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Title:
WIND ENERGY TURBINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/040862
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a wind energy turbine comprising a rotor with at least one rotor blade (10) and a displacement unit (12) for the rotor blade (10). An increase in the size of the turbine and consequently that of the rotor blades requires an increase in the size of the drives for the rotor blade displacement. This in turn requires a greater investment in logistical, temporal and material resources, especially if damage occurs. To avoid these disadvantages, the turbine is provided with a displacement device comprising more than one drive. Each drive thus produces a fraction of the power, allowing it to have smaller dimensions and impinges upon the components connected downstream to a corresponding lesser extent.

Inventors:
WOBBEN ALOYS (DE)
Application Number:
PCT/EP2001/010388
Publication Date:
May 23, 2002
Filing Date:
September 08, 2001
Export Citation:
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Assignee:
WOBBEN ALOYS (DE)
International Classes:
F03D3/00; F03D7/04; F03D3/04; F03D7/02; (IPC1-7): F03D7/02
Foreign References:
US5584655A1996-12-17
DE29722109U11998-03-26
EP1128064A22001-08-29
DE20017994U12001-02-08
DE19720025A11997-10-09
Other References:
"Windkraftanlagen", 1 January 1996, SPRINGER-VERLAG, pages: 231
Attorney, Agent or Firm:
Göken, Klaus G. (Speiser and Partner Martinistrasse 24 Bremen, DE)
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Claims:
Ansprüche
1. Windenergieanlage mit einem Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt und einer Verstelleinrichtung für das Rotorblatt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung mehr als einen Antrieb (12) aufweist.
2. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Antriebe (12) ein Elektromotor ist.
3. Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein elektrischer Gleichstrommotor ist.
4. Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein DrehstromAsynchronmotor ist und dass der DrehstromAsynchronmotor zeitweise mit Gleichstrom beaufschlagt ist.
5. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe (12) der Verstelleinrichtung miteinander gekoppelt sind.
6. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die DrehstromAsynchronmotoren durch einen Transformator elektrisch miteinander gekoppelt sind.
7. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Messmittel (22) zur Ermittlung momentaner Beanspruchung wenigstens eines Teiles der Windenergieanlage und durch Steuerungsmittel (20), welche die für eine momentane Beanspruchung gewünschte Stellung wenigstens eines Rotorblattes ermitteln und mittels der Verstelleinrichtung entsprechend verstellen.
8. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit wenig stens zwei Rotorblättern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rotorblatt asynchron zu dem oder den anderen verstellbar ist.
9. Windenerieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilabschnitt wenigstens eines Rotorblattes asynchron zu mindestens einem weiteren verstellbaren Teilabschnitt desselben Rotorblattes oder zu dem oder den anderen Rotorblättern oder deren Teilabschnitt verstellbar ist.
10. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die für eine bestimmte momentane Beanspru chung gewünschte Stellung des oder der Rotorblätter über mit den Steuerungs mitteln (20) verbundene Eingabemittel vorgeben lässt.
11. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung zur Verstellung des Rotor blattes einen Verstellmotor (12) und ein von diesem angetriebenes Verstellgetriebe aufweist, wobei die Steuerungsmittel (20) einen Istwert über die momentane Stellung des Rotorblattes erhalten und über die Verstelleinrichtung das Rotorblatt verstellen.
12. Windenergieanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsmittel (20) die Verstellung des Rotorblattes verzögerungsfrei mit der Erfassung der Messwerte vornehmen.
Description:
Windenergieanlage Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Rotor mit wenigstens einem Rotorblatt und einer Verstelleinrichtung für das Rotorblatt.

Solche Windenergieanlagen sind im Stand der Technik seit langem bekannt und werden auch in der Fachliteratur beschrieben. So z. B. bei Erich Hau in"Windkraft- anlagen", Springer-Verlag, 2. Auflage, 1996, Seiten 231 ff.

Diese Verstelleinrichtung muss so ausgelegt sein, dass sie das Rotorblatt bzw. bei einer zentralen Rotorblattverstellung die Rotorblätter in einer akzeptablen Zeit in eine vorgebbare Position steifen kann. Dazu ist im Stand der Technik häufig ein Motor vorgesehen, der eine durch die Rotorblätter und deren Lasten vorgegebene Mindestleistung aufweisen muss.

