TW201643317A - 用於操作一風力發電機組之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於操作一風力發電機組之方法，該風力發電機組包括具有一大致水平旋轉軸之一空氣動力轉子、一發電機以及若干操作裝置，其中該風力發電機組用於將電能饋送至一供電網中，且當該風力發電機組無法完全投入操作中、特別是無法起動該發電機時，將該風力發電機組保持於用於起動該發電機之一起動狀態中。

Description

用於操作一風力發電機組之方法
本發明係關於一種用於操作一風力發電機組之方法。本發明亦係關於一種風力發電機組及一種包括多個風力發電機組之發電廠。
已知風力發電機組，根據本發明尤其係水平軸風力發電機組。風力發電機組自風獲取能量且將其轉換為電能，為簡單起見此可被稱為產生電能或產生電功率。
只要此等風力發電機組在操作中，其便由此產生電力，電力通常經饋送至一供電網中。然而，所產生之某些電力用於供應操作裝置。除供應控制系統(亦即一控制電腦或諸如此類)之外，亦存在有時需要稍微更多電力之操作裝置。此等操作裝置包含一方位調整裝置，亦即可藉此使風力發電機組在其對準時追蹤風之一調整裝置。此通常包括用於調整風力發電機組之機艙之若干個方位馬達。亦包含用於調整轉子葉片之裝置，因此可藉助該等裝置調整轉子葉片之其攻角，此亦被稱為俯仰或調整俯仰角。此外，可存在用於加熱、特別是用於加熱轉子葉片之裝置以便防止冰之形成或將存在之冰解凍。
風力發電機組一旦停止(尤其係由於風過輕)，便不再需要所有此等裝置。風力發電機組無論如何可不再用自發電力供應此等裝置，且用來自電網(當風力發電機組在操作中時其以其他方式饋送至該電網)之電功率供應此等裝置係極昂貴的。用於自電網獲取電力之成本通常比一風力發電機組操作員針對所饋入之相同量之電力所接收之付款高諸多倍。
因此，當風力發電機組將在(舉例而言)風再次增加時被再次投入操作中時，通常需要首先自電網昂貴地買入電力以便對應地操作必需操作裝置。
對於風力發電廠，已提出解決方案，其中風力發電機組在其由於風對應地減弱而停轉(run down)時經調整為不同方位對準，使得當風稍後再次增加時，風力發電機組中之至少一者將在某種程度上相對於風順利地對準。此係藉由文件US-2007-0108769-A1來闡述。亦提出僅將來自電網之電力用於起轉(run up)風力發電廠中之一個風力發電機組，特別是儘可能小之一個風力發電機組。當此風力發電機組然後在操作中時，由其產生之電力可用於操作發電廠之其他風力發電機組之操作裝置，以便此等操作裝置可然後起轉。
此之一缺點係其他風力發電機組由此必須首先等待，直至此一個風力發電機組起轉為止。由此，藉由此風力發電廠之電力產生被延遲，藉此反過來本已自風獲取之電力被犧牲。
德國專利及商標局已在有關本發明申請案之優先權申請中搜索到以下先前技術：DE 10 2012 204 239 A1，US 2008/0084070 A1，文章「Offshore-Windpark Riffgat startet ohne Kabel」[Riffgat offshore wind farm starts without cables]，manager magazin，及文章「Die Schildbürger lassen grüßen.Dieselmotoren treiben Windräder an」[Greetings from the wise fools of Schilda.Diesel engines drive windmills],n-tv.de。
本發明由此係基於解決前述問題中之至少一者之目的。特定而言，意欲提出適合於允許自風獲取儘可能多之電力且允許犧牲儘可能少的來自風之電力或能量之一解決方案。至少，意欲提出一種迄今已知之解決方案之替代解決方案。
根據本發明，提出一種如藉由技術方案1提供之方法。此方法由 此用於操作一風力發電機組，該風力發電機組包括具有一大致水平旋轉軸之一空氣動力轉子、一發電機以及若干操作裝置。風力發電機組用於將電能饋送至一供電網中且然而當無法起動發電機時，將該風力發電機組隨時保持於用於起動發電機之一起動狀態中。
舉例而言，無法起動發電機之原因可係不可獲得充足風。另一或額外可能性係向供電網中饋送係不可能或不准許的。向供電網中饋送係不可能的，尤其每當不存在連接時(至少暫時地)。當電網中存在一故障、特別是電網在電工技術意義上停機時，饋入亦係不可能的。在此等情形中，亦可設想，儘管向電網中饋送取決於電網中之故障之嚴重性可係可能的，但由於尤其係電網操作員之管理，向電網中饋送亦係不准許的。舉例而言，可提供，若電網頻率自標稱頻率偏離(舉例而言)2%，則一風力發電機組不可向電網中饋送。
亦可設想，特別地為了避免正被投射之一破壞性陰影或破壞性雜訊之形成，地方法規暫時地禁止發電機之起動。在此情形中，其將不由電網操作員禁止-儘管此當然另外亦可屬實-但其將出於環境原因而被禁止。當太陽已對應地劃過天空進一步移動及/或雲不再投射一陰影或僅產生漫射光時，尤其一陰影之投射有時可不再適用，亦即並非用於禁止操作之一原因(甚至在一短時間之後)。
