TW201447102A - 風力渦輪機及用於操作風力渦輪機之方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種風力渦輪機，其具有：至少一個轉子葉片(108)；一葉片加熱系統(400)，用於加熱該至少一個轉子葉片(108)之至少一部分；至少一個溫度感測器(510)，用於感測該風力渦輪機(100)之區域或環境中之外部溫度；至少一個空氣濕度感測器(520)，用於感測該風力渦輪機(100)之該區域或該環境中之空氣濕度；及一控制單元(300)，用於若該溫度下降至低於一溫度限制值且若超過一空氣濕度限制值，則啟動該葉片加熱系統(400)，該溫度限制值係+5℃，且該空氣濕度限制值係70%。

Description

風力渦輪機及用於操作風力渦輪機之方法

本發明係關於一種風力渦輪機及一種用於操作一風力渦輪機之方法。

低於特定溫度，可在一風力渦輪機之轉子葉片上形成冰。此一冰形成或冰堆積係不合意的，此乃因若冰自轉子葉片跌落且在該區中穿行，則其可危及在風力渦輪機之環境中之人或建築物。此外，一風力渦輪機之轉子葉片上之冰形成或冰堆積導致一經更改動態行為，此使得不能再以一最佳方式操作風力渦輪機。

WO 2004/104412 A1闡述一種用於操作一風力渦輪機之方法，其中感測風力渦輪機之環境中之溫度。另外，感測風力渦輪機之操作參數。若所感測操作參數不同於所儲存操作參數，則檢查外部溫度。若外部溫度低於一限制值，則風力渦輪機之操作可受影響。然而，若該溫度高於該限制值，則將所儲存參數值調整為所感測參數。

WO 2010/131522 A1闡述一種用於操作一風力渦輪機之方法，其中感測風力渦輪機之操作參數且比較其與預定義參考數量。若所感測操作參數與參考操作參數之間的差超過一限制值，則加熱轉子葉片以便移除已形成之冰堆積。

在確立優先權之德國申請案中，德國專利與商標局搜索以下文件：DE 196 21 485 A1、US 2010/0034652 A1、US 2010/0119370及Cattin,R.等人之「Four years of monitoring a wind turbine under icing conditions」，第十三屆關於結構之大氣結冰之國際研討會，2009年9月11日，1至5。

因此，本發明之目標係提供一種風力渦輪機及一種用於操作該風力渦輪機之方法，該方法使得甚至在低溫下更有效地操作該風力渦輪機成為可能。

此目標藉由根據技術方案1及5之一風力渦輪機及藉由根據技術方案4之用於操作一風力渦輪機之一方法達成。

因此，存在一種風力渦輪機，其具有：至少一個轉子葉片；一葉片加熱系統，其用於加熱該至少一個轉子葉片之至少一部分；至少一個溫度感測器，其用於感測該風力渦輪機之區域或環境中之外部溫度；至少一個空氣濕度感測器，其用於感測該風力渦輪機之該區域或該環境中之空氣濕度；及一控制單元，其用於若該溫度下降至低於一溫度限制值且若超過一空氣濕度限制值，則啟動該葉片加熱系統，該溫度限制值係+5℃且該空氣濕度限制值係70%。

根據本發明之一項態樣，該溫度限制值係+2℃且該空氣濕度之該限制值係大約95%。

本發明同樣係關於一種用於操作一風力渦輪機之方法，該風力渦輪機具有：至少一個轉子葉片；一葉片加熱系統，其用於加熱該等轉子葉片之至少一部分；一溫度感測器，其用於感測該風力渦輪機之區域中之外部溫度；及至少一個空氣濕度感測器，其用於感測該風力渦輪機之該區域中之空氣濕度。若該溫度下降至低於一溫度限制值且若超過一空氣濕度限制值，則啟動該葉片加熱系統。該溫度限制值係+5℃且該空氣濕度限制值係70%。

本發明亦係關於一種風力渦輪機，其具有：一轉子葉片；一葉片加熱系統，其用於加熱該轉子葉片；一溫度感測器，其用於感測該風力渦輪機之區域中之外部溫度；一空氣濕度感測器，其用於感測該 風力渦輪機之該區域中之空氣濕度；及一控制單元，其用於若該溫度下降至低於2℃且若超過一空氣濕度梯度之一限制值，則啟動該葉片加熱系統。

本發明係關於預防性地啟動一轉子葉片之一加熱系統(亦即，在冰在風力渦輪機之轉子葉片上堆積或形成之前)之概念。轉子葉片之加熱系統係取決於外部溫度及相對空氣濕度或空氣濕度之一改變而啟動的。

