EP2780586A2 - Windenergieanlagen-rotorblatt und verfahren zum enteisen eines windenergieanlagen-rotorblattes - Google Patents

Windenergieanlagen-rotorblatt und verfahren zum enteisen eines windenergieanlagen-rotorblattes

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EP2780586A2
EP2780586A2 EP12790856.4A EP12790856A EP2780586A2 EP 2780586 A2 EP2780586 A2 EP 2780586A2 EP 12790856 A EP12790856 A EP 12790856A EP 2780586 A2 EP2780586 A2 EP 2780586A2
Authority
EP
European Patent Office
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rotor blade
wind turbine
region
trailing edge
nose
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12790856.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Lenschow
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Wobben Properties GmbH
Original Assignee
Wobben Properties GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2780586A2 publication Critical patent/EP2780586A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/40—Ice detection; De-icing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine rotor blade and a method for deicing a wind turbine rotor blade.
  • Wind turbines are increasingly being installed in areas where icing of the rotor blades of the wind turbine can occur. Icing the rotor blades of the wind turbine is not only dangerous, but also reduces the yield of the wind turbine. Therefore, many methods for early detection of icing of a rotor blade and for deicing a rotor blade are known. An icing of the rotor blade can be reduced or reduced, for example, by heating the rotor blade.
  • Yield reduction occurs with icing of a rotor blade, especially in the nose area (i.e., the forward portion of the rotor blades). Therefore, many methods have been proposed for de-icing the nose portion of the rotor blades of wind turbines.
  • German Patent and Trademark Office has in the priority application for the present application researched the following documents: DE 10 2010 051 296 A1; DE 10 2010 051 297 A1; DE 10 2010 051 293 A1; DE 10 2010 030 472 A1; DE 10 2005 034 131 A1; DE 195 28 862 A1 and DE 200 14 238 U1.
  • a wind turbine rotor blade is provided with a rotor blade nose, a rotor blade trailing edge, a rotor blade root area for attachment of the rotor blade to a hub of a wind turbine and a rotor blade tip.
  • the rotor blade extends from the rotor blade root region along a longitudinal axis to the rotor blade tip.
  • the rotor blade further has an air distribution unit with an actuator for directing an air flow into the rotor blade nose region and / or a rotor blade trailing edge region.
  • the air distribution unit is configured in a first operating mode such that an air flow is conducted into the rotor blade nose region. In a second operating mode, the air distribution unit is configured such that an air flow is conducted at least partially into the rotor blade trailing edge region.
  • the air distribution unit can direct the air flow either to the rotor blade nose region or to the rotor blade trailing edge region, whereby a targeted deicing of the rotor blade or parts thereof is possible.
  • at least a first cut along the longitudinal direction along the rotor blade from the rotor blade root area to the rotor blade tip is provided. By at least one web, the rotor blade interior is divided into different volumes, which are heated separately.
  • the at least one web in the region of the rotor blade tip is configured such that an air flow in the rotor blade root nose region can be returned to the rotor blade root area along the at least one first web or between a first and second web.
  • a closable opening of the first and / or second web can be provided in the area of the rotor blade tip, so that when the opening is open, the air flow can flow back through the trailing edge region back to the rotor blade root area and thus heat the trailing edge region.
  • the air distribution unit has a first section for receiving heated air, a second section for directing the heated air flow into the region of the rotor blade trailing edge and a third section for directing the heated air flow into the rotor blade nose region.
  • the rotor blade is provided for a wind turbine with at least one megawatt.
  • the invention also relates to a method for deicing a wind turbine rotor blade.
  • the wind turbine rotor blade has a rotor blade nose area, a rotor blade trailing edge, a rotor blade tip, and a rotor blade root area.
  • a heated air flow is introduced into the rotor blade nose region, and in a second operating mode, a heated air flow is at least partially directed into the rotor blade trailing edge region of the wind turbine.
  • the invention also relates to a wind energy plant with a rotor blade described above.
  • the invention relates to the idea of reducing or avoiding not only icing in the nose region of the rotor blade, but also icing of the trailing edge region for improving the operation of the wind energy plant.
  • a full-surface icing of the rotor blades ie also the rotor blade rear box, can lead to impairment of the operation of the wind turbine. Even if, for example, the hub area is heated up to such an extent by rotor blade heating that icing no longer exists there, it may still be that icing is still present in the region of the rotor blade rear box or the trailing edge area.
  • the invention relates to the idea of heating not only the nose region of the rotor blade, but also the trailing edge region of the rotor blade, in order to produce a seal. avoidance. This is particularly important for wind turbines in the multi-megawatt range (ie> 1 megawatt).
  • the invention relates to a wind turbine rotor blade, is injected in the warm or heated air, for example by a fan in the rotor blade and in particular along the nose region.
