DE102011103311A1 - Wind energy plant with closed cooling circuit - Google Patents
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Abstract
Windenergieanlage (10) mit einer einen Innenraum aufweisenden Gondel (20, 30, 40), einer Mehrzahl von im Innenraum der Gondel (20, 30, 40) angeordneten mechanischen und elektrischen Komponenten, einschließlich einem Generator, einem außerhalb der Gondel (20, 30, 40) angeordneten Luft/Luft-Wärmetauscher (100), wobei der Luft/Luft-Wärmetauscher (100) unter Ausbildung eines geschlossenen Kühlkreislaufs über eine dem Luft/Luft-Wärmetauscher (100) erwärmte Luft aus dem Innenraum der Gondel zuführenden erste Leitung (120) und einen dem Innenraum der Gondel (20, 30, 40) gekühlte Luft zuführende zweite Leitung (110) mit dem Innenraum der Gondel (20, 30, 40) kommunizierend verbunden ist, wobei der Generator einen eine Luftzirkulation im geschlossenen Kühlkreislauf erzeugenden Eigenlüfter aufweist.Wind power plant (10) with a nacelle (20, 30, 40) having an interior space, a plurality of mechanical and electrical components arranged in the interior of the nacelle (20, 30, 40), including a generator, one outside the nacelle (20, 30) , 40) arranged air / air heat exchanger (100), the air / air heat exchanger (100) forming a closed cooling circuit via an air / air heat exchanger (100) heated air from the interior of the nacelle ( 120) and a second line (110) supplying cooled air to the interior of the nacelle (20, 30, 40) is connected in a communicating manner with the interior of the nacelle (20, 30, 40), the generator having an internal fan that generates air circulation in the closed cooling circuit having.
Description
Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem geschlossenen Kühlkreislauf zur Kühlung der in der Gondel angeordneten mechanischen und elektrischen Komponenten.The invention relates to a wind energy plant with a closed cooling circuit for cooling the arranged in the nacelle mechanical and electrical components.
Grundsätzlich besteht bei Windenergieanlagen das Bedürfnis die bei den mechanischen und elektrischen Komponenten, z. B. Getriebe, Hydraulik, Nachführmotoren, Generator, Umrichter etc., auftretende Verlustwärme möglichst einfach und effektiv nach außerhalb der Windenergieanlage abzuführen. Dieses kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein kontinuierlicher Luftstrom durch die Anlage an den Verlustwärme abgebenden Komponenten vorbei geführt wird, wobei dem Innenraum der Windenergieanlage von Außen Frischluft zugeführt und die an den elektrischen und mechanischen Komponenten erwärmte Luft wieder als Abluft nach außerhalb der Windenergieanlage abgegeben wird. Eine derartige Lösung ist beispielsweise aus der
Allerdings ist es insbesondere bei Windenergieanlagen an Standorten mit hoher Feuchtigkeit oder hoher Staubbelastung, z. B. Offshore oder in Wüsten, unerwünscht, die Umgebungsluft durch die Windenergieanlage zu führen und in Kontakt mit den korrosionsanfälligen Komponenten zu bringen.However, it is particularly in wind turbines in locations with high humidity or high dust levels, eg. As offshore or in deserts, undesirable to lead the ambient air through the wind turbine and bring in contact with the corrosion-prone components.
Daher wurde bereits mit der
Allerdings ist diese Ausbildung in ihrer Konstruktion relativ aufwändig und nimmt in ihrer Gesamtheit einen recht großen Raum in der Windenergieanlage ein. Nachteilig ist vor allem auch, dass sich an der Turmwandung Kondenswasser niederschlagen und dort zur Korrosion führen kann.However, this design is relatively complex in construction and takes in its entirety a fairly large space in the wind turbine. A particular disadvantage is that condensate water can precipitate on the tower wall and cause corrosion there.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Windenergieanlage mit einem geschlossenen Kühlkreislauf bereitzustellen, der mit einfachen Mitteln zu bewerkstelligen, platzsparend einzurichten und schließlich auch störunanfällig bzw. einfach zu warten ist.The object of the invention is to provide a wind turbine with a closed cooling circuit to accomplish by simple means to set up space-saving and finally is susceptible to interference or easy to maintain.
