DE102004061391B4 - Temperature control in a wind turbine - Google Patents
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Abstract
Windenergieanlage mit einem Turm (10), der über einem Boden (20, 30) errichtbar ist, einem Fundament (20) und einem Temperaturregelsystem (90, 100, 120) für wenigstens ein in der Windenergieanlage angeordnetes Gerät (60, 61, 80) mit wenigstens einer Leitung (100) für ein Wärmemedium, die wenigstens abschnittsweise durch das Fundament (20) verläuft und die geeignet ist, mit dem Boden (20, 30) Wärme auszutauschen.A wind energy installation with a tower (10) which can be erected above a floor (20, 30), a foundation (20) and a temperature control system (90, 100, 120) for at least one device (60, 61, 80) arranged in the wind energy installation with at least one heat medium duct (100) running at least in sections through the foundation (20) and adapted to exchange heat with the floor (20, 30).
Description
Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Regelung der Temperatur in einer Windenergieanlage nach Anspruch 17.The The invention relates to a wind turbine according to the preamble of Claim 1 and a method for controlling the temperature in a wind turbine according to claim 17.
Windenergieanlagen
mit einem Temperaturregelsystem sind im Stand der Technik bekannt.
In der
Bekannt sind auch in der Turmtür installierte, ein- oder ausblasend betriebene Lüfter. Der ausblasende Betrieb verhindert zwar das Einsaugen von Staub und Schmutz in den Innenraum des Turms, jedoch wirkt er dem Kamineffekt entgegen. Der Lüfter verursacht eine auch außerhalb des Turms deutlich wahrnehmbare Schallentwicklung. Darüber hinaus ist der Bauraum für Geräte der Luftaufbereitung wie Filterung, Schalldämmung usw. an der Tür sehr beschränkt, denn der Fluchtweg durch die Tür darf nicht zu sehr eingeengt werden.Known are also in the tower door installed, blown or blown fan. The blowing-out operation Although prevents the suction of dust and dirt in the interior of the tower, however, he counteracts the chimney effect. The fan causes one also outside the tower clearly perceptible sound development. In addition, it is the space for equipment the air conditioning such as filtering, sound insulation, etc. at the door very limited, because the escape route through the door should not be restricted too much.
In
der
Aus
der
In
der
In
der
Bei in kälteren Gegenden stationierten Windenergieanlagen kann das Problem der Beheizung der Geräte in der Windenergieanlage auftreten. In windschwachen Zeiten kann es bei Minustemperaturen, insbesondere bei Transformatoren und Schaltanlagen, zu einer Kurzschlüsse verursachenden Kondenswasserbildung oder sogar Vereisung einiger Gerätebereiche kommen. Zur Lösung dieses Problems sind bisher elektrische Heizungen vorgesehen. Die oben beschriebenen Systeme eignen sich, zumindest in hinreichender Weise, nur zur Kühlung der Geräte.at in colder Areas stationed wind turbines can solve the problem of heating the equipment occur in the wind turbine. In windy times can it at sub-zero temperatures, in particular in transformers and switchgear, to a short circuit causing condensation or even icing of some equipment areas come. To the solution This problem so far electric heaters are provided. The Systems described above are suitable, at least in sufficient Way, just to cool the Equipment.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Temperaturregelsystem zur Verfügung zu stellen, mit dem die Stabilität des Turms nicht beeinträchtigt wird.It Object of the present invention, a temperature control system to disposal to put up with the stability of the tower is not affected.
Die Aufgabe wird durch eine eingangs genannte Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und durch ein Verfahren nach Anspruch 17.The Task is by an initially mentioned wind turbine with the features of claim 1 and solved by a method according to claim 17.
Die erfindungsgemäße Windenergieanlage macht von der Idee Gebrauch, wenigstens eine für den Transport eines Wärme auf- und abgebenden Mediums bestimmte Leitung durch den Boden zu verlegen. Unter Boden soll hier allgemein der Bereich verstanden werden, auf dem ein Turm der Windenergieanlage aufgestellt ist. Es kann sich um das Fundament, insbesondere Betonfundament oder auch um Erdreich handeln. Der durch den Boden verlaufende Abschnitt der wenigstens einen Leitung kann vollständig im Fundament verlaufen oder auch zumindest teilweise im Erdreich.The Wind turbine according to the invention makes use of the idea, at least one for the transport of a heat and donating medium to route certain pipe through the floor. Underground should be understood here in general the area on a tower of the wind turbine is set up. It may be around the foundation, in particular concrete foundation or even soil act. The extending through the bottom portion of at least a line can be complete run in the foundation or at least partially in the soil.