  • webs may extend along the longitudinal direction of the rotor blade.
  • an air guiding or air distribution unit is provided with an actuator, which can guide the air flow in the nose region or only to the rotor blade trailing edge region. This is advantageous because it is possible to dispense with a separate fan and an additional heating coil for blowing heated air through the trailing edge region.
  • a heating of the trailing edge region can be performed by the adjustment of the actuator only in case of need and only as long as needed.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a wind turbine rotor blade according to a first embodiment
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a wind turbine rotor blade according to a second embodiment
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine rotor blade according to the invention.
  • the rotor blade 10 has a rotor blade nose region 11 and a rotor blade trailing edge region 12.
  • the rotor blade 10 also has a rotor blade zel Suite 14 and a rotor blade tip 13 on.
  • the rotor blade 10 extends along its longitudinal direction from the rotor blade root 14 to the rotor blade tip 13.
  • the first and second webs 210, 200 may be disposed substantially parallel to each other and between the pressure side and the suction side of the rotor blade.
  • the internal volume of the rotor blade can be divided into three volumes, namely a volume between the two webs, a volume between a web and the rotor blade nose area, and a third volume between a web and the rotor blade trailing edge.
  • the wind turbine rotor blade has an air flow distribution unit or guide unit 500.
  • the rotor blade may include a diffuser 300 and a heater 400.
  • a fan 600 may be connected, which can generate an air flow, which can flow through the diffuser 300 and the heater 400.
  • the air distribution unit 500 serves to direct the heated air flow either along the rotor blade nose area 11 and / or along the rotor blade trailing edge 12 in order to deice the rotor blade.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a wind turbine rotor blade according to a second embodiment.
  • the rotor blade 10 has a rotor blade nose region 11, a rotor blade trailing edge 12, a rotor blade tip 13 and a rotor blade root region 14.
  • the rotor blade can be connected by means of its rotor blade root region 14 to a hub 90 of a wind energy plant.
  • the rotor blade 10 extends along its longitudinal direction from the rotor blade root region 14 to the rotor blade tip 13.
  • the rotor blade blade has a rotor blade nose region 11 and a rotor blade trailing edge region or a rotor blade trailing edge region 12.
  • a first and second web 200, 210 may be provided at least partially along the longitudinal direction of the rotor blade 10, so that the internal volume of the rotor blade can be divided into three volumes.
  • the rotor blade root area 14 can be closed by a closing unit 700.
  • the rotor blade may have a diffuser 300, a heating register 400, an airflow distribution unit 500.
  • the airflow distribution unit 500 may include a first portion 510 that may be coupled to the heating register 400.
  • the airflow distribution unit 500 further includes a second portion 520 and a third section 530. The second section 520 serves to direct the heated air flow into the region of the rotor blade trailing edge 12.
  • the third section 530 of the air flow distribution unit 500 serves to direct the heated air flow at least partially along the rotor blade nose 1 1.
  • the air distribution unit 500 further comprises an actuator 540, which can either open or close the second or third section 520, 530, so that an air flow 610, 620 through the second and / or third section 520, 530 is made possible. Alternatively, the actuator may also be partially opened so that the airflow may flow into both the nose region and the trailing edge region.
  • a fan 800 can be provided, which can inject an air flow into the diffuser 300. The fan 800 may also be provided in the hub 90 of the wind turbine.
  • the invention is based on the idea of using already existing components for de-icing a rotor blade of a wind power plant not only for de-icing the rotor blade nose area, but also for de-icing the rotor blade trailing edge 12. This is done by the heated air flow can be passed through an air distribution unit 500 not only in the rotor blade nose area 1 1, but also or only in the region of the rotor blade trailing edge.
  • the control of the wind turbine can be used to de-ice the rotor blade trailing edge or the region of the rotor blade trailing edge by means of a heated air flow.
  • a heated air flow for this purpose, only an air flow deflection unit or an air distribution unit 500 with an actuator 540 is used.
  • the control of the wind turbine can in a first mode of a heated air flow in the rotor blade nose area 1 1 conduct.
  • the heated air flow can be conducted through the air distribution unit into a region of the rotor blade trailing edge 12 instead of into the rotor blade nose region.
  • the rear box can be heated and thus de-iced.
  • the rotor blade trailing edge can thus be de-iced if necessary. If de-icing of the rotor blade inner edge is not required, the control of the wind turbine remains in the first mode and blows heated air into the rotor blade nose region.
  • the actuator 540 may occupy a first position in the air distribution unit 500, ie, the airflow through the second portion 520 is avoided and the entire airflow may flow through the third portion 530 along the blade nose area to the rotor blade tip 13. Subsequently, the air flow between the first and second web 100, 200 again flow into the rotor blade root area 14, so that a cycle can arise.