由於雜訊發射所致之禁止操作可取決於一天之時間或取決於風向。
在任何情況中，存在防止發電機起動之各種原因，但其亦可係暫態的。有時可確切地預知此等條件將不再適用之時間。
在任何情況中，提出使發電機隨時保持於一起動狀態中，即便在彼特定時間處使其起動係不可能或不准許的亦如此。此提出特定而言係基於通常可預知使發電機起動將係可能的認識。一常見發生事件將可能係一天氣預報之評估，或一般而言在各別風力發電機組附近之 氣象量測站之評估，可基於此(舉例而言)預測將存在用以操作發電機組之一充足強度之風之時間。
提出亦基於當風力發電機組本身正準備起動發電機時可損失較多能量之認識。已認識到，此能量損失有時可係如此大以至於避免該能量損失甚至證明使風力發電機組永久地隨時保持立即起動係正當的。因此，消耗能量以使風力發電機組隨時保持起動，諸如舉例而言用於將風力發電機組朝著風對準之能量或甚至用於加熱風力發電機組、特別是其轉子葉片以便避免冰之形成或移除冰之能量。
風力發電機組較佳地使用來自至少一個能量儲存裝置之能量以便使該風力發電機組隨時保持於用於起動發電機之起動狀態中。此一能量儲存裝置可在風力發電機組之操作期間由該發電機組填滿，使得避免自供電網獲取昂貴的電。一旦邊界條件允許，風力發電機組便可因此立即被起動且立即產生能量。與其中風力發電機組在用於起動之條件已經存在時僅使其本身準備好起動之一操作模式比較，此構成額外能量。
使風力發電機組隨時保持於起動狀態中較佳地包括以下動作中之至少一者：加熱風力發電機組、特別是轉子之轉子葉片，以避免冰之形成或用於將冰解凍，及將風力發電機組朝著風對準。
將風力發電機組朝著風對準(亦即調整朝著風之方位位置)未必一定需要極多能量，尤其每當存在其中風向不會不斷改變之穩定天氣條件時亦如此。當前對準可自方位位置之最佳對準偏離直至方位位置得以調整之一公差角度可較佳地選擇為大於正常操作中。此處，此角度可較佳地小於10°，較佳地小於20°。然後，風力發電機組可在存在充足風或其他妨礙不再適用時立即起動(可能在一並非完全最佳方位位置之情況下)。然而，其然後可極迅速地被調整，且可能亦甚至已用風力發電機組本身可已產生之能量進行調整。
用於防止冰之形成或用於將冰解凍之風力發電機組、特別是轉子葉片之加熱有時可適用極大量能量。一方面，加熱原則上需要相對大量能量且另一方面，現代風力發電機組具有極大轉子葉片，且由此其上可發生冰之形成之極大表面區域，此導致在一對應大之區域上加熱。
另一方面，然而已認識到，若必須首先移除一存在之冰之形成，則風力發電機組在妨礙不再可適用之後可實際上再次被操作並產生電力之前的時間週期可係極長。在此情形中，由此存在在風力發電機組實際上再次被正常操作之前經過之一極長時間週期。在此長時間週期中，亦將對應不可能地自風產生極大量能量，使得在此情形中亦將犧牲極大量能量。此大量能量因此對照用於轉子葉片之早期加熱所需之費用而設定。
換言之，儘管需要大量能量用於加熱轉子葉片，但結果可獲得甚至更多能量。
根據一項實施例，所提出方法之特徵在於一旦風力發電機組之方位對準自朝著風之一最佳對準偏離一公差角度以上，及/或偏離達長於一預定等待時間，便調整風力發電機組之方位角以朝著風對準，其中公差角度之大小及/或等待時間之大小取決於發電機是否在操作中及/或風速之大小，特別地，風速愈低，公差角度之大小及/或等待時間之大小皆愈大。
因此，風力發電機組之其方位角並不立即且即刻朝著風對準，而是僅在偏離係大的或另外任何等待時間已逝去之情況下才如此。此一公差角度及等待時間尤其取決於發電機是否在操作中。若其在操作中，則將儘可能小之一公差角度當作一基礎且將儘可能少之等待時間(最好無等待時間)當作一基礎。在此情形中，風力發電機組基本上在正常操作中且然後亦儘可能準確地追蹤風。
然而，若發電機不在操作中，則其可足以將一較大公差角度當作一基礎且其亦(或另外)可在進行追蹤之前足以等待一長時間。當存在尤其低風速時，可等待一更長時間直至位置得以調整為止。上述情況亦適用於公差角度，該公差角度可經設定至一更大值。尤其當風速係如此低以至於風力發電機組彼時根本無法投入操作中，風速因此至多僅約足夠大以允許判定其方向時，一極受限追蹤可係充足的。
當存在較高風速時，尤其由於已存在用以操作發電機組之充足風，因此追蹤應係較不受限的。若在此情形中防止操作之一妨礙因此不再可適用，亦即若舉例而言一雲不再投射一陰影，則發電機組可立即並以良好方位調整被操作。
當不存在風或風向難以量測時，較佳地基於自一量測天線塔或一氣象站傳輸之一風向而執行風力發電機組朝著風之一對準，亦即方位位置之一調整。
當在風力發電機組處存在極低風速或甚至不存在風時，對風向之一量測係幾乎不可能或根本不可能的。然而仍然提出使風力發電機組準備好立即操作，亦即，特別是若風突然係充足強的。由此，甚至當不存在風時，朝著風對準一風力發電機組亦可係可取的。當然，按定義，當不存在風時朝著風之一對準係不可能的，但朝著在附近量測之一風之一對準係可能的且有時至少在一量測天線塔處準確量測之風仍可足以確立一風向，然而風係如此輕以至於其被感知為無風，或者至少在有關風力發電機組處無法量測或不存在。要是風增加，比如其中因此判定了風向，則風力發電機組仍然已沿正確方向對準，或至少大致沿正確方向對準。