Die erfindungsgemäße Windenergieanlage weist gegenüber herkömmlichen Windenergieanlagen insbesondere verschiedene Vorteile auf.The wind turbine according to the invention has in particular various advantages over conventional wind turbines.
Ein Vorteil betrifft die Effizienz der Kühlung und die Einsetzbarkeit des Temperaturregelsystems als Erwärmungssystem. Der Boden ist ab einer Tiefe von wenigen Metern das ganze Jahr über im Wesentlichen auf eine gleich bleibende Temperatur von wenigen Grad Celsius temperiert, bei 0,8 m Tiefe gilt der Boden in gemäßigten Breiten als frostfrei. Bei hohen Außentemperaturen, beispielsweise im Sommer der gemäßigten geographischen Breiten, wird das Wärmemedium bei Durchlaufen des Bodens abgekühlt. Bei niedrigen Außentemperaturen, etwa im Winter derselben Breiten, wird das Wärmemedium bei Durchlaufen des Bodenabschnitts der wenigstens einen Leitung hingegen erwärmt. Bei hinreichender Länge des Bodenabschnitts der wenigstens einen Leitung, etwa durch seine schlangen- oder mäanderförmige Ausbildung, kann das Wärmemedium auch auf Bodentemperatur angeglichen werden.One Advantage relates to the efficiency of the cooling and the applicability the temperature control system as a heating system. The floor is Essentially from a depth of a few meters all year round tempered to a constant temperature of a few degrees Celsius, at a depth of 0.8 m, the soil is considered to be frost-free in temperate latitudes. At high outside temperatures, for example, in summer the temperate geographical Width, becomes the heat medium cooled when passing through the soil. at low outside temperatures, in the winter of the same widths, the heat medium is when passing through the Bottom portion of the at least one line, however, heated. at of sufficient length the bottom portion of the at least one conduit, such as through its serpentine or meandering training, can the heat medium also be adjusted to ground temperature.
Auf diese Weise kann das Temperaturregelsystem zum einen die durch die Verlustleistung der Geräte erzeugte Wärme im Sommer durch das gekühlte Wärmemedium abtransportieren; zum anderen kann, z. B. durch Kondenswasser-, Reif- und Eisbildung verursachten Kurzschlüssen im Winter durch Wärmeabgabe vom Medium an die Geräte entgegengewirkt werden.On in this way, the temperature control system, on the one hand by the Power loss of the devices generated heat in the summer by the chilled heat medium carry away; on the other hand, z. B. by condensation, Ripening and ice formation caused short circuits in winter by heat release from the medium to the devices be counteracted.
Ein zweiter Vorteil betrifft die Stabilität des Turms. Insbesondere der Turmfuß ist hohen Belastungen durch das vom Rotor verursachte Biegemoment ausgesetzt. Die bekannten Lufteinlassöffnungen in der Turmwandung des Turmfußes müssen deshalb kostenintensiv randverstärkt werden. Die Türme der Windenergieanlagen sind z. B. mit einem Fundamenteinbauteil oder einem Ankerkorb in einem in den Erdboden eingelassenen Fundament verankert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist die wenigstens eine Leitung nicht durch die Wandung des Turmfußes, sondern vielmehr, im Wesentlichen vollständig, durch den Boden geführt. Vorzugsweise verläuft die wenigstens eine Leitung wenigstens abschnittsweise auf einer dem Turm gegenüberliegenden Seite des Fundamenteinbauteils. Insbesondere wenn der Turm durch einen in bodenseitiger Verlängerung der Turmwandung verlaufende Ankerstäbe aufweisenden Ankerkorb im Fundament verankert ist, kann die wenigstens eine Leitung zwischen Ankerstäben hindurchgeführt sein. Eine kostenintensive Randverstärkung, z. B. der Lufteinlassöffnungen, entfällt damit.One second advantage relates to the stability of the tower. In particular the Tower foot is exposed to high loads due to the bending moment caused by the rotor. The known air intake openings in the tower wall of the tower base therefore have to cost-intensive edge-reinforced become. The towers the wind turbines are z. B. with a foundation fixture or an anchor basket in a foundation embedded in the ground anchored. In a preferred embodiment of the invention the at least one line not through the wall of the tower foot, but rather, essentially, completely, led through the ground. Preferably runs the at least one line at least in sections on one opposite the tower Side of the foundation component. Especially if the tower is through one in the bottom extension in the tower wall extending anchor rods having anchor cage im Foundation is anchored, the at least one line between tie rods passed be. An expensive edge reinforcement, z. B. the air inlet openings, deleted in order to.
Durch das Fundament sind üblicher Weise Kanäle, beispielsweise zum Durchführen von Stromleitungen vorgesehen. Die Kanäle der bekannten Windenergieanlagen können somit kostengünstig verbreitert werden und zusätzlich die wenigstens eine Leitung für den Transport des Wärmemediums aufnehmen. Es ist auch möglich, die Anzahl der Kanäle zu erhöhen, um Platz für die zusätzlichen Leitungen zu schaffen.By the foundation is more common Way channels, for example, to perform provided by power lines. The channels of the known wind turbines can thus widened cost-effective and in addition the at least one line for the Transport the heat medium. It is also possible, the number of channels to increase, to make room for the additional To create lines.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist die wenigstens eine Leitung als geschlossener Kreislauf für das Wärmemedium ausgebildet. Die wenigstens eine Leitung wird an einem Gerät der Windenergieanlage vorbeigeführt und die Leitungswandung ist dort zum Austausch von Wärme zwischen Wärmemedium, das hier vorzugsweise Wasser ist und Gerät ausgebildet, und die Wandung des durch den Boden geführten Abschnitts der Leitung ist geeignet, Wärme mit dem Boden auszutauschen. Der geschlossene Kreislauf kann, je nach Temperaturdifferenz zwischen Geräteoberfläche und Boden, zum Erwärmen oder zum Kühlen des wenigstens einen Gerätes verwendet werden.In a preferred embodiment of the invention, the at least one line is closed Cycle for the heat medium educated. The at least one line is connected to a device of the wind turbine past and the conduit wall is there to exchange heat between Heat medium, this is preferably water and device formed, and the wall of the guided by the ground Section of the pipe is suitable to exchange heat with the ground. The closed circuit can, depending on the temperature difference between Device surface and ground, for heating or for cooling the at least one device be used.
Das eben beschriebene Temperaturregelsystem funktioniert nach dem Prinzip eines Wärmetauschers. Das Temperaturregelsystem funktioniert als Kühlsystem vorzugsweise wie folgt: Ein Wärmemedium, wie beispielsweise mit Frostschutzmittel versehenes Wasser, wird in insbesondere Schleifen an dem zu kühlenden Gerät, beispielsweise einem Umrichter, vorbeigeführt. Das Wärmemedium nimmt Wärme auf. Der Wärmemediumkreislauf wird durch eine Pumpe, Schwerkraft oder Ähnliches angetrieben. Das erwärmte Wärmemedium gelangt im Kreislauf nach einiger Zeit in den Abschnitt der Leitung, die im Boden verläuft. Das Wärmemedium gibt seine Wärme bzw. einen Teil seiner Wärme an den Boden ab und gelangt dann gekühlt durch den Wärmemediumkreislauf zurück zum Gerät, wo es erneut Wärme aufnehmen kann. Die Wärmeübergänge des korrespondierenden Erwärmungssystems verlaufen entgegengesetzt.The just described temperature control system works on the principle a heat exchanger. The temperature control system functions as a cooling system preferably as follows: A heat medium, such as antifreeze water in particular loops on the device to be cooled, for example a converter, past. The heat medium takes heat on. The heat medium cycle is driven by a pump, gravity or the like. The heated heat medium enters the circuit after some time in the section of the pipe, which runs in the ground. The heat medium gives his heat or part of its heat to the ground and then passes cooled through the heat medium cycle back to the device, where it absorbs heat again can. The heat transfer of the corresponding heating system run in opposite directions.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, weist die Leitung einen außerhalb der Windenergieanlage angeordneten Lufteinlass und einen zum Innenraum der Windenergieanlage führenden Frischluftauslass auf. Das Medium ist hier vorzugsweise Luft.In a preferred embodiment of the invention, the line one outside the wind turbine arranged air inlet and one to the interior of the wind turbine leading Fresh air outlet on. The medium is preferably air here.
Der Frischluftauslass kann im Boden der Windenergieanlage angeordnet sein. Dort ist auch genügend Platz für Frischluftaufbereitungsgeräte, insbesondere zur Schalldämmung und Filterung.Of the Fresh air outlet can be placed in the bottom of the wind turbine be. There is enough space for Fresh air preparation equipment, in particular for sound insulation and filtering.