Unabhängig von Betrachtungen zum Einsatz und zur Auslegung von Getrieben ist leicht prognostizierbar, dass mit steigender Anlagengröße auch die Rotorblätter größer werden und somit auch der zur Rotorblattverstellung verwendete Motor eine höhere Leistung bereitstellen muss. Diese höhere Leistung führt unvermeidlich zu größeren Abmessungen des Motors. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Windenergieanlage der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die genannten Nachteile im Stand der Technik vermieden werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch verwirklicht, dass die Verstelleinrichtung wenigstens zwei Antriebe aufweist. Dadurch kann die erforderliche Kraft zum Verstellen des Rotorblattes bzw. der Rotorblätter an mehreren Stellen gleichzeitig in die Blattwurzel eingeleitet werden. Entsprechend der Anzahl der Antriebe beauf- schlagt daher jeder Antrieb die nachfolgenden Komponenten nur mit einem ent- sprechenden Bruchteil der erforderlichen Gesamtkraft. Dies erlaubt wiederum eine kleinere Auslegung dieser Komponenten.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, verfügbare Antriebe zu verwenden, die jetzt schon in großen Stückzahlen zur Verfügung stehen und die auch im Dauerbe- trieb bereits erprobt sind. Darüber hinaus sind Vorrichtungen und Verfahren für deren Handhabung bereits bekannt und erprobt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Antriebe Elektromotoren, nämlich bevorzugt Gleichstrommotoren. Im Fall einer Störung können diese Elektromotoren mit einer vorhandenen Notstromversorgung, z. B. in Form einer Batterie, verbunden werden.

Es ist auch möglich, für die Elektromotoren Drehstrom-Asynchronmotoren zu verwenden. Zur Erzeugung eines Bremsmomentes werden dann diese Motoren nach der Abschaltung des während des Rotorblatt-Verstellvorganges fließenden Drehstromes mit einem Gleichstrom beaufschlagt, so dass in den Asynchronmoto- ren ein stehendes Magnetfeld erzeugt wird. Dadurch können die noch drehenden Motoren abgebremst werden und in den stillstehenden Motoren wird ein Brems- moment beibehalten.

Zur weiteren Funktionsweise der Pitchregelung sei auch auf die deutsche Patentan- meldung 197 31 918.1 verwiesen. Soweit es auf die Ausführungen in der vor- liegenden Erfindung ankommt, wird der Fachmann sich auch der dort beschriebe- nen Lösung bedienen können. Soweit erforderlich, ist der Inhalt der vorgenannten Anmeldung auch Inhalt der vorliegenden Anmeldung.

Weiterevorteilhafte Ausführungsformen derErfindung sind inden Unteransprüchen beschrieben.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Dabei zeigen : Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Rotorblattwurzel mit mehreren Antrie- ben, und Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerung Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerung mittels Gleichstrommotor.

In Fig. 1 ist stark vereinfacht eine Rotorblattwurzel 10 gezeigt, an deren Umfang drei Verstellantriebe 12 angeordnet sind. Die Rotorblattwurzel 10 selbst weist eine Außenverzahnung 14 an ihrem äußeren Umfang auf, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist.

Die Verstellantriebe 12 sind in gleichförmigem Abstand am Umfang der Rotorblatt- wurzel 10 angeordnet. Die Verstellantriebe greifen über eine Verzahnung bevorzugt an einer Kugeldrehverbindung, die als Drehlager für das Rotorblatt eingebaut ist, an und verstellen hierüber das Rotorblatt. Theoretisch wäre es zwar grundsätzlich denkbar, dass die Verstellantriebe auch direkt am Rotorblatt angreifen, dies ist jedoch unter Umständen ungünstig, da die Rotorblattwurzel-wie auch der Rest des Rötorbtattes-aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder ähnlichem besteht ? ? ? ? ? und ein Angriff der Verstellantriebe direkt im Motorblatt zur Zer- störung des Rotorblattes fuhren konnte. Durch einen gleichzeitigen Betrieb allerdrei Antriebe 12 muss jeder Antrieb 12 nur noch ein Drittel der erforderlichen Gesamt- leistung aufbringen, die zum Verstellen des Rotorblattes 10 erforderlich ist.

