用于借助于風能設施饋送電能的方法與流程
本發明涉及一種用于借助于風能設施將電能饋送到供電網中的方法，所述供電網也能夠是限制于局部的島嶼電網。此外，本發明涉及一種用于執行這種方法的風能設施，并且本發明涉及一種由多個風能設施構成的風電廠。
背景技術：
風能設施是已知的，并且所述風能設施通常用于：從風產生電能，并且饋送到供電網中。這種方法或用于此的風能設施中的問題能夠是不利的環境條件。環境條件例如是占優的風。風能設施原則上能夠通過其控制裝置來匹配于相應的風條件，并且風能設施此外通常針對特定的風等級設計，即例如針對弱風地點或強風地點設計。如果風例外地非常強，使得所述風能夠危害風能設施，必須采取用于保護風能設施的措施。這種風暴考慮的實例在歐洲專利EP 0 847 496中描述。那里已經提出，在直至強風的情況下隨著風繼續增大而減弱風能實施的運行。
也已知下述方法，所述方法關注于轉子葉片上的積冰，并且例如提出加熱轉子葉片以除冰，如例如文獻EP 0 842 360提出。
但是，當尤其出現潮濕或干燥的條件或者尤其出現特別熱或特別冷的條件時，能夠出現完全不同的問題。通常適當的是，針對該具體地點設計風能設施。因此，風能設施制造商ENERCON例如在南極洲提供如下風能設施，所述風能設施與例如西班牙的風能設施相比經受完全不同的條件。非常低的溫度能夠影響風能設施的完全不同的特性。例如，對于風能設施，由于較高密度的空氣，能夠出現較高的負荷。這尤其在轉子葉片上可察覺到，并且能夠由此間接地或也直接地在塔上感覺到。鑄造材料的更高的缺口沖擊韌性也能夠是尤其低的溫度的結果。低溫也影響潤滑劑的粘性，所述潤滑劑由此尤其變得粘稠，這影響潤滑能力，可能在極端情況下甚至阻礙潤滑能力。纖維復合材料能夠受低溫影響并且例如變脆。
針對非常低的溫度設計的專用材料能夠是非常成本耗費的，并且通常也能夠引起非常個體化的解決方案，對于所述解決方案由此通常不存在或僅存在少量的經驗值。此外，雖然存在冷的和熱的地點，但一個地點處的溫度不始終同樣冷或同樣熱。已知地，存在具有非常高的溫度波動的地點，尤其大陸地點。所述溫度波動能夠不僅在年中分布地出現，而且也在天中分布地出現，或者在日夜交替時可明顯察覺到。
德國專利商標局已經在本申請的優先權申請中檢索到下述現有技術：DE 10 2011 003 974A1，US 2013/0101413A1和EP 2 535 567A2。
技術實現要素：
因此，本發明基于下述目的，解決上述問題中的至少一個。尤其，應提出下述解決方案，所述解決方案也適合于非常低的溫度，尤其在非常低的溫度下，避免對風能設施的損害。至少應相對于已知的解決方案實現一個替選的解決方案。
根據本發明，提出一種根據權利要求1的方法。所述方法針對一種風能設施，所述風能設施借助用于將電能饋送到供電網中的方法運行。風能設施具有空氣動力學的轉子和發電機，所述發電機從具有變化的風速的風產生電功率。將所述電功率盡可能地饋送到供電網中。當然，適當的是，所述功率的一部分用于風能設施的電裝置，即從產生的功率中分出一部分用于自身消耗。在下文中再描述的極端情況下，能夠適當的是，不將產生的電功率饋送到網中，并且將產生的功率完全用于自身需要。
現在提出，產生的電功率、即產生的電有功功率P根據環境溫度來設定。產生的電功率在第一部位上、至少在靜止的或近似靜止的運行中朝向風定向，所述風原則上確定最大功率。但是產生的功率從此時開始能夠減小。尤其，這種減小現在與溫度、即尤其與特別作為外部溫度的、即在風能設施之外檢測的環境溫度相關地來設定。優選地，從達到第一極限溫度開始，隨著溫度繼續降低，產生的電功率減小。該減小優選能夠隨著溫度繼續降低而線性減小。因此，在溫度功率圖標中對于所述部段得到直線。
