DE19963252A1

DE19963252A1 - Rotor blade for horizontal axis wind turbines is variable in longitudinal axis to increase rotor power, has base module attached to hub, module angled in the direction of rotation in rotor plane

Info

Publication number: DE19963252A1
Application number: DE19963252A
Authority: DE
Inventors: Lutz Schulze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-07-12

Abstract

The rotor blade has a base module (4) attached to the hub (2) and a module (5) angled in the direction of rotation and arranged in the plane of the rotor. The angled module consists of one or more angled parts. The bend angle of each individually angled module or part with respect to the blade is between 5 and 90 degrees and the bending point (3) can be variably specified along the blade's axis.

Description

Die Erfindung betrifft ein längsachsial verändertes Rotorblatt für Horizontalachs-Windturbinen nach dem Auftriebsprinzip.The invention relates to a longitudinally axially modified rotor blade for horizontal-axis wind turbines according to the principle of buoyancy.

Die Nutzung der unerschöpflichen Windenergie ist seit langem von großem Interesse. Die bekannten Windkraftanlagen wandeln nur einen Teil der angebotenen Windenergie um. Gerade im Teillastbereich (von ca. 3 m/s bis ca. 12 m/s) wird die angebotene Windenergie bezüglich der Generator-Nennleistung nicht voll genutzt. Bei der z. Zt. üblichen Bauart mit Flächen leistungen von 300 W/m² bis 400 W/m² wird der hohe Energiegehalt von Windgeschwin digkeiten oberhalb von ca. 12 m/s kaum verwertet. Zusätzlich sind die heutigen Anlagen nach wie vor schwer regelbar. Es ist von großem Interesse einen höheren Energieertrag aus dem Wind zu gewinnen um auch an Binnenlandstandorten mit geringeren Windgeschwindigkeiten Windkraftanlagen wirtschaftlich einsetzen zu können. Bei den bekannten Windkraftanlagen ist die Rotorfläche für die Energiegewinnung die maßgebende Größe. Die Rotorblätter nach dem Stand der Technik sind aus teuren Verbundwerkstoffen mit über die Blattlänge unterschiedlichen Querschnitten und damit hohen Fertigungskosten gebaut.The use of inexhaustible wind energy has long been of great interest. The known wind turbines convert only part of the wind energy on offer. Especially in the partial load range (from approx. 3 m / s to approx. 12 m / s), the wind energy offered is not fully used with regard to the nominal generator power. In the z. At present, the usual design with area outputs of 300 W / m ² to 400 W / m ² , the high energy content of wind speeds above approx. 12 m / s is hardly used. In addition, today's systems are still difficult to control. It is of great interest to gain a higher energy yield from the wind so that wind turbines can also be used economically at inland locations with lower wind speeds. In the known wind turbines, the rotor area for energy generation is the decisive size. The rotor blades according to the prior art are built from expensive composite materials with different cross sections over the blade length and thus high production costs.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin eine Anordnung zu schaffen, die eine erheblich höhere Energieausbeute besonders in Schwachwindgebieten und eine längere Nutzung der Generator-Nennleistung bei geringem Aufwand ermöglicht.The object underlying the invention is to provide an arrangement that a significantly higher energy yield especially in low wind areas and a longer one Enables use of the generator nominal power with little effort.

Dieses Problem wird nach der Erfindung durch den Patentanspruch 1 bis 5 und deren Ausgestaltung gelöst.This problem is solved according to the invention by claims 1 to 5 and Design solved.

Durch die erfindungsgemäße Winkelrotorblatt- oder Bogenrotorblattanordnung und die damit verbundenen verschiedenen vorteilhaften aerodynamischen Wirkungen ist eine erheblich höhere Leistung des Rotors zu erreichen. Mit dieser höheren Rotorleistung ist die Verschiebung der Nenn-Windgeschwindigkeit beim Erreichen der Generator-Nennleistung zu niedrigeren Windgeschwindigkeiten bei Beibehaltung der z. Zt. üblichen Rotordurchmesser und Generatorleistungen möglich. Ein anderer mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht in der Wahl einer höheren Flächenleistung bzw. in der Wahl eines leistungsstärkeren Generators wenn der heute übliche Rotordurchmesser und die Nenn-Windgeschwindigkeit beibehalten werden sollen. Wird die z. Zt. übliche Dimensionierung bezüglich der Nenn-Windgeschwindigkeit und Generatorleistung gewählt, ist erfindungsgemäß ein kleinerer Rotordurchmesser möglich. Mit diesen drei Ausgestaltungsvarianten ergeben sich erheblich höhere Jahresenergieerträge bzw. eine höhere Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen als bisher. Due to the angular rotor blade or sheet rotor blade arrangement according to the invention and thus associated various beneficial aerodynamic effects is a significantly higher one Achieve rotor performance. With this higher rotor power, the displacement of the Nominal wind speed to lower when the generator rated power is reached Wind speeds while maintaining the z. Current rotor diameter and Generator performance possible. Another advantage achieved with the invention is the choice a higher area performance or in the choice of a more powerful generator if the Today's usual rotor diameters and the nominal wind speed should be maintained. If the z. Currently usual dimensioning with regard to the nominal wind speed and Generator power selected, a smaller rotor diameter is possible according to the invention. With these three design variants result in significantly higher annual energy yields or higher efficiency of wind turbines than before.

Bestehende Anlagen können auf den neuen Rotor umgerüstet werden.Existing systems can be converted to the new rotor.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Verwendung von rechteckförmigen Rotorblättern mit Auftriebsprofil, die kostengünstig im Strangpressverfahren hergestellt werden können, auch andere Profile sind anwendbar. Für Starkwindgebiete ist damit eine Anordnung mit kleineren Rotorabmessungen und für Schwachwindgebiete eine mit längeren Blättern ohne wesentlichen Mehraufwand möglich. Zusätzlich kann jede mögliche Bauart sowohl mit dem Stall- Prinzip oder dem Pitch-Prinzip betrieben werden.An advantageous embodiment of the invention consists in the use of rectangular ones Rotor blades with a buoyancy profile, which are inexpensively manufactured using the extrusion process other profiles can also be used. For high wind areas, this is an arrangement with smaller rotor dimensions and for low wind areas one with longer blades without significant additional effort possible. In addition, every possible design can be combined with the stable Principle or the pitch principle.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Zeichnungen und einem Ausführungsbeispiel erläutert.The invention is described below with the aid of two drawings and an exemplary embodiment explained.

Abb. 1 zeigt die Gesamtansicht des Rotors mit drei in Laufrichtung und Rotorebene abgewinkelten Blättern. Fig. 1 shows the overall view of the rotor with three blades angled in the direction of rotation and rotor plane.

Abb. 2 zeigt ein einzelnes Blatt in abgewinkelter Stellung bei z. B. 45 Grad. Fig. 2 shows a single sheet in an angled position at z. B. 45 degrees.