方法之特徵較佳地在於：當發電機在操作中時，選擇一第一公差角度及/或一第一等待時間，且當發電機不在操作中時，選擇一第二公差角度及/或一第二等待時間，且視情況當發電機不在操作中且 自一量測天線塔或一氣象站獲得風之方向時，選擇一第三公差角度及/或一第三等待時間。特定而言，此處提出，第三公差角度大於第二公差角度且第二公差角度大於第一公差角度。同樣地，以特定偏好提出，第三等待時間大於第二等待時間且第二等待時間大於第一等待時間。因此取決於一可能操作情況，以愈加受限則給定情況愈多之一方式執行方位位置之追蹤。在第一情形中(亦即具有第一公差角度及/或第一等待時間)，風力發電機組係在操作中。
根據一較佳實施例，提出，當基於一天氣預報將在一準備時間週期內預期用於操作包含發電機之風力發電機組之充足風特別是足夠強且持久使得可再次產生用於加熱轉子葉片所需之能量的風時，起動一加熱裝置，特別是轉子葉片之一加熱裝置。此處一加熱裝置特別是轉子葉片之一加熱裝置被起動，尤其預料到風力發電機組可不久被投入操作中。換言之，此處能量最初被投入於加熱發電機組、特別是轉子葉片中，假設發電機組可不久被操作且不久亦將再次產生用於此所消耗之能量。
因此，此處明確提出在風力發電機組可實際上被投入操作中之前操作加熱裝置。將加熱執行為一預先量測，且由此亦無法使用直接由風力發電機組所產生之能量。替代地，必須自其他源獲取此能量。可設想將一電池儲存裝置或其他電能儲存裝置用此於。亦可設想將來自另一風力發電機組之能量用於此能量(若該另一風力發電機組已接收使其操作之充足風)。然而通常，當不存在來自一風力發電廠中之任一風力發電機組，亦即來自在所考量之風力發電機組附近之任一風力發電機組之充足風時，產生能量。
又一可能性係自供電網獲取此能量且為其付錢(可能係昂貴的)。當可預期大量風時，此預先加熱最終仍然可係有利的，此乃因其允許風力發電機組在此所預期的較強風然後發生時立即準備好起動，且由 此可立即產生能量而不會由於花費過長之一起動程序犧牲能量。
本發明之一重要態樣因此係使風力發電機組、特別是發電機在其中其然而根本無法起動之一時間處準備好起動及/或使其保持準備好起動。此可具體而言在預期到一即將來臨之起動時執行，及/或永久執行。
使發電機準備好起動亦相當於使風力發電機組作為一整體保持準備好起動。最終，使發電機準備好起動亦表示使風力發電機組準備好起動。舉例而言，(特定而言)若對準風力發電機組之機艙以比在正常操作中之一稍微更受限方式執行，則該對準亦係永久可能的。在尤其係能量密集型準備量測之情形中，諸如轉子葉片之加熱，可設想僅在可在必須再一次或再多次加熱葉片之前預期到發電機之起動時執行其。關於用於防止冰之形成或用於解凍一存在之冰或一冰層之形成的轉子葉片之加熱，應注意，此現象無論如何不會在整個冬天期間發生。而是，需要用於其之特定天氣條件。此等具體而言包含尤其在凝固點周圍且略低於凝固點之溫度下發生冰之形成。此外，冰之此一形成需要潮濕空氣，且通常亦需要風以便預期冰之此一形成。
對應地，儘管轉子葉片之永久加熱涉及能量之一高消耗且因此係非所要的，但亦可永久地操作用於防止冰之形成之一控制系統，甚至當不操作發電機組時亦如此。此(特定而言)每當用於防止冰之形成之控制系統考慮到是否將首先預期到冰之形成時適用。考慮到通常亦需要風以便發生冰之一形成，通常亦將預期到用於操作風力發電機組(亦即用於在發電機上切換)之適合周圍條件在預料到冰之一形成時並非如此遙遠。
由此，亦較佳地提出其中甚至當發電機不在操作中時，仍操作用於防止及/或移除冰之一形成之一控制系統的一方法。
根據一有利改良，提出，該方法之特徵在於計算或預測可被預 期可起動風力發電機組、特別是發電機之一起動時間，且在起動時間之前的一預定前置時間，使風力發電機組進入用於起動發電機之一起動狀態中且使其隨時保持於彼狀態中直至發電機之起動為止。因此，最初計算或預測一起動時間。若起動點係再次存在充足風之時間，則此可(舉例而言)基於一天氣預報發生。然而，若發電機不在操作中之事實係由於一雜訊發射禁止所致且此雜訊發射禁止在一特定時間處不再可適用，則其亦可係一天之一時間。此亦可係由於太陽之已知位置不再投射一陰影或不再在一有問題位置處投射一陰影之一時間。彼處計算或預測之此起動時間亦可稍後自實際上可能之起動時間偏離。可能地，與此一計算相反，亦最初完全放棄風力發電機組之起動或放棄至少達一相當多時間。
在任何情況中，計算此一起動時間；具體而言在其中將一天氣預報當作一基礎之情形中，其亦可被稱為預測此一起動時間。
然後，針對此經預測或經計算起動時間，提出使風力發電機組提前準備好起動。出於此目的，預定一前置時間，該前置時間具體針對發電機組可始終相同且可由此形成一常數。在一較佳實施例中，然而，前置時間亦可取決於邊界條件，舉例而言前置時間可經選擇為在冬天大於在夏天以便亦考慮到除冰程序。