Diese Aufgabe wird durch die Windenergieanlage mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.This object is achieved by the wind energy plant with the features of claim 1. The subclaims reflect advantageous embodiments of the invention.
Grundgedanke der Erfindung ist es, die Gondel einer Windenergieanlage gegen Umwelteinflüsse, insbesondere Aerosole abzudichten, sodass ein vollständig gegenüber der Außenluft geschlossener Raum entsteht. Die sich im Innenraum der Gondel erwärmende Luft wird als Abluft an einen außerhalb der Gondel angeordneten Luft/Luft-Wärmetauscher geführt, dort abgekühlt und dem Innenraum der Gondel als gekühlte Abluft wieder zugeführt. Es handelt sich also um einen geschlossenen Kreislauf, bei dem keine Erneuerung der Luft, sondern nur eine Temperierung der im Kreislauf zirkulierenden Luftmenge erfolgt.The basic idea of the invention is to seal the nacelle of a wind energy installation against environmental influences, in particular aerosols, so that a space completely closed with respect to the outside air is created. The warming in the interior of the nacelle air is passed as exhaust air to an outside of the nacelle air / air heat exchanger, where it is cooled and fed back to the interior of the nacelle as cooled exhaust air. It is therefore a closed circuit, in which no renewal of the air, but only a temperature of circulating circulating air quantity takes place.
Der Luft/Luft-Wärmetauscher ist bevorzugt seitlich oder oberhalb der Gondel angeordnet und erstreckt sich in Längsrichtung der Gondel, sodass der die Windenergieanlage anströmende Wind durch die gesamte Länge des Wärmetauschers geführt wird und so zu einer sehr effektiven Kühlung der Abluft beiträgt. Besonders bevorzugt sind zwei sich zu beiden Seiten der Gondel symmetrisch angeordnete Luft/Luft-Wärmetauscher vorgesehen.The air / air heat exchanger is preferably arranged laterally or above the nacelle and extends in the longitudinal direction of the nacelle, so that the wind flowing to the wind turbine is guided through the entire length of the heat exchanger and thus contributes to a very effective cooling of the exhaust air. Particularly preferably, two air / air heat exchangers arranged symmetrically on both sides of the nacelle are provided.
Der Wärmetauscher ist im einfachsten. Fall so ausgebildet, dass ein erster Kanal vorgesehen ist, der zum Zuführen von Frischluft in den Wärmetauscher und Abführen von Fortluft aus dem Wärmetauscher eingerichtet ist. Dieses kann beispielsweise ein einfaches offenes Rohr sein, auf dessen einen Seite Frischluft einströmt, die die von der Abluft aus der Gondel abgegebene Wärme aufnimmt und den Wärmetauscher auf dessen anderer Seite mit einer höheren Temperatur als Fortluft verlässt. Dabei wird die Abluft in einem zweiten Kanal geführt, wobei die Wärme der Abluft im Wärmetauscher auf die Frischluft übertragen und als gekühlte Abluft der Gondel wieder zugeführt wird.The heat exchanger is the simplest. Case designed so that a first channel is provided which is adapted for supplying fresh air into the heat exchanger and exhaust air discharged from the heat exchanger. This may be, for example, a simple open tube, on one side of which fresh air flows, which absorbs the heat emitted by the exhaust air from the nacelle and leaves the heat exchanger on the other side at a higher temperature than exhaust air. The exhaust air is guided in a second channel, wherein the heat of the exhaust air is transferred in the heat exchanger to the fresh air and fed back as cooled exhaust air of the gondola.
