还将必须被额定为在风力涡轮机1的操作期间由辅助组25、30使用的全功率水平、而非仅在停止操作时的功率水平。
出于以下原因，如前所解释的与电网断开连接的制氢风力涡轮机1可能非常适于海上安装。存在充足水供应用于氢气电解。省去了高电力电网连接成本(尤其是存在距海岸的远距离时)。存在高容量因素(通常是更高且更稳定的风况)。
图9示出了用于操作风力涡轮机1的方法的示意性框图。
在步骤S1中，实施制氢启动模式M2。在步骤S2中，在实施步骤S1之后，以风力涡轮机1的制氢模式M1生产氢气。
虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员显而易见的是，修改在所有实施例中都是可能的。

Claims (14)

1.一种风力涡轮机(1)，其包括用于将风能转换成电能的发电机(17)、用于借助于所述电能生产氢气的制氢系统(10)、第一辅助组(25)的电气用电器(22-24)、第二辅助组(30)的电气用电器(27-29)、用于为所述第一辅助组(25)和所述第二辅助组(30)供电的辅助电力网络(21)以及用于向所述制氢系统(10)和所述辅助电力网络(21)提供电力的电力调节设备(18)，其中仅所述第一辅助组(25)能够借助于一个或多个隔离开关(26)与所述辅助电力网络(21)断开电连接，以减少所述辅助电力网络(21)的能量消耗。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其进一步包括插置在所述辅助电力网络(21)与所述第二辅助组(30)之间的不间断电源(31)。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其进一步包括用于存储电能的蓄电池能量存储系统(32)。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其中所述蓄电池能量存储系统(32)充当在线不间断电源。
5.根据权利要求3或4所述的风力涡轮机，其进一步包括开关设备(33)，所述开关设备(33)适于将所述辅助电力网络(21)连接到所述电力调节设备(18)或所述蓄电池能量存储系统(32)。
6.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其进一步包括用于为所述辅助电力网络(21)供电的氢燃料电池(35)。
7.根据权利要求1-6中的一项权利要求所述的风力涡轮机，其进一步包括连接到所述制氢系统(10)的氢气收集系统(20)和/或本地氢气贮存器(34)。
8.根据权利要求1-7中的一项权利要求所述的风力涡轮机，其中所述风力涡轮机(1)以非电网频率工作。
9.根据权利要求1-8中的一项权利要求所述的风力涡轮机，其中所述风力涡轮机(1)与电网断开连接。
10.一种用于操作根据权利要求1-9中的一项权利要求所述的风力涡轮机(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
a)实施(S1)制氢启动模式(M2)，以及
b)在实施步骤a)之后，以所述风力涡轮机(1)的制氢模式(M1)生产(S2)氢气。
11.根据权利要求10所述的方法，其中当所述风力涡轮机(1)离开所述制氢模式(M1)时，其转变成本地电力模式(M3)，其中在所述本地电力模式(M3)中，所述辅助电力网络(21)由蓄电池能量存储系统(32)或氢燃料电池(35)供电。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述本地电力模式(M3)用于使所述风力涡轮机(1)转变成操作和停止操作。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中当所述风力涡轮机(1)离开所述本地电力模式(M3)时，其转变成睡眠模式(M)，其中在所述睡眠模式(M4)中，所述一个或多个隔离开关(26)断开，以使所述第一辅助组(25)与所述辅助电力网络(21)断开电连接。
14.根据权利要求10-13中的一项权利要求所述的方法，其中当存在电力供应中断时，所述风力涡轮机(1)转变成休眠模式(M5)。
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