在此，已知的是，也在非常冷的地點，而該地點不必始終非常冷，能夠運行風能設施，所述風能設施至少在多個元素中能夠對應于不針對特別冷的區域設計的風能設施。至少，提出的用于運行風能設施的方法能夠減小非常特定地在設備方面將風能設施匹配于非常冷的地點的必要性。當然，雖然使用提出的方法，也能夠執行溫度特定的匹配，尤其使用專用材料。優選，針對這種極端低的溫度設計、測試并且盡可能也仍鑒定特殊的纖維復合材料，借此設施運營者具有關于其設施的所述部件的安全性。
但是，已知的是，通過減小產生的功率，減小風能設施的負荷，由此風能設施的承受寒冷的構件由此至少更少地負荷。略微簡化地表達，產生的功率的減小在溫度尤其低的情況下考慮相應的構件的減弱的耐久性、減弱的耐抗性或類似的溫度作用。
此外或替選地提出，只要存在具有可變轉速的轉子，根據環境溫度設定轉速。在此，尤其也提出，從第一極限溫度起，轉速隨著溫度繼續降低而減小。在此，也作為一個實施方式提出，隨著溫度繼續降低，提出線性的減小。用于功率減小的第一極限溫度和轉速減小的第一極限溫度能夠是相同的極限或者具有相同的值，使得因此尤其從第一極限溫度起，轉速和功率能夠同時減小。但是，也提出下述實施方式，其中用于功率減小的第一極限溫度一方和用于轉速減小的第一極限溫度另一方是不同的。
尤其，在尤其低的溫度下的轉速的減小和尤其在溫度繼續下降時的繼續減小考慮潤滑的效果。如果溫度下降到非常低的值，那么潤滑劑變得尤其粘稠，即具有更高的粘性，于是能夠不再如之前那樣良好地潤滑。為了不一定必須同時停住設施，而識別到，減小轉速能夠足以考慮改變的粘性。
這種減小的轉速尤其也能夠通過下述方式實現：轉子葉片部分地由于風轉動。由此，負荷也改變，風將所述負荷作用于葉片。所述風負荷能夠剛好在低溫下由于空氣的較高的密度是尤其強的。通過轉子葉片從風中部分地轉出，在多個方面考慮所述問題。一方面，轉子葉片的作用面減小，并且另一方面，作用角度也減小，這同樣減小負荷。轉速的減小在此也直接減小轉子的負荷。
因此，優選地提出，轉速和/或產生的功率通過調整轉子葉片減小。
優選地提出，在達到小于第一極限溫度的第二極限溫度時，關斷風能設施。這是安全措施，所述安全措施因此為了達到該非常低的第二極限溫度時才提出。在此，第一極限溫度例如能夠具有-30攝氏度的值，并且第二極限溫度能夠具有-40攝氏度的值。
替選地提出，避免風能設施的完全關斷，并且所述風能設施以盡可能小的功率并且此外或替選地以盡可能小的轉速運行。盡可能小的功率在此能夠是下述功率，所述功率必需用于供給電裝置或至少最重要的電裝置。風能設施的運行能夠針對于此，并且這種運行通常在僅仍大約為額定功率的10％或更小的區域中運動。類似地，轉速也能夠大約在額定轉速的10％的區域中運動。因此，設施例如超越空轉運行來運行。
所述提議也考慮下述問題，所述問題尤其對于南極洲中的風能設施是重要的，但是也在其他偏遠地點能夠是重要的，即存在所謂的島嶼電網，即非常小且自給自足的網。在極端情況下，風能設施是所述島嶼電網的唯一的發生器或必要時還設有柴油發電機或類似的用于緊急情況的發生器，或者存在電存儲器，所述電存儲器能夠提供相應的電能。在這種情況下，提出的變型形式實現，風能設施盡可能自給自足地維持其運行，并且當溫度再次略微提高時，尤其也在沒有大量耗費的情況下能夠再次開始運轉或至少部分地開始運轉。尤其在大陸區域中，其中在日間和夜間存在強的波動，極其低的溫度、即尤其在第二極限溫度的范圍中的溫度僅短暫地、即例如在幾小時中出現。