因此，然後提出此前置時間以使風力發電機組比該起動時間早地準備好起動。舉例而言，此可意指開始除冰，使風力發電機組之其方位位置相對於風對準及/或對應地相對於風調整轉子葉片之其攻角。在此之後，風力發電機組然後準備好起動且保持於此狀態中直至其可實際上被起動為止。此將最佳地在所計算起動時間處發生，但其亦可(舉例而言)稍後發生。該前置時間較佳地經選擇為比用於使風力發電機組為起動做好準備將需要的時間大、特別地係其至少兩倍大。此亦允許以下認識：確保風力發電機組在邊界條件允許起動時確實準 備好起動比假設節省用以使風力發電機組保持於準備好起動之狀態中將需要之能量重要得多。
亦根據本發明提出一種風力發電機組，其準備好執行根據上文所闡述之實施例中之一者之至少一方法。特定而言，提出此一風力發電機組係藉由以下事實進行區分：風力發電機組或連接至其之一電系統網路具有用於儲存能量且用於遞送電能之至少一個能量儲存裝置，該能量儲存裝置經定尺寸使得其可儲存用於加熱風力發電機組之轉子葉片之充足能量特別地其可儲存足以允許將完全結冰之轉子葉片解凍之能量，及/或其可儲存足以允許以最大加熱功率加熱轉子葉片達一預定加熱時間週期之能量，該加熱時間週期較佳地係至少一小時特別地係至少3小時。
由此提出提供具有一能量儲存裝置之風力發電機組，該風力發電機組亦可具有風力發電機組之一經連接電系統網路以便在其中提供用於加熱轉子葉片之充足能量。藉助此能量，由此意欲藉由加熱轉子葉片來防止冰之形成或意欲加熱轉子葉片使得存在之冰可解凍。對應地提出將此能量儲存裝置對應地定尺寸。然而，此能量儲存裝置較佳地係充分大的亦以在風力發電機組本身不在操作中時操作風力發電機組之其他操作裝置。此尤其包含亦針對轉子葉片操作一方位調整及/或操作俯仰調整，以便使轉子葉片之其攻角相對於風對準。然而，用於加熱轉子葉片之能量之分率可能比用於其他應用之能量大得多。對應地此處提出基於用於加熱轉子葉片所需之能量來使能量儲存裝置之大小定尺寸。
較佳地，以使得可儲存用於以最大加熱功率加熱轉子葉片達一預定加熱時間週期之充足能量之一方式執行定尺寸。此加熱時間週期較佳地經設定至至少一小時、特別地係至少3小時。針對用於轉子葉片之存在之加熱裝置之最大加熱功率係每一風力發電機組之一所規定 已知值，且能量儲存裝置可由此基於所規定時間週期而清楚地定尺寸。
亦根據本發明提出一種風力發電廠，其具有至少兩個如已根據實施例在上文闡述之風力發電機組。
此風力發電廠較佳地具有一或多個能量儲存裝置。此一個能量儲存裝置或風力發電廠之所有存在之能量儲存裝置之總和經定尺寸，使得發電廠中之所有風力發電機組之所有轉子葉片可經加熱達一對應地預定加熱時間週期及/或該能量儲存裝置或所有該等能量儲存裝置之總和之能量足以將發電廠中之所有風力發電機組之所有轉子葉片解凍。
圖1展示一風力發電機組100，其包括一塔架102及一機艙104。具有三個轉子葉片108及一旋轉體110之一轉子106配置於機艙104上。在操作期間，轉子106藉由風設定於旋轉運動中且藉此驅動機艙104中之一發電機。
圖2展示以實例方式包括三個風力發電機組100之一風力發電廠112，該三個風力發電機組可係等同或不同的。三個風力發電機組100由此原則上表示一風力發電廠112之任何數目個風力發電機組。風力發電機組100以一發電廠系統114方式提供其電力，亦即特別是所產生之電。在此情形中，個別風力發電機組100之分別產生之電或電力加在一起且通常存在一變壓器116，該變壓器步升發電廠中之電壓以然 後在一般而言亦被稱為PCC之饋入點118處將其饋送至供應網120中。圖2係一風力發電廠112之僅一簡化表示，其舉例而言不展示任何控制系統，但當然存在一控制系統。此外，舉例而言，可以不同方式設計發電廠系統114，此乃因舉例而言在每一風力發電機組100之輸出處亦存在一變壓器，僅提及一個其他例示性實施例。
圖3在最下部圖式中示意性地展示一風速之一可能量變曲線。因此，對於前180分鐘(亦即3小時)，風速VW低於一所繪示起動風速，為簡單起見，此處將該起動風速輸入為2米/秒。風速之確切值此處係無關緊要的。圖3之圖式仍然試圖展示就數值而言，其亦係真實的。然而，表示係示意性的且所展示及所闡釋之相互關係亦應理解為示意性相互關係，且尤其亦可存在繪製不準確。
在180分鐘處，風速VW則增加使得其超過起動風速VWStart。在大約240分鐘(亦即稍後一小時)處，風速則已停留在大約10米/秒之一值處。在此表示之情形中，一標稱風速經設定於12米/秒處，且因此甚至在240分鐘之後，風速仍保持低於標稱風速。因此，該表示展示一完全真實情形，其中風速自極輕(亦即如此輕以至於風力發電機組根本無法被操作)增加至一更高值，該更高值然而仍低於標稱風速VWN。
該圖式另外展示由風力發電機組之發電機產生之功率PG。此處，已選擇下標G以闡明與在其上方之圖式中之加熱功率PH之區別。
因此，對於前3小時，由於風過輕，因此發電機可不產生任何功率。在3小時之後，風速則係足夠強以至於發電機可被起動，此在之前係不可能的。發電機因此則被起動且產生對應於風速VW之一功率。此圖式以實例方式展示以MW為單位之所產生功率且此處假定具有2 MW之一標稱功率PN之一風力發電機組，此在當今等效於一中等或甚至較小大小之一風力發電機組。由於風速VW沒有達到其標稱風速VWN，因此由發電機所產生之功率PG亦沒有達到2 MW之其標稱功 率值PN。
