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Die
Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Turm, einer
auf dem Turm angeordneten Gondel, einer in der Gondel angeordneten
Energiewandlungseinheit, einem mit der Energiewandlungseinheit verbundenen
Rotor, der wenigstens ein an einer Nabe angeschlossenes Rotorblatt
aufweist, und einer einem in der Windenergieanlage angeordneten
Raum von Außen
Frischluft zuführenden
und Abluft nach Außen
abführenden
Einrichtung zur Kühlung
von in dem Raum angeordneten Windenergieanlagekomponenten.
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Um
Beschädigungen
der Komponenten von Windenergieanlagen, wie etwa dem Getriebe, dem Rotorlager,
verschiedenen Hydraulikanlagen, dem Gleichrichter, dem Transformator
etc durch übermäßige Erwärmung vorzubeugen,
ist es notwendig die Verlustleistung dieser Komponenten abzuführen.
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Wie
allgemein bekannt erfolgt die Beseitigung der in Form von Wärme auftretenden
Verlustleistung regelmäßig durch
einen in der Windenergieanlage geführten Luftstrom oder durch
in einem Wärmetauscher
luftgekühlten
Kühlflüssigkeiten,
die an die entsprechenden Verlustwärme abgebenden Komponenten
der Windenergieanlage herangeführt werden.
Dabei nimmt von Außen
in die Windenergieanlage geführte
Frischluft die Verlustwärme
direkt an den die Verlustwärme
abgebenden Komponenten oder an den Wärmetauscherelementen eines
Kühlaggregats
auf und wird als warme, die Verlustleistung von den Komponenten
oder dem Wärmetauscher
abführende
Abluft aus der Windenergieanlage abgeführt.
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Bei
Windenergieanlagen in besonders kalten Klimaten, wie z. B. in der
inneren Mongolei, in Sibirien und auch in Kanada, kann jedoch zumindest
zeitweise das Problem auftreten, dass die in die Windenergieanlage
eingebrachte Frischluft eine derart niedrige Temperatur aufweist,
dass verschiedene Komponenten der Windenergieanlage, wie z. B. der Generator
oder die Elektronik, auf eine derart niedrige, für den Betrieb der Komponenten
der Windenergieanlage kritische Temperatur heruntergekühlt werden,
dass Störungen
oder Schäden
an diesen Komponenten auftreten können.
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Allgemein
bekannt ist es daher, den Zustrom der kalten Luft in die Windenergieanlage
durch drehzahlregulierte Lüfter
zu steuern, um dadurch ein Herabsinken der Temperatur in der Windenergieanlage unter
einen für
bestimmte kälteempfindliche
Komponenten kritischen Wert zu verhindern.
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Hierbei
ist es aber insbesondere problematisch, dass die kälteempfindlichen
und die wärmeempfindlichen
Komponenten regelmäßig gemeinsam nebeneinander
in demselben Raum oder Kompartiment der Windenergieanlage angeordnet
sind, z. B. im Turm, in der Gondel oder in der Nabe, und bei einer
durch eine verringerte Lüfterdrehzahl
verringerte Strömungsgeschwindigkeit
der kalten Luft durch den Raum in der Windenergieanlage eine ausreichende Abfuhr
der Verlustwärme
von wärmeempfindlichen Komponenten
nicht hinreichend sichergestellt werden kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Windenergieanlage bereitzustellen,
die mit einfachen Mitteln insbesondere in kalten Klimaten derart
gesteuert werden kann, dass eine ausreichende Kühlung wärmeempfindlicher Windenergieanlagekomponenten
ohne Absinken der Raumtemperatur unterhalb von für kälteempfindliche Windenergieanlagekomponenten
kritische Temperaturwerte gewährleistet
ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Windenergieanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Unteransprüche geben
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
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Die
Grundidee der Erfindung besteht darin, einen Teilstrom der durch
die von den Komponenten der Windenergieanlage abgegebene Wärme erwärmte Frischluft,
die üblicherweise
vollständig
als Abluft aus der Windenergieanlage entfernt wird, in den Raum
der Windenergieanlage wieder rückzuführen, sodass
der Zustrom kalter Frischluft über
den Anteil in den Raum rückgeführter Abluft
bestimmt, Frischluft und Abluft miteinander vermengt und eine für den Betrieb
der Windenergieanlage kritische niedrige Temperatur vermieden werden
kann und dennoch eine ausreichende Kühlung gewährleistet bleibt.