  • the rotor blade backbox portion may be separated from the heated airflow by the first web 210 and the actuator 540 so that only the rotor blade nose portion is heated.
  • the energy loss of the back-flowing air is minimized and the maximum energy can be supplied at maximum surface in the rotor blade nose area.
  • the actuator 540 in the second mode, may be adjusted such that airflow through the third portion 530 into the rotor blade nose area is avoided.
  • the air flow heated by the fan 800 and by the heater 400 can flow through the second portion 520 in the rear portion toward the rotor blade tip 13.
  • a perforation or openings in the webs can be provided in the region of the rotor blade tip so that the air flow can then flow back to the rotor blade root region 14 between the first and second webs 200, 210.
  • the present invention is advantageous because de-icing of a rotor blade can be substantially improved merely by adding an air distribution unit.
  • the actuator of the air distribution unit of the control of the wind turbine can be added a new degree of freedom.
  • the rotor blades according to the invention are particularly suitable to be used in highly icing-prone areas. According to the invention, the entire rotor blade can be heated as needed and successively by an air flow.
  • a rear box can be provided at the rotor blade trailing edge.
  • a rear box can be mounted as a separate component on the rotor blade root-near region of the trailing edge. If the rear box is hollow, then the rear box may be heated in the second operating condition when the actuator of the air distribution unit is adjusted so that the heated air flows through the second portion 520 into the trailing edge region.
  • the rotor blade according to the invention can optionally have a closable opening 900 in or on the first and / or second web in the region of the rotor blade tip.
  • an air flow 620 which extends along the area of the rotor blade nose, can be conducted into the volume between the first and second web or into the volume between the first web 210 and the rotor blade trailing edge.
  • the airflow 620 will also flow back through the volume between the first land 220 and the rotor blade trailing edge 12 back into the rotor blade root area.
  • the air flow which flows along the rotor blade trailing edge will already have cooled (since it has already flowed along the rotor blade nose area), the air flow will nevertheless be able to contribute to heating the rotor blade trailing edge.
  • one or two closable openings 710, 720 may be provided in or on a closing unit 700 for closing the rotor blade root area of the rotor blade.
  • a closing unit 700 for closing the rotor blade root area of the rotor blade.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention.
  • the wind energy plant 100 has a tower 102 and a pod 104.
  • an aerodynamic rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 1 10 is arranged on the nacelle 104.
  • the rotor 106 is set in rotation by the wind in rotation and thereby drives a generator in the nacelle 104 at.
  • the rotor blades 108 may correspond to the rotor blades 10 according to FIGS. 1 and 2.

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Abstract

Es wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer Rotorblattnase (11), einer Rotorblatthinterkante (12), einem Rotorblattwurzel bereich (14) zur Befestigung des Rotorblatts an einer Nabe einer Windenergieanlage und einer Rotorblattspitze (13) vorgesehen. Das Rotorblatt erstreckt sich von dem Rotorblattwurzel bereich (14) entlang einer Längsachse zu der Rotorblattspitze (13). Das Rotorblatt weist ferner eine Luftverteilungseinheit (500) mit einem Stellglied (540) zum Leiten eines Luftstromes in den Rotorblattnasenbereich (11) und/oder einen Rotorblatthinterkantenbereich (12) auf.

Description

Windenergieanlagen-Rotorblatt und Verfahren zum Enteisen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Windenergieanlagen-Rotorblatt und ein Verfahren zum Enteisen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes.
Windenergieanlagen werden zunehmend auch in Gegenden aufgestellt, in denen es zu einer Vereisung der Rotorblätter der Windenergieanlage kommen kann. Eine Vereisung der Rotorblätter der Windenergieanlage ist nicht nur gefährlich, sondern vermindert auch den Ertrag der Windenergieanlage. Daher sind viele Verfahren zum frühzeitigen Erkennen einer Vereisung eines Rotorblattes sowie zum Enteisen eines Rotorblattes bekannt. Eine Vereisung des Rotorblattes kann beispielsweise durch eine Erwärmung des Rotorblattes reduziert oder vermindert werden.
Eine Ertragsverminderung tritt bei einer Vereisung eines Rotorblattes insbesondere im Nasenbereich (d. h. der vordere Bereich der Rotorblätter) auf. Daher wurden viele Verfahren zur Enteisung des Nasenbereichs der Rotorblätter von Windenergieanlagen vorgeschlagen.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden Anmeldung folgende Dokumente recherchiert: DE 10 2010 051 296 A1 ; DE 10 2010 051 297 A1 ; DE 10 2010 051 293 A1 ; DE 10 2010 030 472 A1 ; DE 10 2005 034 131 A1 ; DE 195 28 862 A1 und DE 200 14 238 U1.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Windenergieanlagen- Rotorblatt und ein Verfahren zum Enteisen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes vorzusehen, welches eine verbesserte Enteisung der Windenergieanlage ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Enteisen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes nach Anspruch 9 gelöst. Somit wird ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit einer Rotorblattnase, einer Rotorblatthinterkante, einem Rotorblattwurzelbereich zur Befestigung des Rotorblatts an einer Nabe einer Windenergieanlage und einer Rotorblattspitze vorgesehen. Das Rotorblatt erstreckt sich von dem Rotorblattwurzelbereich entlang einer Längsachse zu der Rotor- blattspitze. Das Rotorblatt weist ferner eine Luftverteilungseinheit mit einem Stellglied zum Leiten eines Luftstromes in den Rotorblattnasenbereich und/oder einen Rotorblatthinterkantenbereich auf.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Luftverteileinheit in einer ersten Betriebsart derart ausgestaltet, dass ein Luftstrom in den Rotorblattnasenbereich geleitet wird. In einer zweiten Betriebsart ist die Luftverteileinheit derart ausgestaltet, dass ein Luftstrom zumindest teilweise in den Rotorblatthinterkantenbereich geleitet wird. Mittels des Stellgliedes kann die Luftverteileinheit den Luftstrom entweder zu dem Rotorblattnasenbereich oder zu dem Rotorblatthinterkantenbereich leiten, wodurch eine gezielte Enteisung des Rotorblattes oder Teilen davon möglich ist. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mindestens ein erster Schnitt entlang der Längsrichtung entlang des Rotorblattes von dem Rotorblattwurzelbereich zu der Rotorblattspitze vorgesehen. Durch den mindestens einen Steg wird das Rotorblattinnere in verschiedene Volumina aufgeteilt, welche separat beheizbar sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der mindestens eine Steg im Bereich der Rotorblattspitze derart ausgestaltet, dass eine Luftströmung im Rotor- blattwurzelnasenbereich entlang des mindestens einen ersten Steges bzw. zwischen einem ersten und zweiten Steg zu dem Rotorblattwurzel bereich zurückgeführt werden kann.
Optional kann eine verschließbare Öffnung des ersten und/oder zweiten Steges im Be- reich der Rotorblattspitze vorgesehen sein, so dass wenn die Öffnung offen ist, der Luftstrom durch den Hinterkantenbereich zurück zu dem Rotorblattwurzelbereich zurückströmen kann und somit den Hinterkantenbereich erwärmen kann.
Alternativ dazu können auch verschließbare Öffnungen in dem Rotorblattwurzel bereich vorgesehen sein, um einen Luftstrom in einem Volumen zwischen einem ersten und zweiten Steg oder in einem Volumen zwischen einem ersten Steg und dem Hinterkantenbereich zu ermöglichen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Luftverteileinheit einen ersten Abschnitt zur Aufnahme von erwärmter Luft, einen zweiten Abschnitt zum Leiten des erwärmten Luftstroms in den Bereich der Rotorblatthinterkante und einen dritten Abschnitt zum Leiten des erwärmten Luftstromes in den Rotorblattnasenbereich auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit mindestens einem Megawatt vorgesehen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Enteisen eines Windenergieanlagen- Rotorblattes. Das Windenergieanlagen-Rotorblatt weist einen Rotorblattnasenbereich, eine Rotorblatthinterkante, eine Rotorblattspitze und einen Rotorblattwurzelbereich auf. In einer ersten Betriebsart wird ein erwärmter Luftstrom in den Rotorblattnasenbereich und in einer zweiten Betriebsart wird ein erwärmter Luftstrom zumindest teilweise in den Rotorblatthinterkantenbereich der Windenergieanlage geleitet.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Windenergieanlage mit einem oben beschriebenen Rotorblatt.
Die Erfindung betrifft den Gedanken, nicht nur eine Vereisung in dem Nasenbereich des Rotorblattes, sondern auch eine Vereisung des Hinterkantenbereichs zur Verbesserung des Betriebs der Windenergieanlage zu reduzieren oder zu vermeiden. Insbesondere eine ganzflächige Vereisung der Rotorblätter, d. h. also auch des Rotorblatthinterkastens, kann zur Beeinträchtigung des Betriebs der Windenergieanlage führen. Auch wenn beispielsweise der Nabenbereich durch eine Rotorblattheizung soweit aufgewärmt ist, dass dort keine Vereisung mehr vorhanden ist, so kann es dennoch sein, dass im Bereich des Rotorblatthinterkastens bzw. des Hinterkantenbereichs noch eine Vereisung vorhanden ist. Aufgrund der großen Fläche des Rotorblatthinterkastens bzw. des Hinterkantenbereichs insbesondere bei sehr großen Anlagen (mit einer Nennleistung von > 1 MW) kann somit die Vereisung insgesamt einen erheblichen Betrag aufweisen, so dass eine Unwucht in den Rotorblättern aufgrund des Eisbelags vorhanden ist. Dies ist insbesondere im unteren Windgeschwindigkeitsbereich bemerkbar, da sich dort eine Vereisung auch des Hinterkastens negativ bemerkbar macht. Somit betrifft die Erfindung den Gedanken, nicht nur den Nasenbereich des Rotorblattes, sondern auch dem Hinterkantenbereich des Rotorblattes zu erwärmen, um eine Verei- sung zu vermeiden. Dies ist insbesondere wichtig bei Windenergieanlagen im Multimega- Wattbereich (d. h. > 1 Megawatt).
Es sei darauf hingewiesen, dass aufgrund des großen Volumens des Rotorblatthinterkastens bzw. des Hinterkantenbereichs für Windenergieanlagen im Multi- mega-Wattbereich eine Erwärmung des kompletten Rotorblattes mit sehr hohen Kosten verbunden ist.
Somit betrifft die Erfindung ein Windenergieanlagen-Rotorblatt, bei dem warme bzw. erwärmte Luft beispielsweise durch einen Ventilator in das Rotorblatt und insbesondere entlang des Nasenbereiches eingeblasen wird. Optional können sich Stege entlang der Längsrichtung des Rotorblattes erstrecken. Um auch den Hinterkantenbereich des Rotorblattes beheizen zu können, wird eine Luftleit- oder Luftverteilungseinheit mit einem Stellglied vorgesehen, das die Luftströmung in dem Nasenbereich oder nur zum Rotorblatthinterkantenbereich führen kann. Dies ist vorteilhaft, weil auf einen separaten Ventilator und ein zusätzliches Heizregister zum Blasen von erwärmter Luft durch den Hinterkantenbereich verzichtet werden kann. Eine Erwärmung des Hinterkantenbereichs kann durch die Einstellung des Stellgliedes auch nur im Bedarfsfall und nur solange wie benötigt durchgeführt werden.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnah- me auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Windenergieanlagen- Rotorblattes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Windenergieanlagen- Rotorblattes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Windenergieanlagen-Rotorblattes gemäß der Erfindung. Das Rotorblatt 10 weist einen Rotorblattnasenbereich 1 1 und eine Rotorblatthinterkantenbereich 12 auf. Das Rotorblatt 10 weist ferner einen Rotorblattwur- zelbereich 14 und eine Rotorblattspitze 13 auf. Das Rotorblatt 10 erstreckt sich dabei entlang seiner Längsrichtung von der Rotorblattwurzel 14 zu der Rotorblattspitze 13. Entlang der Längsrichtung des Rotorblattes sind optional ein, zwei oder mehrere Stege 200, 210 vorgesehen, welche sich zumindest teilweise entlang der Längsrichtung des Rotorblattes erstrecken können. Optional können der erste und zweite Steg 210, 200 im Wesentlichen parallel zueinander und zwischen der Druckseite und der Saugseite des Rotorblattes angeordnet sein. Durch den ersten und zweiten Steg 210, 200 kann das Innenvolumen des Rotorblattes in drei Volumen aufgeteilt werden, nämlich ein Volumen zwischen den beiden Stegen, ein Volumen zwischen einem Steg und dem Rotorblattna- senbereich und ein drittes Volumen zwischen einem Steg und der Rotorblatthinterkante.
Des Weiteren weist das Windenergieanlagen-Rotorblatt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine Luftströmungsverteileinheit oder -leiteinheit 500 auf. Optional kann das Rotorblatt einen Diffusor 300 und ein Heizregister 400 aufweisen. An den Diffusor 300 kann ein Ventilator 600 angeschlossen sein, der einen Luftstrom erzeugen kann, der durch den Diffusor 300 und das Heizregister 400 hindurchströmen kann. Die Luftverteileinheit 500 dient dabei dazu, den erwärmten Luftstrom entweder entlang des Rotorblattnasenbereiches 1 1 und/oder entlang der Rotorblatthinterkante 12 zu lenken, um das Rotorblatt zu enteisen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Windenergieanlagen-Rotorblattes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das Rotorblatt 10 weist einen Rotorblattna- senbereich 1 1 , eine Rotorblatthinterkante 12, eine Rotorblattspitze 13 und einen Rotorblattwurzelbereich 14 auf. Das Rotorblatt kann mittels seines Rotorblattwurzelbereiches 14 an eine Nabe 90 einer Windenergieanlage angeschlossen werden. Das Rotorblatt 10 erstreckt sich entlang seiner Längsrichtung von dem Rotorblattwurzelbereich 14 zu der Rotorblattspitze 13. Das Rotorblattblatt weist einen Rotorblattnasen bereich 1 1 und einen Rotorblatthinterkantenbereich oder einen Rotorblatthinterkastenbereich 12 auf. Entlang der Längsrichtung des Rotorblattes 10 können optional ein erster und zweiter Steg 200, 210 zumindest teilweise entlang der Längsrichtung des Rotorblattes 10 vorgesehen sein, so dass das Innenvolumen des Rotorblattes in drei Volumen aufgeteilt werden kann. Der Rotorblattwurzelbereich 14 kann durch eine Verschließeinheit 700 verschlossen werden. Im Rotorblattwurzelbereich 14 kann das Rotorblatt einen Diffusor 300, ein Heizregister 400, eine Luftströmungs-Verteileinheit 500 aufweisen. Die Luftströmungs-Verteileinheit 500 kann einen ersten Abschnitt 510 aufweisen, der mit dem Heizregister 400 gekoppelt werden kann. Die Luftströmungs-Verteileinheit 500 weist ferner einen zweiten Abschnitt 520 und einen dritten Abschnitt 530 auf. Der zweite Abschnitt 520 dient dazu, den erwärmten Luftstrom in den Bereich der Rotorblatthinterkante 12 zu lenken. Der dritte Abschnitt 530 der Luftströmungs-Verteileinheit 500 dient dazu, den erwärmten Luftstrom zumindest teilweise entlang der Rotorblattnase 1 1 zu richten. Die Luftverteileinheit 500 weist ferner ein Stellglied 540 auf, welches entweder den zweiten oder dritten Abschnitt 520, 530 öffnen oder verschließen kann, so dass eine Luftströmung 610, 620 durch den zweiten und/oder dritten Abschnitt 520, 530 ermöglicht wird. Alternativ dazu kann das Stellglied auch teilweise geöffnet sein, so dass der Luftstrom sowohl in den Nasenbereich als auch in dem Hinterkantenbereich strömen kann. Im Bereich der Rotorblattwurzel 14 kann optional ein Ventilator 800 vorgesehen sein, welcher einen Luftstrom in den Diffusor 300 einblasen kann. Der Ventilator 800 kann auch in der Nabe 90 der Windenergieanlage vorgesehen sein.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, bereits vorhandene Komponenten zur Enteisung eines Rotorblattes einer Windenergieanlage nicht nur zur Enteisung des Rotorblatt- nasenbereichs, sondern auch zur Enteisung der Rotorblatthinterkante 12 zu verwenden. Dies erfolgt, indem der erwärmte Luftstrom durch eine Luftverteilungseinheit 500 nicht nur in den Rotorblattnasenbereich 1 1 , sondern auch oder nur in den Bereich der Rotorblatthinterkante geleitet werden kann.
Somit kann die Steuerung der Windenergieanlage dazu verwendet werden, auch die Rotorblatthinterkante bzw. den Bereich der Rotorblatthinterkante mittels eines erwärmten Luftstromes zu enteisen. Dazu wird lediglich eine Luftströmungs-Umlenkeinheit bzw. eine Luftverteileinheit 500 mit einem Stellglied 540 verwendet. Die Steuerung der Windenergieanlage kann in einer ersten Betriebsart einen erwärmten Luftstrom in den Rotorblattnasenbereich 1 1 leiten. In einer zweiten Betriebsart kann der erwärmte Luftstrom durch die Luftverteileinheit statt in den Rotorblattnasenbereich in einen Bereich der Rotorblatthinterkante 12 geleitet werden. Somit kann durch ein Umschalten von der ersten in die zweite Betriebsart auch der Hinterkasten erwärmt und somit enteist werden.
Durch die erfindungsgemäße Steuerung der Windenergieanlage kann somit auch die Rotorblatthinterkante bei Bedarf enteist werden. Wenn eine Enteisung der Rotorblatthin- terkante nicht benötigt wird, dann bleibt die Steuerung der Windenergieanlage in der ersten Betriebsart und bläst erwärmte Luft in den Rotorblattnasenbereich. In der ersten Betriebsart kann somit das Stellglied 540 in der Luftverteilungseinheit 500 eine erste Stellung einnehmen, d. h. der Luftstrom durch den zweiten Abschnitt 520 wird vermieden und der gesamte Luftstrom kann durch den dritten Abschnitt 530 entlang des Rotorblattnasenbereiches bis zu der Rotorblattspitze 13 strömen. Anschließend kann der Luftstrom zwischen dem ersten und zweiten Steg 100, 200 wieder in den Rotorblattwurzelbereich 14 strömen, so dass ein Kreislauf entstehen kann. In diesem Fall kann der Rotorblatthinterkastenbereich durch den ersten Steg 210 und das Stellglied 540 von der erwärmten Luftströmung abgetrennt werden, so dass nur der Rotorblattnasenbereich erwärmt wird. Damit ist der Energieverlust der rückströmenden Luft minimiert und die maximale Energie kann bei maximaler Fläche im Rotorblattnasenbereich zugeführt werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann das Stellglied 540 in der zweiten Betriebsart derart verstellt werden, dass ein Luftstrom durch den dritten Abschnitt 530 in den Rotorblattnasenbereich hinein vermieden wird. Damit kann der durch den Ventilator 800 und durch das Heizregister 400 erwärmte Luftstrom durch den zweiten Abschnitt 520 in den hinteren Bereich in Richtung der Rotorblattspitze 13 strömen. Im Bereich der Rotorblattspitze kann optional eine Perforierung oder Öffnungen in den Stegen vorgesehen werden, so dass der Luftstrom dann zwischen dem ersten und zweiten Steg 200, 210 zu dem Rotorblattwurzelbereich 14 zurück strömen kann. Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft, da eine Enteisung eines Rotorblattes lediglich durch Hinzufügen einer Luftverteilungseinheit wesentlich verbessert werden kann. Durch das Stellglied der Luftverteilungseinheit kann der Steuerung der Windenergieanlage ein neuer Freiheitsgrad hinzugefügt werden. Die Rotorblätter gemäß der Erfindung sind insbesondere dazu geeignet, in stark vereisungsgefährdeten Gebieten eingesetzt zu werden. Erfindungsgemäß kann das gesamte Rotorblatt nach Bedarf und sukzessiv durch eine Luftströmung erwärmt werden.
Im dem Rotorblattwurzel-nahen Bereich kann ein Hinterkasten an der Rotorblatthinterkante vorgesehen werden. Ein derartiger Hinterkasten kann als ein separates Bauteil an dem Rotorblattwurzel-nahen Bereich der Hinterkante montiert werden. Wenn der Hinterkasten hohl ausgestaltet ist, dann kann der Hinterkasten in dem zweiten Betriebszustand erwärmt werden, wenn das Stellglied der Luftverteilungseinheit so eingestellt ist, dass die erwärmte Luft durch den zweiten Abschnitt 520 in den Hinterkantenbereich strömt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das erfindungsgemäße Rotorblatt optional eine verschließbare Öffnung 900 in oder an dem ersten und/oder zweiten Steg im Bereich der Rotorblattspitze aufweisen. Durch diese verschließbare Öffnung kann ein Luftstrom 620, welcher sich entlang des Rotorblattnasen bereiches erstreckt, in das Volumen zwischen dem ersten und zweiten Steg oder in das Volumen zwischen dem ersten Steg 210 und der Rotorblatthinterkante geleitet werden. Wenn die verschließbare Öffnung 900 geöffnet ist, dann wird der Luftstrom 620 auch durch das Volumen zwischen dem ersten Steg 220 und der Rotorblatthinterkante 12 zurück in den Rotorblattwurzelbereich strömen. Zwar wird der Luftstrom, welcher entlang der Rotorblatthinterkante strömt, bereits abgekühlt sein (da er bereits entlang des Rotorblattnasenbereiches geströmt ist), aber der Luftstrom wird dennoch dazu beitragen können, dass die Rotorblatthinterkante erwärmt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können optional eine oder zwei verschließbare Öffnungen 710, 720 in oder an einer Schließeinheit 700 zum Verschließen des Rotorblattwurzelbereiches des Rotorblattes vorgesehen sein. Durch Steuerung des Öffnens oder Schließens der verschließbaren Öffnungen 710, 720 kann gesteuert werden, ob der Luftstrom von der Rotorblattspitze 13 durch das Volumen zwischen dem ersten und zweiten Steg 210, 200 oder durch das Volumen zwischen dem ersten Steg 210 und der Rotorblatthinterkante strömt. Wenn die Öffnung 710 geöffnet ist, dann kann der Luftstrom durch das Volumen zwischen dem ersten Steg 210 und der Rotorblatthinterkante 12 strömen. Wenn jedoch die zweite Öffnung 720 geöffnet ist, dann kann der Luftstrom durch das Volumen zwischen den beiden Stegen zurückfließen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf. An der Gondel 104 ist ein aerodynamischer Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an. Die Rotorblätter 108 können den Rotorblättern 10 gemäß Fig. 1 und Fig. 2 entsprechen.