于是，風能設施能夠開動，而不必從網(供給電網)中獲取電流。這種電流能夠非常貴或者在小的島嶼電網中可能不存在或僅非常難于實現。例如，在島嶼電網中，必要時才將柴油發電機投入運行，以便之后能夠使風能設施開始運轉。
全部這些通過下述方式避免：風能設施為了其本身消耗而以小的功率繼續運行。
優選地，將產生的功率的一部分或必要時全部產生的功率用于加熱轉子的轉子葉片、用于加熱發電機、用于加熱用于空氣干燥的至少一個液滴分離器、用于加熱至少一個測量裝置、用于加熱控制裝置和/或用于加熱風能設施的至少一個內部空間、尤其用于加熱吊艙內部空間或塔內部空間。加熱也能夠溫度相關地進行，并且通常在轉子葉片中僅在冰點附加的溫度下是需要的，因為通常僅隨后出現積冰，而能夠有利地防止所述積冰。
加熱發電機尤其應當避免形成濕氣，該濕氣形成能夠在低的外部溫度的情況下出現。出于相同的原因，設有液滴分離器，所述液滴分離器能夠用于干燥內部空間，尤其能夠進行對流入的潮濕空氣的第一次除濕。通過凍住水，能夠損害這種液滴分離器的功能，使得在相應低的溫下提出對其進行加熱。測量裝置、尤其風速測量儀也能夠在相應低的溫下加熱，以便得到其功能進而風能設施的控制能力。
控制裝置的加熱尤其也用于，避免濕氣形成。尤其屬于加熱控制裝置的還有至少一個開關柜的加熱。尤其在額定運行中，這種開關柜能夠由于流動的電流自身產生熱量。在強扼流的運行中，或者當僅存在非常少的風時，但是這種自身的加熱功率是過小的，或者僅涉及開關柜的僅局部受限的部分。為了排除形成冷凝物，因此尤其在非常低的外部溫度下，能夠有利的是，加熱開關柜或其他的控制裝置。
加熱尤其吊艙的和/或塔的內部空間也能夠在那里避免濕氣形成、即尤其避免冷凝物形成，并且此外引起相應干燥的并且預加熱的空氣，所述空氣隨后也有利地作用于其他上述元件，并且在那里必要時能夠簡化加熱。這種內部空間的加熱隨后起如預計熱的作用。
當風能設施僅以非常小的功率運行時，即僅產生自身運行所需要的那么多的功率時，所述功率也用于加熱，至少用于加熱一些在上文中闡述的區域。但是，所述功率也能夠一起用于其他功能，即當使用他勵同步發電機、即不使用永久磁體的同步發電機時，尤其也用于為發電機提供勵磁電流。
因此，尤其提出，運行風能設施，使得發電機產生電流，所述電流用于加熱設施，至少風能設施的重要的電裝置。
優選地，根據風速設定產生的功率和/或轉速，尤其從達到第一極限風速起，隨著風速繼續增大，減小產生的功率和/或轉速。尤其，隨著風速繼續增大，線性地減小，尤其直至達到還更高的第二極限值風速。因此，尤其對于所謂的風暴區域提出：減小產生的功率和/或轉速，并且這在該范圍與根據外部溫度設定、尤其減小功率進行組合。即已知：所述參數在風能設施負荷時能夠共同作用或者關于其對風能設施的作用能夠相互地影響。在此，提出共同地進行考慮。
例如，組合進行成，使得一旦溫度以下降的方式達到或者已經低于第一極限溫度，或者風能以增大的方式達到或已經超過第一極限溫度，就減小功率和/或轉速。因此，當滿足所述標準中的一個標準時，進行減小。如果滿足兩個標準，那么進行轉速和/或功率的減小，所述減小在兩個標準中分別為較大的減小或較強的減小。
根據一個實施方式提出，第一和/或第二極限溫度與占優的風速相關地設定，尤其與風速的10分鐘平均值相關地設定。這尤其進行成，使得第一或第二極限溫度隨風速更高而更高地設定。即如果尤其高的風速占優，那么與占優的風速較小時相比，更早地、即在溫度更高時使用溫度相關的功率減小。
優選地提出，第一和/或第二極限風速與環境溫度相關地設定。在此提出，環境溫度越小，第一或第二極限風速就越小地設定。因此，如果存在尤其低的溫度，那么早地使用風速相關的功率減小更。由此，能夠考慮，在低溫下，設施能夠更小地負荷，例如在機械元件中能夠弱。由此，在高風下，更早地執行功率和/或轉速減小，進而在控制方面減小風能設施的負荷水平。
通過改變第一和第二極限溫度，在線性曲線的情況下，在這兩個極限溫度之間的所述曲線尤其也能夠改變。兩個極限溫度連同相應的功率和/或轉速值因此能夠限定進而相應地改變特性曲線的直線的路線部段。根據意義，風速相關的轉速減小或功率減小的曲線也能夠通過第一或第二極限風速的改變來進行。
如果溫度快速改變，那么根據風速改變第一和第二極限溫度尤其能夠在日夜循環的溫度改變中是有意義的。
極限風速的溫度相關的改變、即近似相反的情況尤其能夠在季節產生的溫度改變中是有意義的。換言之，風能設施設定于夏季或冬季，并且相應地在冬季提出更早地進行風速相關的轉速或功率減小，所述轉速或功率減小在夏季中能夠更晚地、即在風速較高時才使用。
分成夏季和冬季的所說明的劃分是非常粗略的，但是是可行的分布。因此，通常在冬季運行中，能夠提出風速相關的轉速減小或功率減小，所述轉速減小或功率減小與在夏季運行中的轉速減小或功率減小相比更早地出現。夏季運行和冬季運行中的區別因此是建議。但是優選地，這種極限值移動能夠連續地或至少以更小的步距提出。
另一個實施方式提出，風能設施準備用于饋送無功功率，并且饋送無功功率與環境溫度相關地和/或與風速相關地進行。優選地，從達到第一極限溫度開始，隨著溫度繼續降低，減小無功功率，尤其線性地減小。此外或替選地，從達到第一極限風速開始，隨著風速繼續增大，減小、尤其線性地減小所述無功功率。
饋送無功功率能夠理解成用于網的風能設施的服務。原則上，當風能設施以下述模式工作時，無功功率也能夠在沒有產生功率、即在沒有通過風能設施產生有功功率的情況下饋送，在所述模式中，所述風能設施處于相移運行，即從網中提取電流并且以改變的相角再次饋送。換言之，無功功率不直接耦聯于產生的有功功率。但是已經認識到：尤其對于一些電控制裝置、尤其是逆變器，和也對于電導線而言，其負荷能夠與產生的轉化的或引導的電流相關。因此提出，在設施負荷時，無功功率也通過低溫和/或強風減小。此外，已經認識到：與甚至不將無功功率饋送到網中相比，將減小的無功功率饋送到網中是更好的。這也能夠更好地通過為了設施保護提出減小無功功率來實現，即替代完全地設定設施的運行。
根據本發明，也提出一種風能設施，所述風能設施根據用于將電能饋送到供電網中的方法的上述實施方式中的至少一個運行。優選地，這種風能設施為了將內部空氣的干燥或保持干燥而具有至少一個可加熱的液滴分離器。所述可加熱的液滴分離器因此也適合于非常低的環境溫度，并且如描述的那樣，于是尤其能夠用于內部空氣的干燥或保持干燥。
優選地，風能設施包括開關柜，所述開關柜被加熱。該特殊性也改進尤其冷的地區或尤其冷的環境條件中的風能設施的運行能力。優選地，一旦內部溫度或環境溫度低于用于觸發加熱的觸發溫度時，就加熱開關柜和/或液滴分離器。因此，不需要持久地加熱所述元件，而是這能夠根據需要進行。外部溫度對此是重要的指示。內部溫度此外能夠在設施運行本身已經引起一定加熱的范圍內考慮。
此外，提出一種風電廠，所述風電廠具有多個根據至少一個在上文中描述的實施方式的風能設施。相應地，能夠實現下述風電廠，所述風電廠能夠在冷的區域中使用，并且在那里能夠確保供給。優選地，所述風電廠經由共同的網饋送點饋送到供電網中，并且優選經由中央廠控制裝置控制。中央廠控制裝置能夠執行在上文中針對各個風能設施的運行描述的方法步驟的一部分。優選地，每個風能設施控制本身，上一級的控制裝置但是尤其能夠預設目標值，如例如要產生的功率，要饋送的無功功率和甚至風能設施的分別要設定的轉速。由此，廠控制裝置尤其也能夠一起包含網運營商的可能的要求，并且必要時決定：在至少暫時的容差的范圍中，與對于最佳負荷保護而期望的相比，是否能夠設定更高的功率或更高的轉速。在此要注意的是，過高的負荷當其處于一定范圍中時不是立即損壞設施，而是在較長的時間中才能夠具有不利的作用。因此，暫時的過高能夠是可接受的。
優選地，共同的廠控制裝置能夠共同地檢測一些數據。屬于此的尤其是檢測環境溫度和占優的風速。即使每個設施執行自主的控制，但是在中央能夠預設一些邊界條件，尤其所描述的轉速和功率減小，由此尤其能夠預防振動問題。尤其在考慮風速時要注意的是，相隨的風能設施能夠相互影響。
附圖說明
現在，在下文中根據實施例示例性地參考附圖詳細闡述本發明。
圖1示出風能設施的立體圖。
圖2示意地示出風電廠。
圖3示出溫度相關的功率特性曲線，所述功率特性曲線說明根據一個實施方式的所產生的功率的溫度相關的減小。
圖4示出具有溫度相關的改變可能性的風速相關的功率特性曲線。
具體實施方式
圖1示出具有塔102和吊艙104的風能設施100。在吊艙104上設置有具有三個轉子葉片108和整流罩110的轉子106。轉子106在運行時通過風置于轉動運動，進而驅動吊艙104中的發電機。
圖2示出示例性地具有三個風能設施100的風電廠112，所述風能設施能夠是相同的或不同的。因此，三個風能設施100原則上代表風電廠112的任意數量的風能設施。風能設施100提供其功率，即尤其經由廠電網114提供產生的電流。在此，各個風能設施100的分別產生的電流或功率相加并且通常設有變壓器116，所述變壓器將廠中的電壓進行升壓變換，以便隨后在饋送點118處饋送到供給網120中，所述饋送點通常也稱作為PCC。圖2僅是風電廠112的簡化的視圖，盡管當然存在控制裝置，而所述視圖例如沒有示出控制裝置。廠電網114例如也能夠以其他的方式構造，其中例如在每個風能設施100的輸出端上也存在變壓器，以便僅列出其他的實施例。
圖3示出與溫度相關的功率特性曲線。在那里，與溫度T相關地繪制有功功率P尤其作為控制風能設施的理論值。對于從第一極限溫度TG1起或高于第一極限溫度TG1的溫度范圍，特性曲線示出水平的區域2，所述水平的區域分配有值100％。所述100％涉及瞬間可最大產生的功率PMax。當存在足夠的且不過強的風時，這能夠對應于額定功率PN。
現在，特性曲線示出，對于從第一極限溫度TG1起的更低的溫度，產生的功率隨著溫度繼續下降而線性地下降。所述線性下降的區域作為特性曲線部段4示出。所述線性下降的區域4達到第二極限溫度TG2。如果達到所述第二極限溫度，那么產生的功率P下降到0。垂直部段6圖解說明所述內容。這也能夠表示：風能設施在沒有產生功率的情況下或者至少在沒有饋送功率的情況下繼續運行。
虛線地示出的替選的特性曲線8圖解說明，替選地，功率的完全下降也更早地進行，使得因此第二極限溫度TG2也能夠移動。
這是實施方式，并且一個提選方案提出：功率P從第一極限溫度TG1開始隨著溫度繼續下降而線性地下降，使得所述功率在達到第二極限溫度TG2時達到值0，以至于沒有根據垂直部段6的垂直部段。
類似于改變第二極限溫度TG2的可能性，如替選方案8示出的那樣，第一極限溫度TG1也能夠改變。兩個極限溫度也能夠改變，以便能夠匹配于改變的條件。
圖4部分示意地示出風速相關的功率特性曲線。原則上能夠認識到：功率P在風速VW非常小時首先是0，并且從開始風速V0起，隨著風速繼續增大而增大。相應地，特性曲線示出所謂的部分負荷區域10，在所述部分負荷區域中，功率實際上即仍沒有達到其額定值PN，因為風仍是過弱的。
