-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Hydrauliksystem.
-
Eine Windenergieanlage besitzt eine Vielzahl an Hilfssystemen, die hydraulisch mit Energie versorgt und/oder hydraulisch gesteuert werden können. Einige Beispiele für derartige Hilfssysteme sind:
Azimutbremse, Azimutantriebssystem, Pitch-Antriebssystem, Not-/Haltebremse im Triebstrang, Rotorarretierung, Öffnungsmechanismus für ein Kabinendach und ein oder mehrere Antriebe für Lüftermotoren.
-
Üblicherweise besitzt das Hilfssystem eine sogenannte Versorgungseinheit, die neben der Energieversorgungseinheit einen Steuerblock besitzt. Der Steuerblock ist mit Ventilen und Sensoren ausgestattet, über die die hydraulischen Verbraucher angesteuert und versorgt werden. Die hydraulische Energie wird von einer Versorgungseinheit bereitgestellt, in der eine elektrisch betriebene Pumpe aus einem Tank mit Hydraulikflüssigkeit den Verbraucher speist. Über eine Tankleitung wird von dem Verbraucher die Hydraulikflüssigkeit bevorzugt über einen Filter zurückgeführt.
-
Bei der herkömmlichen Verwendung in Windenergieanlagen sind Versorgungseinheit und Steuerblock für den Verbraucher zu einem gemeinsamen Hydraulikaggregat zusammengefaßt. Dieses Hydraulikaggregat ist dann zentral oder dezentral in der Windenergieanlage angeordnet. Bei einer zentralen Anordnung, auch als zentrale Hydraulik bezeichnet, werden alle Hilfssysteme, die hydraulisch betrieben werden, zentral versorgt und über einen oder mehrere zentrale Steuerblöcke angesteuert. In einer zweiten möglichen Ausgestaltung sind Hydraulikaggregate mit den entsprechenden Steuerblöcken jeweils für die einzelnen Verbraucher vorgesehen und über Leitungen mit den Verbrauchern verbunden.
-
Bei der zentralen Anordnung werden alle hydraulisch betriebenen Hilfssysteme über eine Druckleitung von einem zentralen Hydraulikaggregat versorgt. Für den sicheren Betrieb ist in der Regel auch eine, bevorzugt drucklos arbeitende, Tankleitung vorgesehen, über die Hydraulikflüssigkeit in den Tank zurückgeführt wird. Von dem zentralen Hydraulikaggregat verlaufen daher zu jedem Hilfssystem mindestens zwei Leitungen. Besteht ein Hilfssystem aus mehreren unabhängig anzusteuernden Komponenten, erhöht sich die Anzahl der Leitungen entsprechend, wobei durchaus mehrere Druckleitungen zu den Verbrauchern hinführen können und die Rückführung über eine gemeinsame Tankleitung erfolgen kann. Bei der Zentralhydraulik ist ferner zu beachten, daß das Hydraulikaggregat in seiner Leistung so hoch ausgelegt ist, daß alle betriebenen Hilfssysteme sicher, d. h. ohne unzulässigen Druckabfall im Hydrauliksystem, mit Energie versorgt werden können.
-
Bei der dezentralen Anordnung besitzt jedes Hilfssystem ein eigenes Hydraulikaggregat mit einer eigenen Versorgungseinheit und einen eigenen Steuerblock, was eine Vielzahl von elektrischen Versorgungsleitungen zu den einzelnen Pumpen erforderlich macht.
-
Aus
DE 31 10 263 C2 ist ein Hydrauliksystem für eine Pitch-Steuerung bekannt, bei der für jedes Rotorblatt zwei hydraulisch betätigte Aktuatoren vorgesehen sind, die jeweils über einen Steuerblock versorgt werden. Jeder der Steuerblöcke ist über eine Druckleitung mit einer zentralen Versorgungseinheit verbunden. Einer der Steuerblöcke ist über eine Tankleitung mit der zentralen Versorgungseinheit verbunden, während der andere Steuerblock über eine Tankleitung mit dem Steuerblock verbunden ist, der wiederum direkt mit der zentralen Versorgungseinheit in Verbindung steht.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Windenergieanlage mit einem Hydrauliksystem bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln eine Ansteuerung der Verbraucher zuläßt.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Windenergieanlage mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die erfindungsgemäße Windenergieanlage ist mit einem Hydrauliksystem ausgestattet, das mehrere unabhängig voneinander betätigbare Verbraucher besitzt. Der Verbraucher ist das Element in dem hydraulischen System, das Arbeit verrichtet.