Claims

Ansprüche
1. Windenergieanlagen-Rotorblatt, mit
einer Rotorblattnase (1 1 ),
einer Rotorblatthinterkante (12),
einem Rotorblattwurzelbereich (14) zur Befestigung des Rotorblattes an einer Nabe einer Windenergieanlage,
einer Rotorblattspitze (13),
wobei sich das Rotorblatt von dem Rotorblattwurzelbereich (14) entlang einer Längsrichtung zu der Rotorblattspitze (13) erstreckt, und
einer Luftverteileinheit (500) mit einem Stellglied (540) zum Leiten eines Luftstromes in den Rotorblattnasenbereich (1 1 ) und/oder einen Rotorblatthinterkantenbereich (12).
2. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1 , wobei
in einer ersten Betriebsart die Luftverteileinheit (500) derart ausgestaltet ist, dass ein Luftstrom in den Rotorblattnasenbereich (1 1 ) geleitet wird, und
in einer zweiten Betriebsart die Luftverteileinheit (500) derart ausgestaltet ist, dass ein Luftstrom zumindest teilweise in den Rotorblatthinterkantenbereich (12) geleitet wird.
3. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, wobei
mindestens ein erster Steg (200, 210) entlang der Längsrichtung des Rotorblattes von dem Rotorblattwurzelbereich (14) zu der Rotorblattspitze (13) vorgesehen ist.
4. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach Anspruch 3, wobei
der mindestens eine erste Steg (200, 210) im Bereich der Rotorblattspitze (13) derart ausgestaltet ist, dass eine Luftströmung im Rotorblattnasenbereich (1 1 ) entlang des mindestens einen ersten Steges (100, 200) zu dem Rotorblattwurzelbereich (14) zurückgeführt wird.
5. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
die Luftverteileinheit (500) einen ersten Abschnitt (510) zur Aufnahme eines erwärmter Luftstroms, einen zweiten Abschnitt (520) zum Leiten des erwärmten Luftstroms in den Bereich der Rotorblatthinterkante (12) und einen dritten Abschnitt (530) zum Leiten des erwärmten Luftstroms in den Rotorblattnasenbereich (1 1 ) aufweist.
6. Windenergieanlagen-Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für eine Windenergieanlage mit mindestens 1 MW.
7. Windenergieanlagen-Rotorblatt, mit
einer Rotorblattnase (1 1 ),
einer Rotorblatthinterkante (12),
einem Rotorblattwurzelbereich (14) zur Befestigung des Rotorblattes an einer Nabe einer Windenergieanlage,
einer Rotorblattspitze (13),
wobei sich das Rotorblatt von dem Rotorblattwurzelbereich (14) entlang einer Längsrichtung zu der Rotorblattspitze (13) erstreckt, und
mindestens einem ersten Steg (200, 210) entlang der Längsrichtung des Rotorblattes von dem Rotorblattwurzel bereich zu der Rotorblattspitze,
mit einer verschließbaren Öffnung (900) in dem mindestens einen ersten Steg (200, 210) in dem Bereich der Rotorblattspitze,
wobei die verschließbare Öffnung dazu ausgestaltet ist, einen Luftstrom zu ermöglichen.
8. Windenergieanlagen-Rotorblatt, mit
einer Rotorblattnase (1 1 ),
einer Rotorblatthinterkante (12),
einem Rotorblattwurzelbereich (14) zur Befestigung des Rotorblattes an einer
Nabe einer Windenergieanlage,
einer Rotorblattspitze (13),
wobei sich das Rotorblatt von dem Rotorblattwurzelbereich (14) entlang einer Längsrichtung zu der Rotorblattspitze (13) erstreckt, und
mindestens einem ersten Steg (200, 210) entlang der Längsrichtung des Rotorblattes von dem Rotorblattwurzelbereich (14) zu der Rotorblattspitze (13), wobei
der Rotorblattwurzelbereich durch eine Schließeinheit (700) verschließbar ist, wobei die Schließeinheit mindestens eine verschließbare Öffnung (710, 720) aufweist, wobei der Luftstrom durch die mindestens eine verschließbare Öffnung fließen kann, wenn diese geöffnet ist.
9. Verfahren zum Enteisen eines Windenergieanlagen-Rotorblattes, wobei das Windenergieanlagen-Rotorblatt einen Rotorblattnasenbereich (1 1 ), eine Rotorblatthinterkante (12), eine Rotorblattspitze (13) und einen Rotorblattwurzelbereich (14) aufweist, mit den Schritten:
in einer ersten Betriebsart: Leiten von einem erwärmten Luftstrom in den Rotor- blattnasenbereich und
in einer zweiten Betriebsart: Leiten eines erwärmten Luftstroms zumindest teilweise in den Rotorblatthinterkantenbereich der Windenergieanlage.
10. Windenergieanlage, mit
mindestens einem Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Windenergieanlage eine Nennleistung von mindestens 1 MW aufweist.
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