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Die
Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten, besonders
bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Windenergieanlage nach der Erfindung;
und
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2 eine
schematische Darstellung der Luftzirkulation im Innern der Windenergieanlage.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer besonders bevorzugt ausgestalteten
Windenergieanlage 10. Die Windenergieanlage 10 weist
einen Turm 20, eine auf dem Turm 20 ange ordnete
Gondel 30 und eine in der Gondel 30 (nicht sichtbar)
angeordnete Energiewandlungseinheit auf. Die Energiewandlungseinheit
ist mit einem Rotor verbunden, der im gezeigten Beispiel drei an
einer Nabe 40 angeschlossene Rotorblätter 50a, 50b, 50c aufweist,
wobei es zur Ausführung
der Erfindung unerheblich ist, wieviele Rotorblätter tatsächlich vorgesehen sind.
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Zur
Kühlung
der in einem der in der Windenergieanlage 10 eingerichteten
Räume angeordneten Komponenten,
z. B. Getriebe, Lager, Hydraulikanlagen, Gleichrichter, Transformator,
Wärmetauscher etc.,
weist die Windenergieanlage 10 weiter eine einem Raum,
z. B. der Gondel 30, von Außen Frischluft zuführende und
Abluft nach Außen
abführende
Einrichtung auf, die die Verlustwärme der in der Gondel 30 angeordneten
Windenergieanlagekomponenten 60 abführt. Alternativ oder zusätzlich kann
die Windenergieanlage 10 weitere Kühleinrichtungen für denselben
Raum oder weitere Räume,
z. B. den Turm 20 oder die Nabe 40, aufweisen.
Der Raum kann auch nur einen Teilbereich des Turms 20,
der Gondel 30 oder der Nabe 40 einnehmen.
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Die
dem Raum von Außen
Frischluft zuführende
und Abluft nach Außen
abführende
Einrichtung kann als einfache Einlass- und Auslassöffnung(en) ausgebildet
sein, wobei zusätzlich
ein Ventilator und verschiedene Filter vorgesehen sein können.
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Dabei
werden die Luftströme
von Frischluft und Abluft, wie in 2 schematisch
gezeigt, beispielsweise folgendermaßen geführt. Einer im Raum 100 der
Windenergieanlage 10, z. B. Turm 20, Gondel 30 oder
Nabe 40, angeordneten Komponente 60, z. B. dem
Getriebe, dem Generator, einer hydraulischen Stelleinrichtung oder
einem Wärmetauscher, wird
aus der Umgebung der Windenergieanlage 10 von Außen kühle Frischluft
zugeführt.
Die an der Komponente 60 vorbeistreichende oder die die
Komponente 60 durchströmende
Frischluft nimmt die von der Komponente 60 abgegebene Verlustwärme auf und
wird aus dem Innenraum 100 der Windenergieanlage 10 als
Abluft an die äußere Umgebung
abgegeben.
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Erfindungsgemäß ist nun
ein Stellglied 70 vorgesehen, das manuell oder automatisch
bedient wird und das einen Teilstrom der Abluft, d. h. einen Teilstrom
der die Verlustwärme
der Komponente 60 mit sich führenden Luft, wieder in den
Raum 100 der Windenergieanlage 10 zurückführt.