-
Das hydraulische System weist eine zentrale Versorgungseinheit auf, die mit einem Tank für die Hydraulikflüssigkeit, einer elektrisch betriebenen Pumpe und vorzugsweise mit einem Filtersystem sowie mindestens einem Sicherheitsventil und bei Bedarf einem Druckspeicher versehen ist. Ferner sind mehrere Verbraucher vorgesehen, die jeweils mit einem Steuerblock ausgestattet sind, der über mindestens eine Druckleitung und mindestens eine Tankleitung mit wenigstens einem der übrigen Verbraucher verbunden ist. Im Hinblick auf die bekannte dezentrale Ausgestaltung des Hydrauliksystems wird erfindungsgemäß eine zentrale Versorgungseinheit vorgesehen. Hierdurch wird eine Vielzahl an elektrischen Versorgungsleitungen, beispielsweise für die Pumpen, eingespart. Zugleich bietet die erfindungsgemäße Lösung die Vorteile einer dezentralen Hydraulik, bei der für jeden Verbraucher ein Steuerblock vorgesehen ist. Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem schafft somit die Möglichkeit, über eine zentrale Versorgungseinheit lokale Steuerblöcke direkt an den Verbrauchern vorzusehen. Es erfolgt also eine zentrale Energieversorgung, verbunden mit einer lokalen Steuerung der Verbraucher.
-
Bevorzugt ist jeder Steuerblock mit Aktuatoren ausgestattet, die zur Betätigung der Verbraucher Steuerventile des Steuerblocks stellen. Über Steuerventile werden die entsprechenden Drücke der Hydraulikflüssigkeit für die Verbraucher eingestellt und/oder die erforderlichen Volumenströme gesteuert oder geregelt.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind Verbraucher und zugehöriger Steuerblock direkt miteinander verbunden, so daß zusätzliche Leitungen zwischen Steuerblock und Verbraucher vermieden werden.
-
Im Hinblick auf die Topologie des Netzwerks sind verschiedene Ansätze möglich. In einer möglichen Ausgestaltung sind mehrere Verbraucher sternförmig über Druckleitungen und Tankleitungen mit der Versorgungseinheit verbunden. In einer alternativen Topologie sind mehrere Verbraucher ringförmig miteinander verbunden, wobei der Steuerblock von mindestens einem Verbraucher ein Paar von Anschlüssen für Druckleitung und Tankleitung besitzt. Der oder die Steuerblöcke mit den zusätzlichen Anschlüssen sind dabei so aufgebaut, daß die aus der Versorgungseinheit stammende Hydraulikflüssigkeit an die weiteren Steuerblöcke weitergeleitet wird.
-
In einer weiteren Topologie sind mehrere Verbraucher des Hydrauliksystems mit der Versorgungseinheit jeweils über Stichleitungen mit einer oder mehreren Hauptdruckleitungen und/oder einer Haupttankleitung verbunden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einigen Beispielen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 ein erfindungsgemäßes Hydrauliksystem mit einer Ringtopologie,
-
2 ein erfindungsgemäßes Hydrauliksystem mit Haupt- und Stichleitungen,
-
3 ein erfindungsgemäßes Hydrauliksystem mit einer sternförmigen Topologie,
-
4 ein dezentrales Hydrauliksystem aus dem Stand der Technik,
-
5 ein zentrales Hydrauliksystem aus dem Stand der Technik und
-
6 den Aufbau einer Versorgungseinheit in einer schematischen Ansicht.
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Hydrauliksystem für eine Windenergieanlage. Das Hydrauliksystem besitzt drei Verbraucher 10, 12, 14, bei denen es sich um ein sogenanntes hydraulisches Hilfssystem handeln kann. Als solche Hilfssysteme können eine Azimutbremse, ein Azimutantriebssystem, ein Pitch-Antriebssystem, eine Not-/Haltebremse im Triebstrang, eine Haltebremse im Triebstrang, eine Rotorarretierung, ein Öffnungsmechanismus beispielsweise für das Kabinendach und/oder eine Kabinenluke und ein oder mehrere Antriebe für Lüftermotoren sein. Die einzelnen Verbraucher sind jeweils mit einem separaten Steuerblock 16, 18, 20 versehen. Der Steuerblock besitzt Steuerventile (nicht dargestellt), über die der Fluß an Hydraulikflüssigkeit zu den Verbrauchern eingestellt werden kann. Die Ansteuerung der Steuerblöcke 16 bis 20 ist zur besseren Übersicht nicht dargestellt. Grundsätzlich ist es möglich, daß die Steuerblöcke hydraulisch angesteuert oder elektrisch angesteuert werden. Versorgt werden die einzelnen Verbraucher über eine Versorgungseinheit 22, die einen Vorratstank für Hydraulikflüssigkeit besitzt und über eine elektrisch betriebene Pumpe die Hydraulikflüssigkeit unter Druck in eine Druckleitung 24 abgibt. Die nicht mehr unter Druck stehende oder unter einem geringeren Druck stehende Hydraulikflüssigkeit wird über eine Tankleitung 26 in die Versorgungseinheit 22 zurückgeführt.