亦已可自此等兩個下部圖式看出，在其中風速VW超過2米/秒之起動風速VWStart之彼特定時間處，發電機亦立即被起動且可產生功率PG。
此功率PG首先係低的，此乃因風速亦仍係極低的。功率PG之線性增加在此情形中係理想的。量變曲線亦可看起來稍微不同，但若風速VW將如所闡述地表現則很可能將呈現一類似進程。
自底部之第三圖式展示一加熱功率PH之一例示性量變曲線，該加熱功率PH同樣地以MW為單位指示，已選擇與用於表示發電機功率PG相同之定尺寸。加熱功率PH之此圖式展示在30分鐘處加熱功率PH自零至0.2 MW(亦即200 kW)之一增加。對於該例示性實例，此等200 kW係加熱功率之標稱值PHN。此圖式係基於風力發電機組在所繪示30分鐘之後已判定由於已偵測到冰之形成，因此將對轉子葉片進行除冰之理念。因此，控制系統然後進行一除冰操作，在該除冰操作中加熱轉子葉片，此在所假定之實例中需要200 kW之加熱功率。
由此，即便風力發電機組根本不在操作中且由於低風速亦根本無法投入操作中，亦進行對轉子葉片之此加熱。發電機因此無法投入操作中，且亦無法提供加熱功率。
表示則假定需要此加熱功率達一個半小時，亦即自30分鐘至120分鐘。在120分鐘處，則成功完成除冰且關斷對轉子葉片之加熱，使得加熱功率PH再次假定為值零。風速因此仍處於發電機無法被起動之一值。
最上部圖式意欲表示風力發電機組之能量平衡，但為簡單起見此處僅考慮到由發電機產生之功率PG及由加熱裝置消耗之加熱功率PH。假定以30分鐘作為開始值，能量平衡係零。能量消耗係藉由E識別。
在30分鐘處，加熱操作因此開始且繼續達一個半小時。對應地，消耗300 kWh。因此，在120分鐘處，能量平衡係具有此等-300 kW之負值。此值持續達又一小時，亦即直至180分鐘，此乃因在此時間中不消耗加熱功率PH，亦不產生發電機功率PG。
在180分鐘處，由於風速剛剛超過起動風速VWStart，因此發電機可然後被起動。已對轉子葉片進行除冰且此外風力發電機組亦根據本發明以其他方式準備好起動，且由此可以對應於盛行風速之一方式立即產生功率。此已在上文進一步闡述。
因此，自180分鐘開始，能量E或能量平衡則增加。在稍微多於40分鐘之後，發電機則已產生與已藉由對轉子葉片之加熱所消耗一樣多之能量。同時，功率繼續增加且能量作為功率隨時間之一積分甚至更強烈地對應增加。在270分鐘(亦即在發電機之起動之後的一個半小時)處，能量則大約處於900 kWh。
應注意到，在風速係充足高以操作風力發電機組之一個半小時之後，能量平衡則係一明顯正能量平衡。一個半小時(亦即自30分鐘至120分鐘)亦係已加熱轉子葉片之時間，使得在此表示中因此需要一個半小時來對葉片進行除冰，且由此使風力發電機組準備好起動。若尚未發生對轉子葉片加熱及由此除冰，則風力發電機組將必須在180分鐘處最初開始。由於所展示加熱操作已以標稱功率(亦即加熱裝置之標稱功率PHN)加熱，因此在180分鐘處起動之除冰亦將不會較快。換言之，風力發電機組則將最早在270分鐘處準備好起動。因此最早將能夠在270分鐘處產生功率，且然後最早將能夠促成一正能量平衡。
然而實際上，其原本亦將最初需要加熱功率，且由此其本身原本亦將最初消耗能量。為總體清晰起見，不繪示此變化形式，但應立即明瞭，若加熱僅在180分鐘處起動，則截至270分鐘，能量將已降低 至-300 kWh。因此，在此實例中所提出解決方案導致1.2 MWh之一能量優勢。
每當可自風力發電機組最初用電能對其本身進行充電之一能量儲存裝置獲取用於加熱所需之能量時，圖3之此經示意性圖解說明程序係尤其高效的。此之所以如此係因為在此情形中將不必自電網買入用於加熱操作之昂貴能量。此外，當存在低風速(因此在任何情形中藉助該低風速極少風力發電經饋送至電網中)時，亦自電網獲取用於加熱之能量亦將不一定係有幫助的。在不可獲得能量儲存裝置或能量儲存裝置未填滿之情況中此當然仍然將係一選項。
100‧‧‧風力發電機組
102‧‧‧塔架
104‧‧‧機艙
106‧‧‧轉子
108‧‧‧轉子葉片
110‧‧‧旋轉體
112‧‧‧風力發電廠
114‧‧‧發電廠系統/發電廠系統
116‧‧‧變壓器
118‧‧‧饋入點
120‧‧‧供應網/供電網
E‧‧‧能量消耗/能量
PG‧‧‧功率/發電機功率
PH‧‧‧加熱功率
PHN‧‧‧標稱值/標稱功率
PN‧‧‧標稱功率/標稱功率值
VW‧‧‧風速
VWN‧‧‧標稱風速
VWStart‧‧‧起動風速
下文參考附圖基於實施例而以實例方式更精確地闡釋本發明。
圖1 示意性地展示一風力發電機組。
圖2 示意性地展示一風力發電廠。
圖3 展示根據本發明之一實施例之用於以實例方式圖解說明一加熱程序之四個時間圖。
E‧‧‧能量消耗/能量
PG‧‧‧功率/發電機功率
PH‧‧‧加熱功率
PHN‧‧‧標稱值/標稱功率
PN‧‧‧標稱功率/標稱功率值
VW‧‧‧風速
VWN‧‧‧標稱風速
VWStart‧‧‧起動風速

Claims (14)

  1. 一種用於操作一風力發電機組(100)之方法，該風力發電機組包括具有一大致水平旋轉軸之一空氣動力轉子(106)、一發電機以及若干操作裝置，其中該風力發電機組(100)用於將電能饋送至一供電網(120)中，且當該風力發電機組(100)無法完全投入操作中、特別是無法起動該發電機時，將該風力發電機組保持於用於起動該發電機之一起動狀態中。
  2. 如請求項1之方法，其中無法起動該發電機係因為不可獲得充足風，及/或向該供電網(120)中饋送係不可能或不准許的，及/或特別地為了避免正被投射之一破壞性陰影或破壞性雜訊之形成，地方法規暫時地禁止該發電機之起動。
  3. 如請求項1或2之方法，其中使用來自至少一個能量儲存裝置之能量來使該風力發電機組(100)保持於用於起動該發電機之該起動狀態中。
  4. 如請求項1或2之方法，其中使該風力發電機組(100)隨時保持於該起動狀態中包括以下動作中之至少一者：加熱該風力發電機組(100)、特別是該轉子(106)之轉子葉片(108)，以避免冰之形成或用於將冰解凍，及 將該風力發電機組(100)朝著該風對準。
  5. 如請求項1或2之方法，其中一旦該風力發電機組(100)之方位對準自朝著該風之一最佳對準偏離一公差角度以上，及/或偏離達長於一預定等待時間，便調整該風力發電機組(100)之方位角以朝著該風對準，其中該公差角度之大小及/或該等待時間之大小取決於該發電機是否在操作中，及/或風速之大小，特別地，該風速愈低，該公差角度之該大小及/或該等待時間之該大小皆愈大。
  6. 如請求項1或2之方法，其中當不存在風或風向難以量測時，基於自一量測天線塔或一氣象站傳輸之一風向而執行該風力發電機組朝著該風之一對準，亦即方位位置之一調整。
  7. 如請求項5之方法，其中當該發電機在操作中時，選擇一第一公差角度及/或一第一等待時間，且當該發電機不在操作中時，選擇一第二公差角度及/或一第二等待時間，且視情況當該發電機不在操作中且自一量測天線塔或一氣象站獲得該風之該方向時，選擇一第三公差角度及/或一第三等待時間。
  8. 如請求項1或2之方法，其中 當基於一天氣預報將在一準備時間週期內預期用於操作包含該發電機之該風力發電機組(100)之充足風、特別是足夠強且持久使得可再次產生用於加熱該等轉子葉片(108)所需之該能量的風時，起動一加熱裝置、特別是該等轉子葉片(108)之一加熱裝置。
  9. 如請求項1或2之方法，其中甚至當不操作該發電機時，仍操作用於防止冰之該形成及/或用於移除已形成之冰之一控制系統。
  10. 如請求項1或2之方法，其中計算或預測可被預期可起動該風力發電機組(100)、特別是該發電機之一起動時間，且在該起動時間之前的一預定前置時間，使該風力發電機組(100)進入用於起動該發電機之一起動狀態中且使其隨時保持於彼狀態中直至該發電機之該起動為止。
  11. 一種風力發電機組(100)，其準備好執行如前述請求項中任一項之一方法。
  12. 如請求項11之風力發電機組(100)，其中該風力發電機組(100)或連接至其之一電系統網路具有用於儲存能量且用於遞送電能之至少一個能量儲存裝置，該能量儲存裝置經定尺寸使得其可儲存用於加熱該風力發電機組(100)之轉子葉片(108)之充足能量、特別地其可儲存足以允許將完全結冰之轉子葉片(100)解凍之能量，及/或其可儲存足以允許以最大加熱功率加熱該等轉子葉片(108)達一預定加熱時間週期之能量， 該加熱時間週期較佳地係至少一小時、特別地係至少3小時。
  13. 一種風力發電廠(112)，其包括至少兩個如請求項11及12中任一項之風力發電機組(100)。
  14. 如請求項13之風力發電廠(112)，其中提供至少一個能量儲存裝置，該至少一個能量儲存裝置經定尺寸使得在整個該風力發電廠(112)中可儲存用於加熱風力發電機組(100)之轉子葉片(108)之充足能量、特別地可儲存足以允許將完全結冰的該發電廠中之所有該等風力發電機組(100)之轉子葉片(108)解凍之能量，及/或可儲存足以允許以最大加熱功率加熱該風力發電廠(112)之所有該等風力發電機組(100)之該等轉子葉片(108)達一預定時間週期之能量，該加熱時間週期較佳地係至少一小時、特別地係至少3小時。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016124135A1 (de) * 2016-12-13 2018-06-14 Wobben Properties Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von Windenergieanlagen
DE102017106338A1 (de) * 2017-03-23 2018-09-27 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Starten eines Energieerzeugungsnetzes
EP4102058A1 (en) * 2021-06-08 2022-12-14 General Electric Renovables España S.L. A method for operating a wind turbine and a wind turbine
EP4191059A1 (en) * 2021-12-01 2023-06-07 Wobben Properties GmbH Method for controlling heating of rotor blades of a wind turbine

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK175912B1 (da) * 2002-12-20 2005-06-20 Lm Glasfiber As Fremgangsmåde til drift af en vindmölle
CA2522280A1 (en) * 2003-04-17 2004-10-28 New World Generation Inc. Wind turbine with friction drive power take off on outer rim
DE10320087B4 (de) 2003-05-05 2005-04-28 Aloys Wobben Verfahren zum Betreiben eines Windparks
US6890152B1 (en) * 2003-10-03 2005-05-10 General Electric Company Deicing device for wind turbine blades
US7175389B2 (en) * 2004-06-30 2007-02-13 General Electric Company Methods and apparatus for reducing peak wind turbine loads
US7394166B2 (en) 2006-10-04 2008-07-01 General Electric Company Method, apparatus and computer program product for wind turbine start-up and operation without grid power
US8183707B2 (en) * 2007-10-30 2012-05-22 General Electric Company Method of controlling a wind energy system and wind speed sensor free wind energy system
DE102007054215A1 (de) * 2007-11-12 2009-05-20 Repower Systems Ag Windenergieanlage mit Heizeinrichtung
US20100054941A1 (en) * 2008-08-27 2010-03-04 Till Hoffmann Wind tracking system of a wind turbine
JP4898925B2 (ja) * 2009-06-26 2012-03-21 三菱重工業株式会社 風力発電装置及びその制御方法
CN102753818A (zh) * 2009-07-23 2012-10-24 利瓦斯有限责任公司 翼形件上的冰的检测
DE102009026372A1 (de) * 2009-08-14 2011-02-17 Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Steuern einer Windkraftanlage
US8328514B2 (en) * 2009-09-11 2012-12-11 General Electric Company System and methods for determining a monitor set point limit for a wind turbine
EP2523856A4 (en) * 2010-01-14 2015-01-28 Saab Ab MULTI-FUNCTION DEFROSTING / ANTIFRUST SYSTEM FOR WIND TURBINES
DE102010005286B4 (de) * 2010-01-21 2012-05-24 Repower Systems Ag Windenergieanlage mit Zusatzverbraucher, insbesondere Blattheizungsvorrichtung, und Betriebsverfahren hierzu
KR101110908B1 (ko) * 2010-02-10 2012-03-13 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치의 제어 방법
KR101634846B1 (ko) * 2010-04-19 2016-06-29 보벤 프로퍼티즈 게엠베하 풍력 터빈 작동 방법
GB2481789A (en) * 2010-06-30 2012-01-11 Vestas Wind Sys As Reducing yaw error in wind turbines
EP2481924B1 (en) * 2011-02-01 2016-12-14 ALSTOM Renewable Technologies Device and method for visual analysis of a wind turbine blade
JP6043501B2 (ja) * 2011-04-13 2016-12-14 Thk株式会社 風車方位制御装置、風力発電装置及び風車方位制御方法
US9509141B2 (en) 2011-04-15 2016-11-29 Siemens Aktiengesellschaft Black start of wind turbine devices
JP2013011200A (ja) 2011-06-28 2013-01-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 運転監視システム、運転監視方法、及びプログラム
US10202964B2 (en) * 2011-07-04 2019-02-12 Vestas Wind Systems A/S Method of yawing a rotor of a wind turbine
US8317471B2 (en) * 2011-11-29 2012-11-27 General Electric Company Method for preventing rotor overspeed of a wind turbine
US9030035B2 (en) * 2011-12-19 2015-05-12 Vestas Wind Systems A/S Quick start-up of wind turbine generators
DE102012204239A1 (de) * 2012-03-16 2013-09-19 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage
DE102012205255B4 (de) * 2012-03-30 2016-11-10 Ae Rotor Holding B.V. Notenergieversorgung für eine Windturbine
EP2749766B1 (en) * 2012-12-27 2017-02-22 Siemens Aktiengesellschaft Method of detecting a degree of yaw error of a wind turbine
EP2778404A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-17 Siemens Aktiengesellschaft Method to de-ice wind turbines of a wind park
ES2538739B1 (es) * 2013-12-23 2016-04-14 Acciona Windpower, S.A. Método de control de aerogenerador
JP6247957B2 (ja) * 2014-02-26 2017-12-13 三菱重工業株式会社 風力発電装置のヨー制御システム及びヨー制御方法
US9745958B2 (en) * 2014-06-30 2017-08-29 General Electric Company Method and system for managing loads on a wind turbine

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Publication number Publication date
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WO2016139082A1 (de) 2016-09-09
CN107407257A (zh) 2017-11-28
JP6590938B2 (ja) 2019-10-16
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CN107407257B (zh) 2020-03-17
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BR112017018849A2 (pt) 2018-04-24
KR102064572B1 (ko) 2020-01-10
EP3265673A1 (de) 2018-01-10
AR103814A1 (es) 2017-06-07

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