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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage.
Weiterhin bezieht sie sich auf einen Satz von Elementen zur Anpassung
einer Windenergieanlage an eine Standortbedingung bzw. eine Gegebenheit
am Aufstellungsort. Schließlich
bezieht sich die vorliegende Patentanmeldung auf ein Verfahren zur
Anpassung des Rotors einer Windenergieanlage an Standortbedingungen.
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Windenergiesysteme
haben in den vergangenen Jahren eine wachsende Bedeutung als Energiequelle
gewonnen. Daher bauen die Windenergieanlagenhersteller leistungsstärkere Windenergieanlagen,
die in der Größe zunehmen,
so dass die Rotorblätter
von Windenergieanlagen leicht eine Länge von 60 m erreichen können. Windenergieanlagen werden
in verschiedene Typklassen oder Windklassen unterteilt, die zur
technischen Zertifizierung verwendet werden. Die Wind- oder Typklassen
werden nach unterschiedlichen Extremwindgeschwindigkeiten und langfristigen
jährlichen
mittleren Windgeschwindigkeiten unterteilt. Es gibt vier verschiedene Typklassen.
Daher werden die Windenergieanlagen für eine bestimmte von den vier
verfügbaren
Wind- oder Typklassen ausgelegt. Dementsprechend bieten die Hersteller
für jede
Typklasse einer Windenergieanlage nur einen begrenzten Satz von
Blättern
an, wobei die Blätter
an die unterschiedlichen mittleren Windgeschwindigkeiten oder andere
Gegebenheiten der jeweiligen Windklasse angepasst sind. Allgemein entsprechen
die Standorte, an denen eine Windenergieanlage errichtet wird, nicht
exakt einer typischen Windsituation der Windklasse des Standortes.
Dementsprechend werden die Anlagen kaum einmal unter den Bedingungen
eingesetzt, für
die sie ausgelegt sind.
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Zusätzlich zu
dem oben Gesagten wählen die
Betreiber eines Windparks häufig
eine bestimmte Windklasse oder Typklasse aus, in der die Turbine
20 Betriebsjahre überstehen
sollte. Wenn die Windklassen einen großen Bereich von Windgeschwindigkeiten
abdecken, sollte eine Windenergieanlage für eine bestimmte Windklasse
dazu geeignet sein, auch bei den höchsten möglichen Windgeschwindigkeiten,
d. h. an dem oberen Ende des Bereiches, in dieser Klasse betrieben
zu werden. An der Mehrzahl der Standorte erreichen die Windgeschwindigkeiten
jedoch nicht das obere Ende des Bereiches einer bestimmten Windklasse.
Daher nutzt eine für
diese Windklasse vorgesehene Windenergieanlage nicht ihr gesamtes
Leistungsvermögen
aus. Auch innerhalb eines Windparks können für die einzelnen Windenergieanlagen
unterschiedliche Bedingungen vorliegen. Z. B. kann es einigen Windenergieanlagen durch
Verwaltungsvorschriften gestattet sein, mehr Lärm zu erzeugen als andere,
und einige Windenergieanlagen können
sich auf Bergkämmen
befinden, während
andere weniger vorteilhaft angeordnet sein können und dadurch unter milderen
Belastungen laufen als denjenigen, für die sie ausgelegt sind.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Mit
Blick auf das oben Gesagte wird ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage geschaffen,
das ein erstes Modul von einem ersten Typ und ein zweites Modul
von einem zweiten Typ aufweist, wobei jedes Modul ein distales Ende
und ein proximales Ende aufweist und das distale Ende des ersten
Moduls und das proximale Ende des zweiten Moduls geeignet sind,
aneinander befestigt zu werden, um wenigstens einen Teil des Rotorblatts
zu bilden, wobei wenigstens eines der Module aus einem Satz von
wenigstens zwei verschieden geformten Modulen des gleichen Typs
ausgewählt
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird ein Satz von Elementen zum Anpassen einer Windenergieanlage
an eine Standortbedingung geschaffen, wobei der Satz von Elementen
verschiedene Module zum Zusammensetzen eines modularen Rotorblattes
enthält,
wobei die mehreren Module wenigstens ein Modul von einem Fußtyp, wenigstens
ein Modul von einem Spitzentyp und wenigstens ein weiteres Modul von
dem Fußtyp
oder dem Spitzentyp enthalten, wobei das wenigstens eine weitere
Modul eine andere Form als das andere Modul des gleichen Typs aufweist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Anpassen eines Rotors einer
Windenergieanlage an eine Standortbedingung geschaffen, wobei das
Verfahren enthält:
Bewerten einer Standortbedingung der Windenergieanlage; Auswählen eines
ersten Moduls aus wenigstens zwei verschieden geformten ersten Modulen
des gleichen Typs oder eines zweiten Moduls aus wenigstens zwei
verschieden geformten zweiten Modulen des gleichen Typs, wobei das
erste und das zweite Modul jeweils ein proximales und ein distales
Ende aufweisen; und Befestigen des distalen Endes des ersten Moduls
an dem proximalen Ende des zweiten Moduls, so dass sie während des
Betriebs der Windenergieanlage aneinander befestigt sind und wenigstens
einen Teil eines Rotorblattes bilden.
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Weitere
Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Patentanmeldung
sind aus den abhängigen
Ansprüchen,
der Beschreibung und den beigefügten
Zeichnungen ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Eine
vollständige
und den Leser in Kenntnis setzende Offenbarung der vorliegenden
Erfindung, die die beste Ausführungsform
derselben enthält
für einen
Fachmann, wird im Einzelnen im Rest der Beschreibung geliefert,
die eine Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen enthält:
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage;
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Rotorblattes gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt
einen Satz von Spitzenmodulen;
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4 zeigt
einen weiteren Satz von Spitzenmodulen;
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5 zeigt
einen Satz von Fußmodulen;
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6 zeigt
einen Querschnitt durch ein Modul eines Rotorblattes;
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7 zeigt
eine schematische Darstellung eines Rotorblattes gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel;
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8 zeigt
eine Steckverbindung von zwei verschiedenen Modulen;
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9 zeigt
einen Querschnitt einer Steckverbindungselementes eines Moduls;
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10 zeigt
einen anderen Querschnitt eines Steckverbindungselementes eines
Moduls;
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11 zeigt
noch einen anderen Querschnitt einer Steckverbindung eines Moduls;
und
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12 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Es
wird nun im Einzelnen auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung
Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen
dargestellt sind. Jedes Beispiel wird nur zum Zwecke der Erläuterung
der Erfindung gegeben und ist nicht als eine Beschränkung der
Erfindung zu verstehen. Z. B. können
Merkmale, die als Bestandteil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben
sind, auch an anderen Ausführungsbeispielen
oder in Verbindung mit diesen benutzt werden, um noch eine weitere
Ausführungsform
zu liefern. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung
auch solche Abwandlungen und Variationen umfasst.
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In
diesem Zusammenhang sollte erkannt werden, dass sich der Ausdruck „in Betrieb" in der vorliegenden
Anmeldung auf eine Phase bezieht, in der die Windenergieanlage zum
Betrieb bereit ist, d. h. nach der Vollendung des Baus der Windenergieanlage.
Weiterhin sind die Begriffe „proximal" und „distal" an einem Modul bezogen
auf die Nabe definiert, wenn die Module montiert sind.
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Äußere Standortbedingungen
im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung sind Bedingungen, die
durch den Aufstellungsort der Windenergieanlage gegeben sind. Das
können
bestimmte Windgeschwindigkeitsbedingungen am Ort der Windenergieanlage
oder Beschränkungen,
wie etwa Geräuschbeschränkungen
sein.
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In 1 ist
eine veranschaulichende Zeichnung einer Windenergieanlage 100 gezeigt.
Die Windenergieanlage weist einen Turm 110 auf. Eine Gondel 120,
in der ein Generator und/oder ein Getriebe angeordnet ist, ist oben
an dem Turm angebracht. Die Gondel ist zur Drehung um eine vertikale
Achse eingerichtet. Der Generator ist direkt oder über das Getriebe
mit einer Nabe 130 verbunden. Wenigstens ein Rotorblatt 140 ist
mit der Nabe 130 verbunden. Die Nabe 130 und das
Rotorblatt oder die Rotorblätter 140 bilden
einen Rotor, der dazu eingerichtet ist, sich um eine horizontale
Achse zu drehen. Die Blätter des
Rotors nehmen kinetische Energie des Windes auf und treiben den
Rotor an. Die Drehbewegung des Rotors wird vom Generator in einen
elektrischen Strom umgewandelt. Schließlich kann der elektrische Strom
in ein Netz oder Elektrizitätsversorgungsnetz eingespeist
werden.
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Die
Effizienz einer Windenergieanlage hängt neben anderen Kriterien
von der geometrischen Form der Rotorblätter ab. Demnach wäre es optimal, eine
Blattform zu haben, die an die speziellen Bedingungen eines Windenergieanlagenstandortes
angepasst ist. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines
Blattes 1 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
Das Rotorblatt 1 kann als das Blatt 140 in Verbindung
mit der Windenergieanlage 100 aus 1 verwendet
werden. Das Rotorblatt 1 ist aus einem Fußmodul 10 und
einem Spitzenmodul 20 zusammengesetzt. Das Fußmodul weist
ein proximales Ende 12 und ein distales Ende 14 auf,
wobei das proximale Ende 12 dazu eingerichtet ist, mit
der Nabe 130 der Windenergieanlage 100 verbunden
zu werden. Zu diesem Zweck kann das proximale Ende 12 des
Fußmoduls
einen Verbindungsflansch aufweisen. Die Begriffe proximal und distal
sind dabei bezogen auf die Nabe 130 definiert, mit der
das Rotorblatt 1 verbunden werden kann. Das Spitzenmodul
weist ein proximales Ende 22 und ein distales Ende 24 auf. Das
proximale Ende 22 des Spitzenmoduls 20 ist dazu
eingerichtet, mit dem distalen Ende 14 des Fußmoduls 10 verbunden
zu werden, so dass das Rotorblatt 1 aus dem Fußmodul 10 und
dem Spitzenmodul 20 gebildet wird.
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In 3 sind
drei verschiedene Spitzenmodule 20a, 20b, 20c des
gleichen Typs gezeigt. Ein Spitzenmodul kann auch aus mehr Modulen
des gleichen Typs ausgewählt
werden, ebenso wie ein Satz von Spitzenmodulen in einem Ausführungsbeispiel auch
zwei verschiedene Spitzenmodule oder vier, fünf oder mehr verschiedene Spitzenmodule
enthalten könnte.
Jedes Spitzenmodul 20a, 20b, 20c weist ein
proximales Ende 22a, 22b, 22c und ein
distales Ende 24a, 24b, 24c auf. Weiterhin
kann jedes Spitzenmodul 20a, 20b, 20c eine
andere Länge 1a, 1b, 1c als
die anderen Spitzenmodule des selben Satzes von Spitzenmodulen aufweisen,
wie es in 3 gezeigt ist. Die proximalen
Enden 22a, 22b, 22c der drei Spitzenmodule 20a, 20b, 20c sind
in dem Sinne identisch, dass sie ein Verbindungselement zum Verbinden
des Spitzenmoduls 20a, 20b, 20c mit anderen Blattmodulen
enthalten. Z. B. können
die proximalen Enden 22a, 22b, 22c identische
männliche
oder weibliche Steckverbinder zum Verbinden der Spitzenmodule mit
einem Fußmodul 10 enthalten.
Demnach sind die Module 20a, 20b, 20c von
den Spitzenmodulen untereinander austauschbar. Der glatte Übergang
von einem Fußmodul
zu einem Spitzenmodul kann so ausgeführt sein, dass keine besondere
Turbulenz infolge des Aufbaus des Blattes aus zwei Modulen, nämlich einem
Spitzenmodul und einem Fußmodul,
verglichen mit einem traditionellen, aus nur einem einzigen Modul
bestehenden Blatt erzeugt wird. Die Verwendung eines modularen Rotorblattes 1,
das ein Spitzenmodul und ein Fußmodul enthält, kann
für eine
Feinanpassung eines Rotors an die Windbedingungen genutzt werden,
die an dem Ort vorliegen, wo die Windenergieanlage betrieben wird.
Der Durchmesser des Rotors und/oder das aerodynamische Profil können an
den Aufstellungsort angepasst werden.
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Typischerweise
tragen die aerodynamischen Eigenschaften des distalen Blattabschnitts
mehr zu der gesamten Leistungsfähigkeit
des Rotors bei als diejenigen der proximalen Blattabschnitte nahe
bei der Nabe. Dementsprechend kann eine Spitzenform sorgfältig ausgewählt werden.
Demnach sollte die Sehnenlängenverteilung
in dem äußeren Abschnitt so
nahe wie möglich
an der theoretischen optimalen Form bleiben. Weiterhin beeinflusst
die Form der Blattspitze die Erzeugung von Spitzenwirbeln und dadurch
den einwirkenden Luftwiderstand. Demnach kann die Effizienz von
Windenergieanlagen verbessert werden, indem die Spitzenform optimiert
wird. Weiterhin beeinflusst die Spitzenform die Luftgeräuschemission
des Rotors der Windenergieanlage. Demnach können die Spitzenmodule 22d, 22e, 22f, 22g, 22h in
dem Satz von Spitzenmodulen verschiedene Spitzenformen aufweisen,
wie es in 4 in einer Draufsicht gezeigt
ist. Das Spitzenmodul 22d weist z. B. eine Standardspitzenform
auf, das Spitzenmodul 22e weist eine gerade Hinterkante
auf, das Spitzenmodul 22f weist eine Haifischform auf,
und das Spitzenmodul 22g weist eine ausgerundete Spitzenform
auf. In bestimmten Fällen
kann ein Spitzenmodul 22h ein Spitzenleitelement aufweisen.
Weiterhin können
sich die Spitzenmodule zusätzlich
zu ihrer Form in der Länge
in Längsrichtung,
d. h. in ihrer Länge
von dem Spitzenende bis zu dem Verbindungselement unterscheiden,
das an dem angrenzenden Modul befestigt wird.
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5 zeigt
Module 10a, 10b, 10c eines Fußtyps. Jedes
Fußmodul 10a, 10b, 10c weist
ein proximales Ende 12a, 12b, 12c und
ein distales Ende 22a, 22b, 22c auf.
Die Fußmodule
können
unterschiedliche Längen
da, db, dc und/oder unterschiedliche Formen aufweisen. Das proximale
Ende jedes Fußmoduls 10a, 10b, 10c weist
einen Flansch auf, der zum Befestigen des proximalen Endes 12a, 12b, 12c des Fußmoduls 10a, 10b, 10c an
der Nabe der Windenergieanlage geeignet ist. Das proximale Ende
des Fußmoduls
kann standardisiert sein, um zu der Nabe der Windenergieanlage zu
passen. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn verschiedene
Module des Fußtyps
verwendet werden. Die distalen Enden 22a, 22b, 22c der
Fußmodule
weisen männliche
oder weibliche Verbindungselemente auf, die bei den einzelnen Fußmodulen 10a, 10b, 10c identisch
sind, um untereinander austauschbare Fußmodule zu schaffen. Weiterhin
sind die distalen Enden 22a, 22b, 22c der
Module des gleichen Typs, z. B. des Fußtyps, an das proximale Ende 22 eines
Spitzenmoduls angepasst. Dadurch sind die Module des Fußtyps untereinander
austauschbar.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann das Profil des Spitzenmoduls und/oder des Fußmoduls
variiert werden. Die Effizienz eines schnell laufenden Windenergieanlagenrotors
wird zu einem großen
Teil von den aerodynamischen Eigenschaften der verwendeten Blätter oder
aerodynamischen Profile bestimmt. Zu Zwecken eines Beispiels ist
in 6 ein Querschnitt durch ein Rotorblatt gezeigt,
wobei der Querschnitt auf Fußmodule
und Spitzenmodule gleichermaßen
anwendbar ist. Der Kennzeichnung der NACA (National Advisory Committee
for Aeronautics) für
Serien von Tragflächenprofilen
folgend werden für
die Rotorblatteigenschaften die folgenden typischen Parameter verwendet:
Die Profiltiefe bzw. Länge
der Sehne (chord length) c, die maximale Profilwölbung (camber) f oder das Wölbungsverhältnis (camber
ratio) f/c in Prozent als die maximale Wölbung der Mittellinie bzw.
Skelettlinie, die Lage der maximalen Wölbung bzw. Wölbungsrücklage xf, die maximale Profildicke d als größter Durchmesser
einbeschriebener Kreise mit Mittelpunkt auf der Mittellinie oder
das Dickenverhältnis
d/c in Prozent, die Lage der maximalen Dicke bzw. Dickenrücklage xd, den Nasen- bzw. Vorderkantenradius rN,
die Profilkoordinaten zo(x) und zu(x) des Verlaufs der oberen bzw. unteren
Seite, wobei die Konturkoordinaten als Tabellen in Profilkatalogen
aufgelistet sind. Zur Variation des Blattprofils oder Flügels kann
jeder einzelne der zuvor genannten Parameter, z. B. die Profiltiefe, die
Dicke, das Dickenverhältnis
etc. geändert
werden, um das Profil an die spezifischen Standortbedingungen anzupassen.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
wird ein Satz von Elementen mit verschiedenen Fußmodulen 10a, 10b, 10c und
verschiedenen Spitzenmodulen 20a, 20b, 20c geschaffen.
Die Module sind dazu ausgelegt, untereinander austauschbar gemeinsam
miteinander verwendet zu werden. Mit anderen Worten kann jedes einzelne
Fußmodul 10a, 10b, 10c mit
jedem einzelnen Spitzenmodul 20a, 20b, 20c kombiniert
werden. Dadurch können
mit dem Satz neun verschiedene Blätter gebildet werden. Der Satz
von Elementen kann auch nur zwei verschiedene Module des gleichen
Typs oder drei oder mehr Module, z. B. vier oder fünf Module
des gleichen Typs enthalten.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann das Spitzenmodul 20 über wenigstens ein Zwischenmodul 30 mit
dem Fußmodul 10 verbunden
sein, wie es in 7 gezeigt ist. Das Zwischenmodul 30 kann ebenfalls
aus einem Satz von verschiedenen Zwischenmodulen ausgewählt werden,
wobei die verschiedenen Zwischenmodule 30 unterschiedliche Längen in
Längsrichtung,
eine unterschiedliche Form und/oder unterschiedliche Profilgestaltungen
aufweisen, wie es bereits mit Blick auf die Spitzen- und Fußmodule
erläutert
worden ist. Weiterhin kann ein proximales oder distales Ende 32, 34 des
Zwischenmoduls ein männliches
oder weibliches Verbindungselement enthalten. Jedes Zwischenmodul
aus einem Satz von Zwischenmodulen weist Verbindungselemente an
seinem proximalen und distalen Ende 32, 34 auf,
so dass jedes Zwischenmodul aus einem Satz von Zwischenmodulen gegen
andere Zwischenmodule austauschbar ist. Demnach kann der Modultyp
ein Fußtyp,
ein Spitzentyp oder ein Zwischentyp sein.
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Demnach
ist das Rotorblatt 1, 140 gemäß der vorliegenden Patentanmeldung
eine Bausatzkonstruktion, die bei der Montage und Effizienz der Herstellung
Flexibilität
bietet. Die Module sind für eine
praktische Handhabung und/oder gemäß den Versandbedingungen bemessen.
Typischerweise wird die Endmontage der Blattmodule am Aufstellungsort
der Windenergieanlage vorgenommen. Die Verbindungen zwischen den
verschiedenen Modulen des Rotorblattes sind daher festgelegt oder
standardisiert. Weiterhin kann eine Windenergieanlage, die ein Rotorblatt 1, 140 verwendet,
das mehrere Module enthält,
leicht aufgerüstet
oder verbessert werden, wenn neue Technologien verfügbar werden,
z. B. eine neue Spitzengestaltung zur Geräuschreduktion. Weiterhin ist
das Rotorblatt erweiterungsfähig.
Weiterhin können
die Module gekoppelt oder ausgetauscht werden, wie es zur Berücksichtigung
bestimmter Bemessungsbelastungen erforderlich ist. Schließlich ist
ein Rotorblatt mit mehreren Modulen leicht umgestaltbar, so dass
Komponenten wie die Module zwischen den Orten umgesetzt werden können, um
die gleiche oder eine ähnliche
Funktion zu erfüllen.
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Eine
bessere Anpassung des Rotordurchmessers an die speziellen Standortbedingungen kann
zu einer besseren Ausnutzung der Windenergie führen. Dadurch kann der Ertrag
einer Windenergieanlage erhöht
werden. Das ausgewählte
Modul könnte
das Spitzenmodul oder das Fußmodul
sein. In einem bestimmten Ausführungsbeispiel
können
sowohl das Spitzenmodul als auch das Fußmodul aus einem Satz von Spitzen-
bzw. Fußmodulen
ausgewählt
werden. In allen Ausführungsbeispielen
kann das proximale Ende des Spitzenmoduls zu dem distalen Ende des
Fußmoduls
passen, um eine feste Verbindung zwischen diesen sicherzustellen,
wobei das Fußmodul
und das Spitzenmodul starr aneinander befestigt sind, wenn die Windenergieanlage
in Betrieb ist. Die verschiedenen Spitzenmodule aus einem Satz von
Spitzenmodulen haben voneinander verschiedene Formen. Die verschiedene
Form kann z. B. nur in unterschiedlichen Längen bestehen, kann sich aber
auch auf unterschiedliche Formgestaltungen beziehen, die z. B. die
Geräuscherzeugung
während
der Drehung des Rotors der Windenergieanlage verringern.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann der Satz Sätze
von Fußabschnitten
mit unterschiedlichen Längen
und von Blattspitzen mit gleichen Längen oder von Fußabschnitten
und von Spitzenabschnitten, die unterschiedliche Längen aufweisen, enthalten,
so dass die Anzahl der möglichen
Varianten zur Bildung eines Blattes drastisch erhöht wird. Zum
Beispiel können
die Fußabschnitte
Längen
von 40 und 44 m und die Spitzenabschnitte Längen von 20 und 22 m aufweisen.
So können
durch eine Kombination der zwei Fußabschnitte mit den zwei Spitzenabschnitten
vier verschiedene Blattlängen
realisiert werden, nämlich
60 m, 62 m, 64 m oder 66 m. Zusätzlich
können
Blattverlängerungselemente
von verschiedenen Naben verwendet und mit dem Fußabschnitt und dem Spitzenabschnitt
kombiniert werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel entspricht das
Fußmodul
etwa der Hälfte
bis zu 3/4, hier 2/3 der gesamten Länge des Blattes und/oder das Spitzenmodul
entspricht etwa einem Viertel bis zur Hälfte, hier einem Drittel der
Gesamtlänge
des Blattes. Die Gesamtlänge
des Blattes ist der Abstand zwischen dem proximalen Ende des Fußmoduls
und dem distalen Ende des Spitzenmoduls.
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8 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Verbindungsabschnitts eines ersten
Moduls 40 und eines zweiten Moduls 50. Das erste
Modul 40 kann ein Spitzenmodul, ein Fußmodul oder ein Zwischenmodul
sein. Das zweite Modul 50 kann das mit dem ersten Modul
zu verbindende Modul sein, nämlich
ein Spitzenmodul, ein Fußmodul
oder ein Zwischenmodul. Z. B. ist das erste Modul 40 ein
Fußmodul
und das zweite Modul 50 ein Spitzenmodul. Ein Ende 42 des
ersten Moduls 40 weist ein weibliches Steckverbindungselement
bzw. eine Buchse 44 auf. Ein Ende 52 des zweiten
Moduls 50 weist ein männliches
Steckverbindungselement bzw. einen Stecker 54 auf. Weiterhin
ist die Querschnittsform des Steckers 54 und der Buchse 44 an
eine Form der Außenhaut
des Rotorblatts angepasst. Die Buchse 44 weist weiterhin
einen Dichtungsflansch 46 auf. Ein ähnlicher entsprechender (nicht
gezeigter) Dichtungsflansch oder Damm kann an dem Stecker 54 vorhanden
sein. Die Dichtungsflansche 46 und/oder Dämme dienen
zum Abdichten des Hohlraums zwischen dem Stecker 54 und
der Buchse 44 während
einer Vakuuminfusion.
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Typische
Querschnittsformen des Steckers oder der Buchse sind in den 9 bis 11 gezeigt. 9 zeigt
einen Steckverbinder mit einem rechteckigen Querschnitt. Es sollte
erkannt werden, dass von der Bedeutung des Begriffs „rechteckig" auch ein quadratischer
Querschnitt umfasst ist. Gemäß einem
anderen in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist das Verbindungselement einen elliptischen
Querschnitt auf. Es sollte erkannt werden, dass von der Bedeutung
des Begriffes „elliptisch" auch ein kreisförmiger Querschnitt
umfasst ist. Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist in 11 gezeigt. Darin ist die Querschnittsform
des Verbindungselementes an die Querschnittsform des Rotorblattes 140 der
Windenergieanlage angepasst. Die Querschnittsform ist im Wesentlichen
rechteckig, aber die obere und die untere Verbindungsfläche sind gekrümmt, um
der Form der Außenhaut
des Blattes zu folgen. Während
die 9 bis 11 die Querschnittsform der
Verbindungselemente zeigen, sollte erkannt werden, dass die Querschnittsformen
der Buchse 44 so ausgewählt
werden, dass sie der Querschnittsform des Steckers 54 entsprechen
bzw. zu dieser passen. Demnach wird während eines Vakuuminfusionsvorgangs
eine gleichmäßige Verteilung eines
Harzes zwischen dem Stecker 54 und der Buchse 44 garantiert
werden. Im Ergebnis wird zwischen dem Stecker und den Buchsen elementen durch
einen derartigen Infusionsvorgang eine gleichmäßige Verbindungslinie gebildet.
Dadurch wird eine gleichmäßige Lastverteilung
innerhalb der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Modul hergestellt.
Bei einem solchen Vakuuminfusionsvorgang werden die Dichtungen innerhalb
des Blattes typischerweise vor dem Zusammenfügen der Verbindungselemente
geschaffen, während
die Vakuumdichtungen der Außenseite
leicht erreicht werden können.
Dementsprechend kann der Verbindungsbereich mit nur den Dichtungen
an der Außenseite
unter Vakuum gesetzt werden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann ein automatisches Standortauswahl- oder Standortanpassungsverfahren
verwendet werden, das den maximalen Rotor (oder irgendeine andere
Variable wie etwa das Getriebeübersetzungsverhältnis) für eine Windenergieanlage
oder eine einzelne Windenergieanlage innerhalb eines Windparks auswählt. Ein typisches
Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist im Zusammenhang mit 12 erläutert. In
einem ersten Schritt 1010 wird eine Standortbedingung bewertet.
Dies könnte
die maximale Windgeschwindigkeit an dem Standort, die durchschnittliche
Windgeschwindigkeit, die Turbulenz, die Geräuschemission oder eine Kombination
mehrerer Bedingungen sein. In Abhängigkeit von dem Ergebnis der
Bewertung wird in einem zweiten Schritt 1020 ein Spitzenmodul aus
Modulen des gleichen Typs, z. B. dem Spitzentyp, ausgewählt, das
die beste Energieausbeute der Windenergieanlage innerhalb des Leistungsvermögens der
Anlage (z. B. der maximalen Windgeschwindigkeit, der durchschnittlichen
Windgeschwindigkeit etc.) und für
diese Standortbedingung, z. B. die maximale Windgeschwindigkeit,
die durchschnittliche Windgeschwindigkeit oder die Geräuscherzeugung,
garantiert. Natürlich
kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel
des Verfahrens auch ein Fußmodul
aus Modulen eines Fußtyps
ausgewählt
werden, oder wenigstens ein Zwischenmodul könnte aus Modulen eines Zwischentyps
ausge wählt
werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
könnten
alle Module jeweils aus verschiedenen Modulen desselben Typs ausgewählt werden.
In dem letzten Schritt 1030 wird das Spitzenmodul an dem
Fußmodul
befestigt. Auf diese Weise wird das ganze Rotorblatt unter Verwendung
der verschiedenen Module zusammengesetzt.
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Das
Standortauswahlverfahren kann in einem Computerprogramm implementiert
sein, das wenigstens eine Standortbedingung berücksichtigt und ein optimales
Fußmodul
aus verschiedenen Modulen eines Fußtyps und/oder ein optimales
Spitzenmodul aus verschiedenen Modulen eines Spitzentyps für den Standort
auswählt,
an dem die Windenergieanlage aufgestellt ist.
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Demnach
kann eine besser an Kundenwünsche
angepasste Form eines Rotorblattes für eine Windenergieanlage geschaffen
werden, so dass für den
Kunden auch Zwischengrößen der
Blätter
verfügbar
werden. Dementsprechend kann ein Hersteller Elemente entwickeln,
die eine Anpassung der Blattlänge
durch Blattspitzen von verschiedenen Längen, Formen und Gestaltungen
ermöglichen.
Gemäß einem
allgemeineren Ansatz können
andere Teile der Windenergieanlage in gleicher Weise abgewandelt
werden: Getriebeübersetzungsverhältnis (falls
vorhanden), Steuerung, Turmhöhe,
Fundamentgröße und/oder
-typ. Dadurch kann die Energieerzeugung infolge der speziellen Anpassung
der Rotorblätter
an den Standort gesteigert werden. Wenn nur entweder das Spitzenmodul
oder das Fußmodul aus
einem Satz von Modulen des gleichen Typs ausgewählt wird, kann das andere Modul
ferner in größeren Stückzahlen
und dadurch wirtschaftlicher hergestellt werden. Zum Beispiel könnten die
Fußmodule immer
die gleichen sein. Weiterhin könnten
infolge der geringeren Größe der Blattelemente
die Transportkosten erheblich verringert werden. Demnach könnten die
Blattmodule auch zu entfernten Standorten, die schwierig zu erreichen
sind, auf der Straße transportiert
wer den. Demnach ist das Blatt gemäß der vorliegenden Patentanmeldung
mit einem modularen Aufbau ausgeführt, wobei jedes Teilelement aus
mehreren verschiedenen Elementen ausgewählt sein kann, um den optimalen
Rotor für
eine Windenergieanlage zu bilden.
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In
einer typischen Situation hätte
der Hersteller oder ein Betreiber eines Windparks eine Auswahl von
z. B. fünf
Blattspitzen, die ausgewählt
werden könnten.
In Abhängigkeit
von dem tatsächlichen Standort
und den Mikrostandortbedingungen kann eine der fünf Blattspitzen ausgewählt werden.
Diese Auswahl kann auf Winddefinitionen, wie die durchschnittliche
mittlere Windgeschwindigkeit, die Turbulenzintensität, den Windgradienten,
extreme Windgeschwindigkeiten etc. oder auf Belastungen gestützt sein,
die mit Standortdaten (alle Lastkomponenten in allen Knoten in jeder
einzelnen der Anlagen z. B. eines Windparks) berechnet werden.
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Ein
Rotorblatt 1, 140 für eine Windenergieanlage 100 wird
geschaffen, wobei das Rotorblatt ein erstes Modul 10, 10a, 10b, 10c, 30 von
einem ersten Typ und ein zweites Modul 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 30 von
einem zweiten Typ enthält und
jedes Modul 10, 10a, 10b, 10c, 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 30 ein
distales Ende 14, 14a, 14b, 14c, 24a, 24b, 24c, 34 und
ein proximales Ende 12, 12a, 12b, 12c, 22, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g, 22h, 32 aufweist
und das distale Ende des ersten Moduls und das proximale Ende des zweiten
Moduls dazu eingerichtet sind, aneinander befestigt zu werden, um
wenigstens einen Teil des Rotorblatts zu bilden, wobei das erste
und/oder das zweite Modul aus einem Satz von wenigstens zwei verschieden
geformten Modulen des gleichen Typs ausgewählt ist. Weiterhin wird ein
Satz von Elementen zum Anpassen einer Windenergieanlage 100 an eine
Standortbedingung geschaffen, wobei der Satz von Elementen mehrere Module 10, 10a, 10b, 10c, 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 30 zum Zusammensetzen
eines modularen Rotorblattes 1, 140 aufweist,
wobei die mehreren Module 10, 10a, 10b, 10c, 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h, 30 wenigstens
ein Modul 10, 10a, 10b, 10c von
einem Fußtyp
und wenigstens ein Modul 20, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h von
einem Spitzentyp sowie wenigstens ein weiteres Modul vom Fußtyp oder
vom Spitzentyp enthalten, wobei das wenigstens eine weitere Modul
eine andere Form als das andere Modul des gleichen Typs aufweist.
Schließlich
wird ein Verfahren zum Anpassen eines Rotors einer Windenergieanlage
an eine Standortbedingung geschaffen.
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Diese
schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung der
Erfindung, die die beste Art enthalten, und versetzt einen Fachmann
auch in die Lage, die Erfindung umzusetzen und zu verwenden. Während die
Erfindung mit den Begriffen verschiedener spezieller Ausführungsbeispiele
beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung
innerhalb des Geistes und Bereiches der Ansprüche auch mit Abwandlungen in
die Praxis umgesetzt werden kann. Insbesondere können einander nicht gegenseitig
ausschließende Merkmale
der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
auch miteinander kombiniert werden. Der patentierbare Bereich der
Erfindung ist durch die Ansprüche
festgelegt und kann auch weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten
einfallen. Es ist beabsichtigt, dass derartige weitere Beispiele
innerhalb des Bereiches der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle
Elemente enthalten, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden,
oder äquivalente, strukturelle
Elemente mit nur unwesentlichen Abweichungen von dem Wortlaut der
Ansprüche
enthalten.