-
Bei der dargestellten Ringtopologie der Leitungen verzweigen sowohl die Druckleitung 24 als auch die Tankleitung 26 vor bzw. hinter den Steuerblöcken 16 und 20. Die Steuerblöcke 16 und 20 sind bevorzugt so ausgelegt, daß die Hydraulikflüssigkeit an die weiter innen im Ring liegenden Verbraucher durchgeleitet wird. In dem dargestellten Beispiel mit drei Verbrauchern ist dies der Steuerblock 18 mit dem Verbraucher 12. Besonderer Vorteil dieser Topologie ist, daß – falls eine der Verbindungsleitungen zwischen den Verbrauchern 10 und 12 oder den Verbrauchern 12 und 14 nicht verfügbar ist – beispielsweise weil sie sich zugesetzt hat, eine Versorgung über die entsprechende andere Leitung erfolgen kann.
-
2 zeigt eine Topologie für das Hydrauliknetzwerk, mit einer Druckleitung 28 und einer Tankleitung 30, die mit einer zentralen Versorgungseinheit 32 verbunden sind. Von den Hauptleitungen 28 und 30 gehen Stichleitungen 33, 34, 36, 38 ab, die zu den Steuerblöcken 40, 42 einzelner Verbraucher führen. In dem dargestellten Beispiel aus 2 münden die Hauptleitungen 28 und 30 in einem Steuerblock 44 eines Verbrauchers. Ein besonderer Vorteil der in 2 dargestellten Topologie besteht darin, daß die Hauptleitungen 28 und 30 in der Gondel der Windenergieanlage verlegt werden können und bedarfsweise über Stichleitungen einzelne Verbraucher mit den Hauptleitungen verbunden werden können.
-
3 zeigt eine sternförmige Topologie, bei der von einer Versorgungseinheit 46 ausgehend die Steuerblöcke 48 bis 52 der einzelnen Verbraucher über je eine eigene Tank- und Druckleitung versorgt werden.
-
Die vorgestellten drei Netzwerktopologien können bei größeren Hydrauliksystemen auch miteinander kombiniert werden.
-
4 zeigt zur Erläuterung den aus dem Stand der Technik bekannten dezentralen Ansatz für ein Hydrauliksystem bei einer Windenergieanlage. Hierbei ist zu jedem Verbraucher 54, 56 ein Steuerblock 58, 60 vorgesehen, der jeweils über Versorgungseinheiten 62 und 64 versorgt wird. Besonders hierbei ist ach, daß Tank- und Druckleitungen 66 bis 72 jeweils zwischen Steuerblock und Verbraucher angeordnet sind, so daß der Steuerblock direkt mit der Versorgungseinheit verbunden ist.
-
5 zeigt einen alternativen Ansatz, der ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist, bei dem eine zentrale Versorgungseinheit 74 mit einem zentralen Steuerblock 76 vorgesehen ist. Ausgehend von dem zentralen Steuerblock 76 werden die einzelnen Verbraucher über Druck- und Tankleitungen 78, 80, 82, 84 versorgt.
-
6 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Versorgungseinheit im Querschnitt, bei der ein elektrisch angetriebener Motor 86 eine Pumpe 88 betätigt, die eine Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Öl fördert. Das nicht mehr unter Druck stehende Hydrauliköl wird über die Tankleitung 92 in den Tank 94 zurückgeführt, von wo aus sie erneut über die Pumpe 88 gefördert wird. Ein Filtersystem, bestehend aus einem Druckfilter 95 und/oder einem Rücklauffilter 96, kann optional vorgesehen werden. In einem in die Versorgungseinheit integrierten Systemblock 91, der innerhalb des Tanks angebracht ist, sind Sicherheitsventile vorgesehen und können Druckspeicher angeschlossen sein. Der Systemblock 91 kann auch außerhalb des Tanks angebracht sein.
-
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Hydrauliksystems reduziert sich der Aufwand für Pumpen, Antriebsmotoren, Sicherheitsventile, Speicher, Filter deutlich gegenüber dem dezentralen Hydraulikansatz. Bei sicherheitsrelevanten Systemen kann der Steuerblock einen eigenen Druckspeicher, beispielsweise einen Blasenspeicher, Membranspeicher oder dergleichen enthalten, um bei Systemdruckabfall den angeschlossenen Verbraucher sicher betreiben zu können. Die Versorgungseinheit 22, 32, 46 kann mit einer zweiten Pumpe ausgerüstet sein, damit die notwendige Redundanz bei einem Ausfall des Systems sichergestellt ist. Bei fehlender Netzspannung oder im Betrieb kann durch eine mit Gleichstrom betriebene über Batterie gepufferte Pumpe zusätzlich sichergestellt werden, daß der Systemdruck in dem Hydrauliksystem aufrecht erhalten wird. Eventuelle Leckverluste lassen sich beispielsweise mit einer batteriegespeisten Pumpe (nicht dargestellt) ausreichend kompensieren. Die Pumpe ist in der zentralen Versorgungseinheit vorgesehen und kann für eine geringe Pumpleistung ausgelegt sein, so daß bei Ausfall des elektrischen Netzes oder wenn noch kein elektrisches Netz vorhanden ist, der hydraulische Systemdruck vorliegt.