In diesem Beispiel ist eine Endkraftanlage (1) für den Netzparallelbetrieb mit fester Drehzahl beschrieben. Der Rotor ist aus drei gleichen in Laufrichtung abgewinkelten Blättern aufgebaut. Ein Rotorblatt besteht aus einem fest mit der Blattwurzel (6) an der Nabe (2) befestigten Basismodul (4) und einem abgewinkelten Modul (5). Die beiden Module sind fest (7) miteinander unter einem Winkel von ca. 30 Grad verbunden. Das Längenverhältnis von Basismodul und abgewinkeltem Modul beträgt ca. 2 : 1. Diese Blattmodule sind als Auftriebsprofil und in ihrer Länge rechteckförmig gestaltet damit sie im Strangpressverfahren hergestellt werden können. Das abgewinkelte Modul (5) ist in seiner Baugröße (Blatttiefe und Blattdicke) kleiner als das Basismodul (4). Zusätzlich ist es um einige Grad gegen das Basismodul verwunden angeordnet. Im Innern des Blattes befindet sich eine Tragvorrichtung (8) an der die Auftriebsprofile befestigt sind. In der Anlaufphase läuft die Anlage ohne Last. Beim Erreichen der Nenndrehzahl erfolgt die Zuschaltung des Generators. Der Teillastbereich liegt zwischen ca. 3 m/s und ca. 9,5 m/s bei Beibehaltung der üblichen Rotor- und Generatordimensionierung. Die Nenn-Windgeschwin digkeit bei Generator Nennleistung wird auf ca. 9,5 m/s festgelegt. Ein höherer Ertrag bezogen auf den bisher üblichen Teillastbereich ist ohne wesentlichen Mehraufwand realisiert. Die Leistungsbegrenzung oberhalb von ca. 9,5 m/s erfolgt durch das Stall-Prinzip. Zur Sturm abschaltung dreht die Anlage aus dem Wind.In this example, a final power plant ( 1 ) for parallel operation at a fixed speed is described. The rotor is made up of three identical blades angled in the direction of rotation. A rotor blade consists of a base module ( 4 ) fixed to the hub ( 2 ) with the blade root ( 6 ) and an angled module ( 5 ). The two modules are firmly ( 7 ) connected to each other at an angle of approx. 30 degrees. The length ratio of the base module and the angled module is approximately 2: 1. These sheet modules are designed as a buoyancy profile and their length is rectangular so that they can be manufactured using the extrusion process. The angled module ( 5 ) is smaller in size (sheet depth and sheet thickness) than the base module ( 4 ). In addition, it is arranged wound a few degrees against the base module. Inside the sheet there is a carrying device ( 8 ) to which the buoyancy profiles are attached. In the start-up phase, the system runs without load. When the nominal speed is reached, the generator is switched on. The partial load range is between approx. 3 m / s and approx. 9.5 m / s while maintaining the usual rotor and generator dimensions. The nominal wind speed for generator nominal power is set at approx. 9.5 m / s. A higher yield based on the previously used partial load range can be achieved without significant additional effort. The power limitation above approx. 9.5 m / s is based on the stall principle. The system turns out of the wind to switch off the storm.

Durch diese Erfindung ist es möglich die Generator-Nennleistung ohne wesentlichen Mehraufwand auch in Windgeschwindigkeitsbereiche zu erreichen in denen bisher die Windkraftanlagen meist nur im Teillastbereich betrieben wurden. Unabhängig von der Auslegungsphilosophie (z. B. höhere Flächenleistung oder kleinerer Rotor) ist eine höhere Wirtschaftlichkeit zu erreichen. Mit geringem Aufwand ist die Anpassung des Rotors an Küsten- und Binnenlandstandorten möglich. Der Jahresenergieertrag steigt damit erfindungsgemäß erheblich.By means of this invention, it is possible to achieve the generator nominal power without any significant To achieve additional effort also in wind speed areas in which so far Wind turbines were mostly only operated in the partial load range. Independent of The design philosophy (e.g. higher area performance or smaller rotor) is a higher one Achieve economy. The rotor can be adapted to coastal and inland locations possible. The annual energy yield increases according to the invention considerably.

Claims

1. A longitudinally axially modified rotor blade ( 3 ) for horizontal-axis wind turbines ( 1 ) according to the principle of buoyancy, characterized in that the rotor blade consists of a base module ( 4 ) attached to the hub and a module ( 5 ) angled in the running direction and rotor plane.

2. Rotor blade according to claim 1, characterized in that the angled module ( 5 ) consists of one or more angled parts per se.

3. Rotor blade according to claim 1 and 2, characterized in that the kink angle each individual angled module (part) starting from the stretched sheet between 5 and 90 Degree.

4. Rotor blade according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the kink (s) is (are) set variably along the leaf axis.

5. Rotor blade according to claim 1, characterized in that the rotor blade as a whole is curved in the running direction and rotor plane.