DE10119625B4

DE10119625B4 - Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage

Info

Publication number: DE10119625B4
Application number: DE10119625A
Authority: DE
Inventors: Aloys Wobben
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2021-04-21
Also published as: PL209003B1; ES2645391T3; KR20050103519A; BR0209009B1; ES2365802T3; EP2431604A1; JP3990292B2; JP2004523692A; PT1386077E; CN1260473C; KR100599227B1; KR20030090733A; NO20034655D0; CN100344869C; CA2443606C; CN1531626A; CN1782370A; NZ528764A; KR20060101557A; PL214677B1

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage, gekennzeichnet durch die Schritte:
– Erfassen der Temperatur des Generators und der Temperatur der Luft in der Umgebung der Windenergieanlage,
– Ermitteln der Temperaturdifferenz, und
– Aufheizen des Generators, wenn die Temperatur des Generators unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage und eine Windenergieanlage, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens.
Windenergieanlagen sind seit langer Zeit allgemein bekannt und werden als umweltfreundliche Energieerzeuger in jüngster Zeit vermehrt verwendet.

Aus DE 33 42 583 C2 ist es bekannt, durch eine Rotorblattverstellung die Leistungsaufnahme des Rotors der Windenergieanlage derart temperaturabhängig zu steuern, dass eine kritische Generatortemperatur nicht überschritten wird.

Es liegt in der Natur der Sache, dass diese Anlagen den Witterungseinflüssen ausgesetzt sind. Eines der Probleme, das bei Windenergieanlagen eine große Bedeutung hat, ist Feuchtigkeit, da Windenergieanlagen mit ihren elektrischen Systemen davor weitgehend geschützt werden müssen.

Solche Anlagen können jedoch nicht hermetisch abgeschlossen werden, um ein Eindringen von Feuchtigkeit sicher zu vermeiden, so dass Feuchtigkeit von bestimmten Anlagenteilen durch eine weitere Kapselung wie einen Schrank ferngehalten werden muss. Insbesondere im Bereich der Gondel mit großen metallischen Massen, wie dem Generator, ist jedoch eine solche Kapselung nicht möglich.

Andererseits führen aber gerade große Massen zu einem beträchtlichen Problem, wenn diese zum Beispiel über Nacht abgekühlt sind und nun die Temperatur in der Umgebung der Anlage ansteigt.

Da warme Luft mehr Feuchtigkeit speichern kann als kalte Luft, dringt also diese mit Feuchtigkeit angereicherte warme Luft auch in die Gondel ein und trifft dort auf den bei Stillstand der Anlage noch kalten Generator. Die Feuchtigkeit schlägt sich dann auf dem Generator nieder und kondensiert zu Wasser, das dann in großer Menge auftreten kann.

Ein besonderes Problem ist dies bei Windenergieanlagen mit einem Ringgenerator, wo das Wasser in den Generator gelangt und dann beim Anfahren des Generators, wenn er mit Erreger-Energie beaufschlagt wird, zu beträchtlichen Schäden führen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese von dem Wasser ausgehende Gefahr zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch die Schritte:

a) Erfassen der Temperatur des Generators und der Temperatur der Luft in der Umgebung der Windenergieanlage,
b) Ermitteln der Temperaturdifferenz, und
c) Aufheizen des Generators, wenn die Temperatur des Generators unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft ist.

Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch eine Windenergieanlage der eingangs genannten Art mit einer Vorrichtung zum Kurzschließen des Stators, einer Steue rung mit wenigstens zwei Temperaturaufnehmern zum Aufnehmen der Temperatur des Generators und der Umgebungsluft, einer Vorrichtung zum Vergleichen der Temperaturen, so dass die Steuerung in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz den Stator des Generators kurzschließen und den Läufer mit einem vorgebbaren Erregerstrom beaufschlagen kann.

Alternativ oder in Ergänzung der vorbeschriebenen Lösung kann auch vorgesehen sein, dass innerhalb der Gondel einer Windenergieanlage, z. B. an Teilen des Generators oder anderen elektrisch empfindlichen Teilen ein Feuchtigkeits- und/oder Niederschlagssensor als Mittel zum Erfassen der sich dort eingestellten Feuchtigkeit bzw. des eingestellten Niederschlags vorgesehen ist und dass der von dem Sensor erfasste Wert in einer Steuereinrichtung verarbeitet wird und eine Erwärmung des Generators mit den in dieser Anmeldung beschriebenen Mitteln oder eine Erwärmung anderer Teile der Windenergieanlage erfolgt, wenn der gemessene Feuchtigkeits- und/oder Niederschlagswert über einem vorbestimmten Wert liegt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
1 vereinfacht einen Stator und einen Läufer eines Generators;
2 ebenfalls einen Stator und einen Läufer eines Generators in einer alternativen Ausführungsform.
In 1 ist stark vereinfacht ein Generator mit einem Stator 10 und einem Läufer 12 dargestellt. Der Stator 10 weist Anschlussklemmen auf, an welchem im Normalbetrieb die elektrische Energie abgegriffen werden kann. Der Läufer 12 weist ebenfalls Anschlussklemmen auf, über welche der Erregerstrom zugeführt wird.
Zwischen den Anschlussklemmen des Stators 10 ist ein Kontakt dargestellt, der von der Steuerungseinrichtung 20 betätigt wird und die Stator-Anschlüsse kurzschließt.
Die Steuerungseinrichtung 20 erfasst über 2 Temperatursensoren 22, 24 die Temperatur des Generators (in diesem Fall des Stators) sowie die Temperatur in der Umgebung der Windenergieanlage.
Ist die mit dem Sensor 22 erfasste Temperatur des Stators geringer, als die mit dem Sensor 24 erfasste Temperatur der Umgebung, wird der Kontakt zwischen den Anschlussklemmen des Stators geschlossen und damit ein Kurzschluss herbeigeführt.
Sodann wird ein vorgebbarer Erregerstrom in den Läufer 12 über dessen Anschlussklemmen eingespeist. Durch die Höhe des in den Läufer 12 eingespeisten Erregerstromes kann die in dem Stator des Generators induzierte Leistung beeinflußt werden.
Wird der Stator kurzgeschlossen, ist die Stator-Spannung sehr klein und dabei fließt ein sehr hoher Strom (Kurzschlußstrom), der eine entsprechende Stromwärme im Stator entstehen läßt. Durch diese Stromwärme wird der Generator insgesamt aufgeheizt, so dass die Feuchtigkeit verdunstet. Selbst die Bildung von Kondenswasser wird mithin bei der Erfindung im optimierten Generatorgehäuse mittels messtechnischer Überwachung registriert und in diesem Fall startet die Windenergieanlage (beim Anfahren) automatisch im weitestgehend spannungslosen Erwärmungslauf, der die Restfeuchte im Generator verdampfen lässt. Um den Feuchtigkeitseintritt in die Gondel der Windenergieanlage so gering wie möglich zu gestalten, ist das gesamte Gondelgehäuse wasserdicht gestaltet, so dass durch die Außenverkleidung (der Gondel) das Eintreten von leitendem Material wie Feuchtigkeit verhindert wird.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Aufheizung des Generators so lange fortgesetzt, bis die Temperatur des Generators die Temperatur der Umgebungsluft um ein vorgegebenes Maß überschreitet, bevor die Windenergieanlage in den Normalbetrieb übergeht, d.h., bevor der Kurzschluss des Stators aufgehoben und eine normale Erregerleistung eingespeist wird.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Generators mit Stator 10 und Läufer 12.
In dieser Ausführungsform sind an Stator 10 und Läufer 12 gleichförmig auf dem Umfang verteilte Heizwiderstände 14 angeordnet. Stellt nun die (nicht dargestellte) Steuerung 20 die Temperaturdifferenz zwischen dem Stator 10 des Generators und der Umgebungsluft fest, werden die Heizwiderstände 14 eingeschaltet und so der Generator aufgeheizt. Die Feuchtigkeit in dem Generator verdunstet und nach einer vorgegebenen Zeit oder bei Erreichen einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur von Stator 10 und Läufer 12 und der Umgebung kann der Normalbetrieb aufgenommen werden.
Eine eigene Heizung kann nicht nur für den Generator, sondern auch für andere elektrisch empfindliche Teile der Windenergieanlage in ihrem Innern vorgesehen sein. Eine solche Heizung wird regelmäßig wie die Generatorheizung gesteuert, d. h., dass eine Erwärmung dann erfolgt, wenn das zu wärmende Teil eine Temperatur aufweist, die geringer ist als die Außenumgebungstemperatur, so dass der Niederschlag von Feuchtigkeit an dem elektrischen Teil verhindert wird.
Schließlich ist es auch möglich, alternativ oder in Ergänzung zur Temperaturerfassung des Generators bzw. der Umgebungsluft einen (oder mehrere) Feuchtigkeits/Niederschlagssensor vorzusehen, welcher am Generator (oder anderen empfindlichen Teilen) angebracht ist und welcher die sich auf dem Generator niederschlagende Feuchtigkeit/Niederschläge erfasst und wenn dieser Sensor mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist, wird automatisch eine Generatorheizung ausgelöst, wenn der mit dem Sensor gemessene Niederschlag einen bestimmten Wert überschreitet.
Schließlich wird auch vorgeschlagen, weitere verdunstungsunterstützende Mittel vorzusehen, falls häufiger das Problem auftreten könnte, dass sich ein Feuchtigkeitsniederschlag am Generator oder anderen elektrisch empfindlichen Teilen bildet. Zur Unterstützung einer Schnelltrocknung des Generators oder anderer elektrisch empfindlicher Teile kann auch ein wie ein Fön arbeitendens Gebläse vorgesehen werden, welches erwärmte Luft auf die jeweiligen Teile leitet, die zu trocknen sind. So können beispielsweise auch die normalerweise in jeder Windenergieanlage vorgesehenen Gebläse zur Zuführung von Frischluft einer Heizung nachgeordnet sein, so dass die zugeführte Frischluft erwärmt in das Innere der Generatorgondel gelenkt wird und einen Niederschlag von feuchter Luft an elektrisch empfindlichen Teilen, z. B. dem Generator, somit verhindert wird.
Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung schließt auch ein, die sich auf oder am Generator oder anderen elektrischen Teilen der Windenergieanlage bildende Feuchtigkeit (Feuchtigkeitsniederschlag) auf jede erdenklich Weise nur festzustellen. Dies kann auch dadurch geschehen, dass an besonders empfindlichen Bereichen gemessen wird, ob sich dort oberflächlich ein Stromfluss einstellen kann, was nur dann möglich ist, wenn sich ein Feuchtigkeitsniederschlag gebildet hat.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage, gekennzeichnet durch die Schritte: – Erfassen der Temperatur des Generators und der Temperatur der Luft in der Umgebung der Windenergieanlage, – Ermitteln der Temperaturdifferenz, und – Aufheizen des Generators, wenn die Temperatur des Generators unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: – Kurzschließen des Generator-Stators und – Beaufschlagen des Generator-Läufers mit einem vorgebbaren Erregerstrom.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung des Generators für eine vorgegebene Zeit oder so lange erfolgt, bis die Temperatur des Generators die Umgebungstemperatur um ein vorgegebenes Maß überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufheizung des Generators erfolgt, wenn die Temperatur des Generators um einen vorbestimmten Wert unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft oder der Temperatur in der Generatorgondel liegt.
Verfahren zur Steuerung einer Windenergieanlage, gekennzeichnet durch die Schritte: – Messen/Erfassen eines Feuchtigkeitsniederschlags auf Teilen des Generators oder anderen elektrisch empfindlichen Teilen der Windenergieanlage und – Aufheizen des Generators, wenn der Feuchtigkeitsniederschlag über einem vorbestimmten Wert liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Schritte: – Kurzschließen des Generator-Stators und – Beaufschlagen des Generator-Läufers mit einem vorgebbaren Erregerstrom.
Windenergieanlag, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Temperaturaufnehmer vorgesehen sind, von denen der eine die Temperatur des Generators der Windenergieanlage oder anderer Teile der Windenergieanlage erfasst und der andere Temperaturaufnehmer die Temperatur in der Umgebung der Windenergieanlage erfasst, dass ferner eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, die die Temperaturwerte der beiden Temperaturaufnehmer vergleicht und eine Erwärmung des Generators oder anderer Teile der Windenergieanlage erfolgt, wenn eine Temperaturdifferenz in den beiden aufgenommenen Temperaturen festgestellt wurde, wonach die Temperatur des Generators oder andere Teile innerhalb der Windenergieanlage unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft liegt.
Windenergieanlage, nach Anspruch 7, – mit einem elektrischen Generator zum Erzeugen elektrischer Energie, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Kurzschließen des Stators, – eine Steuerung mit wenigstens zwei Temperaturaufnehmern zum Aufnehmen der Temperatur des Generators und der Umgebungsluft, einer Vorrichtung zum Vergleichen der Temperaturen, so dass die Generator-Heizung in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz steuerbar ist.
Windenergieanlage, nach Anspruch 7, – mit einem elektrischen Generator zum Erzeugen elektrischer Energie, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Heizen des Generators oder anderer elektrisch empfindlicher Teile innerhalb der Windenergieanlage, – eine Steuerung mit wenigstens zwei Temperaturaufnehmern zum Aufnehmen der Temperatur des Generators und der Umgebungsluft, einer Vorrichtung zum Vergleichen der Temperaturen, so dass die Generator-Heizung in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz steuerbar ist.
Windenergieanlage, insbesondere zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Messen/Erfassen der Feuchtigkeit und/oder eines Feuchtigkeitsniederschlages, der sich innerhalb einer Windenergieanlage bildet, vorgesehen sind, wobei die Mittel insbesondere die Feuchtigkeit und/oder den Feuchtigkeitsniederschlag an Teilen des Generators der Windenergieanlage oder anderen elektrisch empfindlichen Teilen der Windenergieanlage erfassen und eine Erwärmung des Generators oder anderer Teile der Windenergieanlage erfolgt, wenn der gemessene Feuchtigkeits- und/oder Niederschlagswert einen vorbestimmten Wert überschreitet.