從額定風速VN起，功率也達到額定功率PN，水平示出的額定負荷區域12圖解說明所述內容。
如果風仍繼續增大并且達到第一極限風速VG1，那么功率P隨后隨著風速繼續增大而降低。這稱作為風暴區域14。功率現在能夠隨著風速繼續增大例如線性地或以其他方式降低。所述風暴區域例如能夠通過功率從第一極限風速VG1線性降低至第二極限風速VG2的方式構成。
現在，根據一個實施方式提出，所述風速相關的功率特性曲線溫度相關地改變。尤其在溫度非常低的情況下，這在此原則上涉及例如達到-30攝氏度或甚至-40℃的環境溫度，能夠提出，減小示出的功率曲線。對此，根據一個實施方式，提出極限風速改變16，所述極限風速改變在圖4中作為箭頭16以符號表示。實際上，兩個極限風速VG1和VG2移動，由此風暴區域14移動至虛線示出的減小的風暴區域18。在此也要注意的是，例如僅第一極限風速VG1或僅第二極限風速VG2或所述第一極限風速和第二極限風速不同地移動。
另一個實施方式提出，將功率溫度以相關的方式整體上降低，即進行功率最大值改變20，所述功率最大值改變通過指向下的箭頭20表示。于是，得到減小的功率最大值22，所述功率最大值作為水平虛線示出。因此，功率最大值的這種減小以溫度相關的方式提出，即針對非常低的溫度，如-30攝氏度或甚至-40攝氏度，并且能夠分段地或連續地隨溫度設置。功率最大值減小和/或極限速度改變原則上能夠以溫度相關的方式進行，如圖3示出功率P的減小，尤其在線性下降的區域4圖解說明。實際上，極限速度VG1和VG2的移動、即根據圖4的箭頭16的水平移動也能夠表示為風暴區域14的下降。并且所述下降也能夠如在圖3中通過線性下降的區域4圖解說明的那樣進行。
如果圖4的功率曲線整體上、即針對額定負荷區域12和風暴區域14進行，那么得到由部段22和18組成的虛線的曲線，而不具有替選部段24和26。
根據一個實施方式，部分負荷區域10也能夠以溫度相關地的方式改變。但是，通常，部分負荷區域中的負荷通常是小的，使得在那里優選不應執行減小。
此外，圖4圖解說明功率關于風速的關聯關系，和以溫度相關的方式減小所述功率的可行性，尤其對于非常低的溫度。那里的圖解說明和闡述完全類似地適合于風速相關的轉速特性曲線。甚至風速相關的角度值、即尤其額定風速VN、第一極限風速VG1和第二極限風速VG2對于這種轉速特性曲線能夠是相同的。當然，轉速的振幅已經由于不同的物理單位而不同。
此外，根據一個實施方式提出，溫度相關的轉速減小也能夠如針對圖3中的功率圖解說明的那樣進行。那里，也能夠使用相同的極限溫度或不同的極限溫度。尤其地，如圖3示出的那樣，將第一極限溫度置于-30攝氏度的值并且將第二極限溫度置于-40攝氏度的值是優選的設計方案，在所述設計方案中，風能設施能夠在大的溫度范圍中、即在例如-30攝氏度之上、在沒有減速的情況下運行，而在非常低的溫度下才提出減速以保護設施。
根據一個實施方式，第一極限風速VG1并且相應地第二極限風速VG2能夠根據下述公式與溫度T相關地計算：
VG1＝VG1_0*(1+k1*(T-T1)/T1)
VG2＝VG2_0*(1+k2*(T-T2)/T2)
在此，T1和T2是第一或第二參考溫度，并且VG1_0和VG2_0是第一或第二極限風速的基本值，其中VG1_0小于VG2_0。因數k1和k2是加權因數，所述加權因數也能夠是相等的。參考溫度T1和T2也能夠是相等的或者所述參考溫度能夠是第一或第二極限溫度。
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