Durch den Lufteinlass wird Frischluft außerhalb der Windenergieanlage angesaugt. Zur Vermeidung des Ansaugens durch vom Boden abstrahlender Wärme erhitzter Luft, wird diese vorzugsweise einen halben bis einige Meter über dem Boden angesaugt. Die Frischluft wird mittels eines Ansauggebläses durch die wenigstens eine Frischluftleitung gesaugt. Sie kann dann in den Innenraum des Turms, vorzugsweise unterhalb der zu temperierenden Geräte, durch einen Frischluftauslass ausgeblasen werden oder auch in Frischluftleitungen an den Geräten dicht vorbeigeführt werden.Fresh air is drawn in outside the wind turbine through the air inlet. To avoid the suction of heated by the ground heat radiating air, this is preferably sucked half a to several meters above the ground. The fresh air is sucked by means of an intake fan through the at least one fresh air line. She can then enter the interior of the tower, preferably below the devices to be tempered, are blown out through a fresh air outlet or be passed tightly in fresh air lines to the devices.
Im Innenraum des Turmes können leistungselektronische Bauteile, wie Umrichter, Transformatoren usw. vorgesehen sein, die die Luft im Turmfuß erwärmen und aufsteigen lassen. Durch den entstehenden Kamineffekt kann die eintretende Frischluft verstärkt angesaugt werden und an den Bauteilen vorbei streichen und diese temperieren. Die Frischluft steigt günstigenfallls bis in den Turmkopf auf, wo sie den Generator temperiert, um dann durch Öffnungen aus dem Turmkopf auszutreten. Je nach Temperaturdifferenz zwischen dem wenigstens einen Gerät und der Luft, arbeitet das Temperaturregelsystem auch hier als Kühlsystem oder als Erwärmungssystem.in the Interior of the tower can Power electronic components, such as converters, transformers Be provided, etc., which heat the air in the tower foot and rise. By the resulting chimney effect, the incoming fresh air can be sucked reinforced and paint past the components and temper them. The fresh air rises preisfallls up to the top of the tower, where it tempered the generator, then to through openings exit from the tower head. Depending on the temperature difference between the at least one device and In the air, the temperature control system also works here as a cooling system or as a heating system.
Insbesondere im Fall einer am wenigstens einen Gerät angeordneten Flüssigkeits-, insbesondere Wasserkühlung, kann es vorteilhaft sein, den Luftzug, ggf. unter Einsatz eines zusätzlichen Ventilators durch einen Wasser/Luft-Wärmetauscher zu leiten. Dadurch wird das Gerät nicht direkt der Frischluft ausgesetzt, die einen hohen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen kann und ggf. Korrosion befördert.Especially in the case of a liquid arranged on at least one device, especially water cooling, It may be advantageous, the draft, possibly using a additional Fan to pass through a water / air heat exchanger. Thereby becomes the device not directly exposed to fresh air, which has a high moisture content may have and possibly transported corrosion.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist in der Turmwandung oberhalb wenigstens einiger der Geräte eine Entlüftung vorgesehen, die z. B. mittels eines Ventilators Luft aus dem Innenraum des Turms nach außen bläst. Dadurch wird der Luftdurchzug im Innenraum des Turms verstärkt.In a further preferred embodiment of the invention is at least some in the tower wall above the devices a vent provided, the z. B. by means of a fan air from the interior the tower to the outside blows. This increases the air flow in the interior of the tower.
Vorzugsweise ist der Frischlufteinlass durch einen Regenschutz gesichert. Der Regenschutz kann beispielsweise als ein um wenigstens 90° abgewinkeltes Rohrende ausgebildet sein, das optional eine Windausrichtungsvorrichtung aufweist, die es ihm gestattet, sich nach Art eines Schiffslüfters nach der Windrichtung zu drehen.Preferably The fresh air intake is protected by a rain cover. Of the Rain protection can, for example, as an angled at least 90 ° Tube end may be formed, optionally a wind alignment device which allows it to move in the manner of a ship's fan after the Wind direction to turn.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Figur beschrieben. Dabei zeigt:The Invention is based on an embodiment described in a figure. Showing:
Die
erfindungsgemäße Windenergieanlage weist
einen (nicht eingezeichneten) Rotor auf, der drehbar an einem (nicht
eingezeichneten) Maschinenhaus an einem Ende eines Turms
Der
montierte Turm
Ein
Innenraum
Der
im Maschinenhaus angeordnete Generator liefert eine Wechselspannung
mit einer Rotordrehzahl abhängigen
Frequenz. Letztere ist damit auch von der Windstärke abhängig. Eine im Turmfuß
Oberhalb,
d. h. auf der dem Fundament
Die
Frischluftleitung
Von
dem Frischlufteinlass
Der
parallel zur Fundamentoberkante
Das
Ansauggebläse
Es
kann auch eine das Ansauggebläse
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