Dabei kann auch eine Mehrzahl von Rohren, wie bei einem Röhrenwärmetauscher bekannt, verwendet werden. Alternativ kann auch ein Plattenwärmetauscher, insbesondere zwei in Serie angeordnete Kreuzstromplattenwärmetauscher verwendet werden.In this case, a plurality of tubes, as known in a tubular heat exchanger, can be used. Alternatively, a plate heat exchanger, in particular two series cross-flow plate heat exchangers can be used.
Der Luftstrom „Frischluft → Fortluft” im ersten Kanal und der Luftstrom „Abluft → gekühlte Abluft” im zweiten Kanal können dabei im Gleichstrom oder im Gegenstrom geführt sein. Der Luftstrom im ersten Kanal erfolgt passiv, d. h. durch den anströmenden Wind allein. Alternativ kann jedoch auch im ersten Kanal ein Ventilator vorgesehen sein, sodass die Kühlung der Abluft mittels Frischluft unabhängig von der Bauweise der Windenergieanlage als Luv- oder Lee-Läufer und der Anströmrichtung des Windes erfolgen kann.The air flow "fresh air → exhaust air" in the first channel and the air flow "exhaust air → cooled exhaust air" in the second channel can be performed in cocurrent or in countercurrent. The air flow in the first channel is passive, d. H. alone by the oncoming wind. Alternatively, however, a fan may be provided in the first channel, so that the cooling of the exhaust air can be done by means of fresh air regardless of the design of the wind turbine as a windward or leeward runner and the direction of flow of the wind.
Unabhängig von dem Vorhandensein eines Lüfters im ersten Kanal kann auch ein Ventilator im zweiten Kanal vorgesehen sein, der die Geschwindigkeit und/oder Richtung des Luftstroms „Abluft → gekühlte Abluft” reguliert.Regardless of the presence of a fan in the first channel and a fan in the second channel may be provided, which regulates the speed and / or direction of the air flow "exhaust air → cooled exhaust air".
Die Ventilatoren können alternativ oder zusätzlich auch in den Leitungen vorgesehen sein, die den Wärmetauscher mit dem Innenraum der Gondel verbinden. The fans may alternatively or additionally also be provided in the lines which connect the heat exchanger to the interior of the nacelle.
Weiterhin ist speziell eine Steuerung vorgesehen, die die Geschwindigkeit und Richtung wenigstens eines der genannten Ventilatoren drehzahlgesteuert regelt, sodass es auch möglich ist, den Wärmetauscher im Gleichstrom oder im Gegenstrom zu betreiben. Der Betrieb des Wärmetauschers im Gleichstrom oder im Gegenstrom richtet sich vor allem nach der Temperatur der Abluft, einer zu erreichenden vorbestimmten Temperatur innerhalb der Gondel und/oder der Außentemperatur der die Windenergieanlage umgebenden Außenluft.Furthermore, a control is provided in particular, which controls the speed and direction of at least one of said fans speed-controlled, so that it is also possible to operate the heat exchanger in cocurrent or in countercurrent. The operation of the heat exchanger in cocurrent or countercurrent depends primarily on the temperature of the exhaust air to reach a predetermined temperature within the nacelle and / or the outside temperature of the wind turbine surrounding outside air.
Bevorzugt sind im ersten Kanal und/oder im zweiten Kanal bzw. den mit dem Wärmetauscher verbundenen Leitungen Filter zum Abscheiden von Aerosolen angeordnet, die einerseits die Lebensdauer des Wärmetauschers verlängern, wie aber auch sicherstellen sollen, dass Partikel in der Abluft, z. B. durch Abrieb von in der Gondel angeordneten Komponenten entstanden, nicht im geschlossenen Kreislauf zirkulieren und sich an für die Elektrik oder die Mechanik der Anlage kritischen Orten absetzen.Preferably filters are arranged in the first channel and / or in the second channel or connected to the heat exchanger lines for separating aerosols, on the one hand extend the life of the heat exchanger, but also to ensure that particles in the exhaust air, z. B. caused by attrition of arranged in the nacelle components, not circulate in a closed circuit and settle on critical for the electrical system or the mechanics of the plant places.
