[發明專利]其中基于氣象數據確定結冰風險的風力渦輪機的操作方法和用于執行該方法的風力渦輪機

無效

• 申請號: 201310009030.4
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103195663A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: O·倫施勒;M·施托克
• 申請（專利權）人: 德國恩德能源有限公司
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 劉志強

技術領域

本發明涉及用于操作風力渦輪機的方法，在該風力渦輪機中，檢測表面溫度并且確定風力渦輪機的部件結冰的風險。?

背景技術

風力渦輪機的一些位置、在冰點左右的高濕度和溫度能夠反復地導致風力渦輪機的部件（具體地為轉子葉片）結冰。這樣的結冰能夠損害風力渦輪機的操作，具體來說減小轉子葉片的氣動力效率。除了對應的產量損失之外，能夠產生氣動力的不平衡，這能夠減小部件的壽命。?

因此，風力渦輪機的壽命和效率在發生結冰的位置處能夠通過有效的除冰來增加。具體地，能夠使用主動和被動除冰系統來對轉子葉片除冰。主動除冰系統具體地具有以電氣方式操作加熱單元。這樣的加熱單元例如已由公報WO98/53200A1公開。?

為了能夠以定向的方式使用除冰系統并且在無過多能量消耗的情況下，至關重要的是檢測在冰開始形成時冰的形成或者及時地檢測結冰的風險。為此，公報US2011/0089692A1公開了測量風力渦輪機的附近的溫度、相對濕度和太陽輻射的氣象數據，并且基于氣象數據來確定結冰的可能性。在已知的方法中，還監控風力渦輪機是否實現其預期的性能值。能夠根據性能偏離和確定的結冰風險關閉風力渦輪機。?

用于識別風力渦輪機的轉子葉片上的冰的另一方法在公報DE102005016524A1中公開。在該已知的方法中，除了關于沉淀物和沉淀物的類型之外，還監控溫度和濕度。此外，借助轉子葉片上的應變計，確定轉子葉片之間存在質量不平衡。如果這樣的“葉片質量異常”被觀?測到，并且被監控的氣象數據適宜冰的形成，則輸出轉子葉片存在結冰或者轉子葉片可能結冰的信號。?

公報WO2007/138450A1公開了一種用于識別風力渦輪機的轉子葉片上的結冰風險的方法。在該已知方法中，在轉子葉片的氣動力表面上設置溫度傳感器和雨水傳感器。所述雨水傳感器確定在表面上是否存在水。如果存在水并且溫度低于特定值，則輸出有可能結冰的信號。?

發明內容

基于此本發明的目的在于提供一種用于操作風力渦輪機的方法，借助該方法能夠簡單且確切地確定結冰的風險。?

該目的通過用于操作具有在權利要求1中所述的步驟的風力渦輪機的方法來實現。該方法的有利實施例在隨后的從屬權利要求來提供。?

該方法包括下列步驟：?

檢測風力渦輪機的部件的表面溫度，以及?

確定風力渦輪機的部件的結冰風險，其中，?

確定環境空氣的霜點溫度或者露點溫度，以及?

在確定結冰的風險期間，計算表面溫度和霜點溫度或露點溫度之間的差。?

能夠利用直接布置在表面上的溫度傳感器進行表面溫度的檢測。該溫度傳感器能夠與所述表面熱接觸。所述表面和溫度傳感器之間的小距離還可以長至使得由溫度傳感器檢測到的溫度基本上對應于局部表面溫度。所述表面能夠是氣動力表面。風力渦輪機的部件例如能夠是轉子葉片。?

溫度傳感器優選地設置在部件的表面的特別易于結冰的區域中。在轉子葉片的情況下，這例如能夠是輪廓鼻邊緣或者轉子葉片的吸氣側的一部分。本發明基于以下理念：部件的表面溫度能夠小于環境空氣的溫度。該效果具體地體現在轉子葉片的表面上。?

結冰的風險是用于是否能夠預想到風力渦輪機的部件結冰的措?施。結冰的風險能夠為簡單的是/否的信息或者對應于結果的可能性的量化值。在后一情況下，如果確定了結冰的風險，在超過了特定的可能值時，則能夠采取例如打開加熱器的措施。?

結冰的風險始終與風力渦輪機的其表面溫度被檢測的部件相關。應理解，多個溫度傳感器還能夠設置在風力渦輪機的一個或多個部件的一個表面或多個表面的不同部分上。在該情況下，能夠在表面溫度被檢測到的每個位置處確定結冰的風險。?

此外，在本發明中，環境空氣的霜點溫度或露點溫度被確定。這些溫度是用于當環境空氣的相對濕度呈現100%（即水蒸汽達到飽和）時的值。當環境空氣冷卻至低于霜點溫度或露點溫度時，出現水分的沉降。例示地示出這些關聯：在20℃的溫度下，每立方米的空氣能夠保持近似9.4g的水。如果在特定的天氣條件下，在該溫度下，每立方米的空氣僅包含4.7g的水，則因此相對濕度近似為50%。如果該空氣冷卻至近似-0.5℃的溫度，則相對濕度達到其100%的最大值，這是因為在該溫度下每立方米的空氣于是僅能夠保持近似4.7g的水。?

為此，在小于近似-0.5℃的溫度下，存在水分的沉降。?

其中在與溫度無關的情況下能夠區分兩種不同的過程：在溫度高于水的冰點時，出現呈水滴形式的沉降。該過程被稱為凝結。表征凝結點的相關溫度被稱為露點溫度。?