Weiterhin beaufschlagt dadurch, dass jeder der Verstellantriebe nur noch einen Teil, im konkreten Beispiel nur noch ein Drittel, der erforderlichen Gesamtkraft auf- bringen muss, kann auch dessen Dimensionierung kleiner ausfallen, als bei einem Einsatz nur eines einzigen Verstellantriebes 12.

Im Falle eines Schadens an einem der Verstellantriebe 12 kann dieser bei geeigne- ter Dimensionierung immer noch manuell gehandhabt werden und z. B. unter Einsatz eines Flaschenzuges innerhalb des Turmes der Windenergieanlage ausge- tauscht werden.

In Fig. 2 ist eine Steuerungsvorrichtung dargestellt. Diese Steuerungsvorrichtung weist eine zentrale Steuerungseinheit 20 und mehrere Komponenten 22 auf, die als Messwertaufnehmer und/oder Sollwertgeber und/oder Eingabemittel ausgebildet sein können. Über diese Komponenten 22 werden der Steuerungseinheit 20 Informationen zur Verfügung gestellt, aus welchen diese zur Ansteuerung der Verstellantriebe 12 erforderliche Steuerungsdaten ableitet.

Diese Steuerungsdaten können beispielsweise eine Schaltvorrichtung 24 beein- flussen, welche die als Drehstrom-Asynchronmotoren ausgebildeten Verstellantrie- be 12 entweder mit einem Drehstrom zum Verstellen der Rotorblattes i 0 oder mit einem Gleichstrom zum Erzeugen eines Bremsmomentes in den Verstellantrieben 1 2 beaufschlagt.

Dadurch können die Verstellantriebe bei spontanen Lastwechseln an den Rotor- blättern, z. B. bei böigen Winden, die sprunghaft und kurzzeitig ihre Richtung ändern, so dass eine sinnvolle Rotorblattverstellung nicht möglich ist, eine Brems- wirkung ausüben.

Die drei Verstellantriebe 12 sind so ausgelegt, dass auch die weitere Verstell- funktion der Rotorblätter aufrechterhalten werden kann, wenn einer der drei Verstellantriebe ausfäilt. Die gesamte Windenergieanlage muss also nicht abgestellt werden, wenn ein Verstellantrieb-aus welchen Gründen auch immer-einmal ausfallen sollte, weil dann die jeweils notwendige Pitchregulierung noch durch die zwei verbliebenen Verstellantriebe aufrechterhalten werden kann.

Fällt einer der Verstellantriebe aus, sind zwar die Lasten, die dann auf den zwei verbleibenden Verstellantrieben liegen, größe ! alszuvor, allerdings ist jederVerstell- antrieb so ausgelegt, dass er auch für längere Zeit im Überlastbetrieb gefahren werden kann. Insofern ist also jeder einzelne Verstellantrieb etwas überdimensio- niert, um für den Fall, dass einer der Verstellantriebe ausfällt, noch für eine gewis- se Zeit im Überlastbetrieb gefahren werden kann, zumindestens so fange, um einen sicheren Stopp der Windenergieanlage einzuleiten bzw. die Rotorblätter in Fahnen- stellung zu bringen.

Fig. 3 zeigt beispielhaft einen der Antriebe 12, der über einen Schütz 24 mit der normalen Betriebsspannung verbunden ist. Dabei ist der Schütz 24 in Arbeits- position.

Kommt es nun zu einem Stromausfall, wird auch der Schütz 24 abfallen und die Kontakte des Schützes werden umschalten und in ihrer Ruhelage den Verstell- antrieb 12 mit der Batterie 26 verbinden, so dass in einem solchen Fall eine Ver- stellung des Rotorblattes in die Fahnenstellung und damit ein Anhalten der Anlage sicher möglich ist. Eine Tiefentladung der Batterie wird dabei (missbilligend) in Kauf genommen und ist einem unbestimmten Zustand der Anlage einer unklaren Pitch- Einstellung der Rotorblätter vorzuziehen.