本發明之其他實施例構成附屬技術方案之標的物。

下文參考圖式更詳細地解釋本發明之優點及例示性實施例。

圖1展示根據本發明之一風力渦輪機。風力渦輪機100具有一塔102及一機艙104。一轉子106經安置於機艙104上，轉子106具有三個轉子葉片108及一旋轉器110。當操作時，轉子106藉由風而置於一旋轉運動中，且藉此驅動機艙104中之一發電機。轉子葉片具有一前邊緣108a及一後邊緣108b。

圖2展示根據本發明之一風力渦輪機之一示意性方塊圖。根據本發明之風力渦輪機100具有一發電機200、一控制單元300、用於加熱轉子葉片108之至少一部分之一葉片加熱系統400，及複數個感測器500。感測器500具有用於感測風力渦輪機附近或其環境中之溫度之至少一個溫度感測器510，且具有經提供以感測風力渦輪機100附近或其環境中之空氣濕度之一空氣濕度感測器520。感測器500之量測結果經轉發至控制單元300，控制單元300接著基於此等量測結果而啟動葉片加熱系統400以加熱轉子葉片108。

因此，取決於外部溫度及相對空氣濕度來控制或啟動葉片加熱 系統400。藉由葉片加熱系統400之預防性啟動，可在發生轉子葉片之空氣動力相關區域上之一冰堆積之前，對其進行預防。出於此目的，至少在空氣動力相關區域處啟動葉片加熱系統400且加熱轉子葉片。此空氣動力相關區域係(特定而言)轉子葉片之前邊緣區域。亦可視情況藉由葉片加熱系統400使較不空氣動力相關之區域(諸如，舉例而言，轉子葉片之後邊緣區域)保持無冰。然而，此僅僅係選用的。

根據本發明，在用於控制風力渦輪機之操作之控制單元300處於一自動操作模式中時啟動藉由葉片加熱系統400之預防性葉片加熱。舉例而言，可將空氣濕度及外部溫度之限制值存檔或儲存於控制單元300中。根據本發明之一項例示性實施例，在超出70%之一空氣濕度之情形中及在<+5℃之一外部溫度之情形中啟動葉片加熱系統400；視情況，在+2℃之一外部溫度之情形中且自95%之一空氣濕度啟動葉片加熱系統。

視情況，可提供一空氣壓力感測器540以及用於監視至風力渦輪機之一接達之感測器530。

根據本發明，可取決於風力渦輪機之安裝地點選擇空氣濕度及外部溫度之限制值。

溫度(或限制值)越高，越快啟動轉子葉片加熱系統。空氣濕度(或限制值)越高，越晚啟動加熱系統。

視情況，可毗鄰地且在機艙中設置用於外部溫度之感測器及用於相對濕度之感測器(濕度感測器)。在現有風力渦輪機之情形中已存在一外部溫度感測器，以使得僅需要改裝用於相對空氣濕度之一感測器。

根據本發明，若由溫度感測器510感測之外部溫度係+2℃且相對空氣濕度係70%，則由控制單元300啟動葉片加熱系統400，亦即，若溫度低於一溫度限制值且超過一空氣濕度限制值，則視情況啟 動葉片加熱系統。由控制單元300啟動葉片加熱系統400可受影響，而無論風力渦輪機是在操作中還是處於一停頓。首先宜藉由由風力渦輪機產生之電力提供葉片加熱系統400所需之能量。

特定而言，可以一方式設計葉片加熱系統400，使得加熱空氣動力相關部分(諸如，舉例而言，前邊緣108a)以便避免冰積。

根據本發明，可將一最大電力消耗指派給葉片加熱系統400。在風力渦輪機不供應充分電力(例如，由於不存在風)之事件中，可自電力供應網取得葉片加熱系統400所需之電力。然而，此僅適用於葉片加熱系統400之先前定義的最大可允許電力。

根據本發明之一項態樣，控制單元300可經設計以藉由比較當前電力曲線與一所儲存電力曲線來感測風力渦輪機100之轉子葉片108上之一冰堆積。作為對此之一替代方案，識別冰堆積之其他已知方法係可能的。若儘管已啟動預防性葉片加熱系統400但仍感測到轉子葉片108上之一冰堆積，則可在一緊急情況下停止風力渦輪機100。在此情形中，控制單元300可自一預防性葉片加熱模式切換至自動葉片除冰，使得由葉片加熱系統400將轉子葉片108除冰。當葉片除冰操作完成時，控制單元300可切換回一自動操作模式，且可根據外部溫度及空氣濕度啟動一預防性葉片加熱系統400。

根據本發明之另一態樣，一旦開啟一維修開關、啟動一停止開關或維修人員一旦進入風力渦輪機，控制單元300即可啟動或撤銷啟動預防性葉片加熱系統400。出於此目的，可在風力渦輪機之一維修開關上、在一停止開關上或在風力渦輪機之門口上設置對應感測器530。當維修人員已再次離開風力渦輪機且已重新啟動風力渦輪機之正常操作時，若外部溫度下降至低於限制值且相對空氣濕度大於限制值，則控制單元300將啟動預防性葉片加熱系統400。

根據本發明，可視情況提供用於判定風力渦輪機附近或其環境 中之空氣壓力之一感測器540。控制單元300可經設計以取決於由空氣壓力感測器540感測之空氣壓力而影響葉片加熱系統400之操作。

根據另一例示性實施例，若溫度下降至低於2℃之一限制值且空氣濕度之梯度超過一限制值，則控制單元啟動葉片加熱系統。空氣濕度之梯度越大，必須越快啟動葉片加熱系統。因此，在啟動葉片加熱系統時，不僅考量溫度而且考量空氣濕度梯度(亦即，空氣濕度隨時間之進展)。

根據本發明之葉片加熱系統可設計為一空氣加熱系統、加熱墊等。

100‧‧‧風力渦輪機

102‧‧‧塔

104‧‧‧機艙

106‧‧‧轉子

108‧‧‧轉子葉片

108a‧‧‧前邊緣

108b‧‧‧後邊緣

110‧‧‧旋轉器

200‧‧‧發電機

300‧‧‧控制單元

400‧‧‧葉片加熱系統/預防性葉片加熱系統

500‧‧‧感測器

510‧‧‧溫度感測器

520‧‧‧空氣濕度感測器

530‧‧‧感測器

540‧‧‧空氣壓力感測器/感測器

圖1展示根據本發明之一風力渦輪機，及圖2展示根據本發明之一風力渦輪機之一示意性方塊圖。

200‧‧‧發電機

300‧‧‧控制單元

400‧‧‧葉片加熱系統/預防性葉片加熱系統

500‧‧‧感測器

510‧‧‧溫度感測器

520‧‧‧空氣濕度感測器

530‧‧‧感測器

540‧‧‧空氣壓力感測器/感測器

Claims (5)

1. 一種風力渦輪機(100)，其具有至少一個轉子葉片(108)，一葉片加熱系統(400)，用於加熱該至少一個轉子葉片(108)之至少一部分，至少一個溫度感測器(510)，用於感測該風力渦輪機(100)之區域或環境中之外部溫度，至少一個空氣濕度感測器(520)，用於感測該風力渦輪機(100)之該區域或該環境中之空氣濕度，及一控制單元(300)，用於若該溫度下降至低於一溫度限制值且若超過一空氣濕度限制值，則啟動該葉片加熱系統(400)，該溫度限制值係+5℃，且該空氣濕度限制值係70%。
2. 如請求項1之風力渦輪機(100)，該溫度限制值係+2℃，且該空氣濕度之該限制值係大約95%。
3. 如請求項1或2之風力渦輪機，該葉片加熱系統(400)經設計以加熱該至少一個轉子葉片(108)之一前邊緣。
4. 一種用於操作一風力渦輪機之方法，該風力渦輪機具有：至少一個轉子葉片(108)；一葉片加熱系統(400)，用於加熱該至少一個轉子葉片(108)之至少一部分；至少一個溫度感測器(510)，用於感測該風力渦輪機(100)之區域中之外部溫度；及至少一個空氣濕度感測器(520)，用於感測該風力渦輪機(100)之該區域中之空氣濕度，該方法包括以下步驟：由至少一個溫度感測器(510)量測該風力渦輪機(100)之該區域 中之該外部溫度，由該至少一個空氣濕度感測器(520)量測該風力渦輪機(100)之該區域中之該空氣濕度，及若該溫度下降至低於一溫度限制值且若超過一空氣濕度限制值，則啟動該葉片加熱系統(400)，該溫度限制值係5℃，且該空氣濕度限制值係70%。
5. 一種風力渦輪機(100)，其具有至少一個轉子葉片(108)，一葉片加熱系統(400)，用於加熱該至少一個轉子葉片(108)之至少一部分，至少一個溫度感測器(510)，用於感測該風力渦輪機(100)之區域或環境中之外部溫度，至少一個空氣濕度感測器(520)，用於感測該風力渦輪機(100)之該區域或該環境中之空氣濕度，及一控制單元(300)，用於若該溫度下降至低於2℃之一溫度限制值且若超過一空氣濕度梯度之一限制值，則啟動該葉片加熱系統(400)。