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Das
Stellglied 70 ist bevorzugt derart eingerichtet, dass der
(Volumen-)Anteil des Teilstroms an der gesamten Abluft bestimmt
werden kann, wobei der Anteil des Teilstroms beispielsweise bei
Anfahren der Anlage bei niedrigen Außentemperaturen 100% betragen
kann. Ein Zirkulieren der Abluft im Raum 100 der Windenergieanlage 10 verhindert
zu einem Zeitpunkt, zu dem kein Kühlbedarf besteht, den Eintritt
von Frischluft in den Raum 100. Im weiteren Betrieb und
zunehmender Erwärmung
der Komponenten wird der Anteil des Teilstroms an der gesamten Abluft
auf einen geringeren Wert als 100% gesenkt, sodass ein Teil der
Abluft nach Außen
abgeführt
wird und kalte Frischluft in den Raum 100 durch die beim Abführen der
Abluft entstehende Sogwirkung nachgeführt wird. Dabei vermengt sich
warme Abluft und kalte, in den Raum 100 eintretende Frischluft
miteinander und führt
bei geeigneter Regelung des Anteils des rückgeführten Abluftteilstroms bzw.
der dadurch nachgeführten
Frischluftmenge zu einer für
den Betrieb der Anlage günstigen
Raumtemperatur.
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Hierzu
ist schließlich
auch eine auf das Stellglied 70 wirkende Steuerung vorgesehen,
die den Anteil des Teilstroms an der gesamten Abluft in Abhängigkeit
verschiedener Parameter steuert. Beispielsweise können an
den Verlustwärme
abgebenden Komponenten 60 der Windenergieanlage und/oder
in den Räumen 100 der
Windenergieanlage 10, wie etwa Turm 20, Gondel 30 und
Nabe 40, Temperatursensoren vorgesehen sein, wobei die
Steuerung den Teilstrom der Abluft oder – bei Einrichtung mehrerer
Stellglieder 70 – mehrere
Abluftteilströme den
jeweiligen Komponenten 60 zuführt, damit deren Temperatur
nicht unter einen vorbestimmten Grenzwert sinkt.
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Der
Temperaturgrenzwert kann dabei beispielsweise für jede einzelne Komponente
individuell bestimmt sein oder für
mehrere in einem Innenraum 100 angeordnete Komponenten 60 derjenige
höchste
Temperaturwert sein, der für
eine bestimmte darin angeordnete Komponente 60 nicht unterschritten werden
darf.
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Insbesondere
kann in der Steuerung eine Tabelle der Komponenten 60 hinterlegt
sein, bei denen der minimal und/oder der maximal zulässige Temperaturwert
hierarchisch angeordnet ist, sodass diejenige Komponente 60,
deren minimal oder maximal zulässiger
Temperaturwert unter- oder überschritten wird,
den Anteil des Teilstroms der Abluft am Gesamtvolumen der Abluft
bestimmt.
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Das
Stellglied 70 kann im einfachsten Fall als ein Element
ausgebildet sein, das den Querschnitt des für die Abluft vorgesehenen Auslasses
(und zur Vermeidung eines zu großen Überdrucks in der Windenergieanlage 10 auch
des für
die Frischluft vorgesehenen Einlasses) bestimmt. Das Stellglied 70 kann
aber auch so eingerichtet sein, dass ein Teilvolumen der Abluft
unter Einrichtung entsprechender Leitungen in verschiedene Teilströme aufgeteilt
und verschiedenen Komponenten 60 der Windenergieanlage 10 in
verschiedenen Anteilen zukommen lässt.
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Vorteil
der Erfindung ist es, dass Windenergieanlagen auch in extrem kalten
Klimaten betrieben werden können,
ohne dass es – außer den
ohnehin bereits als unbedingt notwendig vorgesehenen Heizelementen – zusätzlicher
Strukturen für
die Beheizung von Komponenten 60 der Windenergieanlage 10 bedarf,
um das Absinken der Temperatur der Komponenten 60 im Betrieb
unter einen kritischen Grenzwert zu verhindern. Insbesondere ermöglicht die
Erfindung auf einfache Weise eine gleichmäßige Temperierung aller kritischen
Bereiche innerhalb der Anlage.