Da der Wärmetauscher vollständig außerhalb der Gondel angeordnet ist, bedarf es nur zweier einfach zu dichtender Anschlüsse des zweiten Kanals an die Gondel. Damit kann bei eventuellen Schäden des Wärmetauschers eine Reparatur der Windenergieanlage durch einfachen Austausch des defekten gegen einen funktionsfähigen Wärmetauscher erfolgen.Since the heat exchanger is located completely outside the nacelle, it requires only two easily sealed connections of the second channel to the nacelle. This can be done in case of damage to the heat exchanger repair the wind turbine by simply replacing the defective against a functional heat exchanger.
Der außerhalb der Gondel angebrachte Wärmetauscher kann bei Installation entsprechender weiterer Leitungen weiterhin dazu verwendet werden, Hydraulik- und/oder Getriebeöl zu kühlen.The mounted outside of the nacelle heat exchanger can continue to be used in the installation of appropriate additional lines to cool hydraulic and / or transmission oil.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten, besonders vorteilhaft ausgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawings, particularly advantageous trained. Show it:
Für das erste Ausführungsbeispiel kommt es nicht zwingend auf die Verwendung eines Zweiblattrotors an, sodass die Erfindung auch bei Ausgestaltung der Windenergieanlage
Im Folgenden werden der Kopfträger
Der Innenraum der Gondel, also der wenigstens vom Kopfträger
Wie
Die Wärmetauscher
Insbesondere ist vorgesehen, dass die erste Leitung
Zusätzlich weist der Eigenlüfter speziell zu diesem Zweck eingerichtete Schaufeln auf, die einen effizienten Luftstrom in die Leitungen
Die zweite Leitung
Ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in
In diesem Fall ist jedoch die Verwendung eines Zweiblattrotors essentiell, um den Rotor in einer horizontalen Parkstellung fixieren und die ungehinderte Landung eines Helikopters auf der auf der Windenergieanlage
Die Wärmetauscher
Die Verbindung des Innenraums der Gondel mit dem Wärmetauscher
Die Anschlüsse
Alternativ können bei der Ausbildung der Windenergieanlage
Während
Schließlich zeigt
Der Wärmetauscher
Insbesondere wird der Luftstrom bevorzugt von der einen langen Seite des Wärmetauschers
Im Wärmetauscher
Darüber hinaus können weitere Ventilatoren in dem im Wärmetauscher
Die Erfindung ermöglicht einen einfachen, insbesondere einfach zu installierenden und zu wartenden Aufbau einer Windenergieanlage mit einem geschlossenen Kühlkreislauf, wobei die Wärmetauscher vollständig vorab zusammengebaut und getestet werden können. Zur Wartung bedarf es bei sehr guter Zugänglichkeit der Komponenten im Wesentlichen nur eines Austauschs des gesamten Wärmetauschers, sodass längere Stillstandzeiten der Windenergieanlage vermieden werden können.The invention enables a simple, in particular easy to install and to maintain construction of a wind turbine with a closed cooling circuit, the heat exchanger can be completely pre-assembled and tested. Maintenance requires very good accessibility of the components essentially only an exchange of the entire heat exchanger, so longer downtime of the wind turbine can be avoided.
Da der Eigenlüfter des Generators als Antrieb für den Luftstrom im geschlossenen Kühlkreislauf dient, erfolgt die Kühlung direkt von der Leistung der Windenergieanlage abhängig.Since the self-ventilator of the generator serves as a drive for the air flow in the closed cooling circuit, the cooling is directly dependent on the power of the wind turbine.
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| R016 | Response to examination communication | ||
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Representative=s name: LOBEMEIER, MARTIN LANDOLF, DR., DE |
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| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |