DE202010009460U1

DE202010009460U1 - Device for heating weather masts

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Publication number: DE202010009460U1
Application number: DE202010009460U
Authority: DE
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2010-06-23
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2020-06-24

Abstract

Vorrichtung zur Beheizung eines Wettermastes auf einer Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Wettermast (3) aus miteinander verbundenen Rohrleitungen (5) besteht, welche von einem Wärme abgebenden Fluid durchströmt werden.Device for heating a weather tower on a wind turbine, characterized in that the weather tower (3) consists of interconnected pipes (5), which are flowed through by a heat-emitting fluid.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beheizung von Wettermasten an Windenergieanlagen.The The invention relates to a device for heating weather masts at wind turbines.

Stand der TechnikState of the art

Auf Windenergieanlagen werden zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung verschiedene Arten von Anemometern und Windfahnen eingesetzt. Diese sind an Wettermasten befestigt, welche sich üblicherweise auf dem Dach der Gondel der Windenergieanlage befinden. Die Wettermasten bestehen jeweils aus einem Ständer und einem Blitzschutzkäfig, welcher die auf dem Wettermast montierten Sensoren zum Schutz vor Blitzschlag umgibt. Unter bestimmten meteorologischen Bedingungen, speziell zwischen 0 und –10°C vereisen außen liegende Komponenten von Windenergieanlagen, wie beispielsweise Windsensoren und Wettermasten. Dies kann zu unerwünscht hohen mechanischen Belastungen und zu Ungenauigkeiten in den Messungen führen.On Wind turbines are used to determine the wind speed and the wind direction various types of anemometers and wind vanes used. These are attached to weather masts, which are usually located on the roof of the nacelle of the wind turbine. The weather masts each consist of a stand and a lightning protection cage, which protects the sensors mounted on the mast for protection Lightning surrounds. Under certain meteorological conditions, specially frozen between 0 and -10 ° C outside lying components of wind turbines, such as Wind sensors and weather masts. This can be undesirable high mechanical loads and inaccuracies in the measurements to lead.

Gegenmaßnahmen, wie die in der DE 20 2006 000 816 U1 beschriebenen beheizten Windsensoren, helfen hier nur bedingt weiter, da auch die Blitzschutzkäfige der Wettermasten vereisen. Dieser Eisansatz verändert die Strömungsverhältnisse am Windsensor, wodurch die Messwerte stark verfälscht werden.Countermeasures, like those in the DE 20 2006 000 816 U1 described heated wind sensors, help here only conditionally, as well as the lightning cages of the weather masts. This ice formation changes the flow conditions at the wind sensor, which strongly distorts the measured values.

Der Verzicht auf einen umhüllenden Blitzschutzkäfig (Faradayscher Käfig) führt erfahrungsgemäß zur Zerstörung der Windsensoren bei Blitzeinschlag.Of the Waiver of an enveloping lightning protection cage (Faraday cage) leads according to experience to Destruction of wind sensors in lightning strike.

In EP 2 154 364 A1 wird eine Windenergieanlage offenbart, bei welcher ein Kühlluftauslass der Gondel auf die Anemometer gerichtet ist und somit die Abwärme des Rotors für eine Erwärmung der Umgebungsluft der Anemometer sorgen soll. Nachteil dieser Veröffentlichung ist es, dass durch den Abluftstrom die ungestörte Windmessung beeinträchtigt wird und es zu Verfälschungen der Messergebnisse, insbesondere der Messung der Windrichtung, kommt.In EP 2 154 364 A1 a wind energy plant is disclosed in which a cooling air outlet of the nacelle is directed to the anemometer and thus the waste heat of the rotor to ensure heating of the ambient air of the anemometer. Disadvantage of this publication is that the undisturbed wind measurement is affected by the exhaust air flow and it leads to falsifications of the measurement results, in particular the measurement of the wind direction.

Auch in DE 10 2007 042 338 A1 wird eine Windkraftanlage mit Wärmetauschersystem beschrieben, wobei die Wärmeaufnahmeeinheit innerhalb der Gondel im und/oder am Generator und die Wärmeabgabeeinheit außerhalb der Gondel an deren Oberfläche angeordnet ist. Die Abwärme des Generators wird zum Erwärmen bestimmter Teile der Windkraftanlage, wie beispielsweise Getriebe, Lager oder Elektronik genutzt, indem Verbindungsschläuche an kälteempfindlichen Bauteilen vorbeigeführt werden.Also in DE 10 2007 042 338 A1 a wind turbine with heat exchanger system is described, wherein the heat receiving unit is disposed within the nacelle in and / or on the generator and the heat emitting unit outside the nacelle on the surface thereof. The waste heat of the generator is used to heat certain parts of the wind turbine, such as gearbox, bearings or electronics by connecting hoses are passed to cold-sensitive components.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die Wettermasten einer Windenergieanlage eisfrei zu halten.The The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art eliminate and the weather masts of a wind turbine ice-free to keep.

Die erfindungsgemäße Idee besteht darin, den Wettermast aus miteinander verbundenen Rohrleitungen zu fertigen. Diese werden von einem Wärme abgebenden Fluid durchströmt.The inventive idea is the weather tower to manufacture from interconnected pipelines. These will flows through a heat-emitting fluid.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Wettermast direkt vom Kühlmittel der Abwärme erzeugenden Komponenten der Windenergieanlage durchströmt. Alternativ kann das Wärme abgebende Fluid über einen Wärmetauscher geführt werden, welcher mit einer Wärme abgebenden Einrichtung verbunden ist. Dadurch wird der Wettermast bei Anlagenbetrieb automatisch ohne zusätzlichen Energieaufwand eisfrei gehalten.In In a preferred embodiment, the weather tower is directly from the coolant flows through the waste heat generating components of the wind turbine. Alternatively, the heat releasing fluid over a heat exchanger are performed, which with a heat-emitting device is connected. Thereby the mast will automatically operate without additional power during system operation Energy consumption kept ice-free.

In einer bevorzugten Ausgestaltung befindet sich zwischen der Zuleitung und der Ableitung des Wettermastes ein Bypass, in welchem eine Pumpe angeordnet ist. Dieser Bypass wird über ein Zulauf-Ventil und über ein Ablauf-Ventil so gesteuert, dass zwischen einem ersten und einem zweiten Kreislauf umgeschaltet werden kann. Der erste Kreislauf steht mit dem Kühlsystem der Wärme abgebenden Komponenten der Windenergieanlage in Verbindung. So lange die Komponenten im Betrieb der Windenergieanlage ausreichend Abwärme erzeugen, erfolgt die Beheizung des Wettermastes über diesen ersten Kreislauf. Der zweite Kreislauf ist vom Kühlsystem abgekoppelt und entsteht nach Umschaltung der Ventile auf den Bypass.In a preferred embodiment is located between the supply line and the discharge of the weather mast a bypass, in which a pump arranged is. This bypass is via an inlet valve and over a drain valve controlled so that between a first and a second circuit can be switched. The first cycle stands with the cooling system of heat-emitting Components of the wind turbine in connection. As long as the components generate sufficient heat during operation of the wind turbine the heating of the weather mast takes place via this first Circulation. The second circuit is disconnected from the cooling system and arises after switching the valves to the bypass.

In einer besonders bevorzugten Variante befindet sich außer der Pumpe eine Heizeinrichtung in dem Bypass. Ist die Vorlauftemperatur des Wärme abgebenden Fluides nicht mehr ausreichend, um den Wettermast eisfrei zu halten, wird auf den zweiten Kreislauf umgeschaltet. Dem Fluid kann dann durch die Heizeinrichtung zusätzliche Wärmeenergie zugeführt werden.In a particularly preferred variant is except the pump has a heater in the bypass. Is the flow temperature the heat-releasing fluid is no longer sufficient to keeping the weather mast ice-free will be on the second cycle switched. The fluid can then by the heater additional Heat energy to be supplied.

In einer alternativen Ausgestaltung ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, welche so in der Zuleitung zum Wettermast angeordnet ist, dass sie sich sowohl innerhalb des ersten als auch innerhalb des zweiten Kreislaufs befindet. Diese Heizeinrichtung kann zur Erhöhung der Vorlauftemperatur des Fluides zugeschaltet und entsprechend dem Bedarf an Heizleistung geregelt werden. Befindet sich die Windenergieanlage in einem Betriebszustand, in welchem die Komponenten nur noch geringfügig oder gar keine Wärme mehr abgeben, sinkt auch die Temperatur des aus dem Kühlkreislauf kommenden Fluides. Ist diese Temperatur niedriger als die Temperatur des Fluides in der Ableitung des Wettermastes wird auf den zweiten Kreislauf umgeschaltet. Auf diese Weise reduziert sich das zu beheizende Volumen des Fluides. Außerdem kann die Restwärme des Fluides nach dem Durchströmen des Wettermastes im Kreislauf genutzt werden, was zu einer Energieeinsparung führt.In an alternative embodiment, a heating device is provided, which is arranged in the supply line to the weather tower, that it is located both within the first and within the second circuit. This heater can be switched on to increase the flow temperature of the fluid and regulated according to the need for heating power. If the wind turbine is in an operating state in which the components release only little or no heat, the temperature of the fluid coming out of the cooling circuit also drops. Is this temperature lower than the temperature? ture of the fluid in the discharge of the weather mast is switched to the second circuit. In this way, the volume of the fluid to be heated is reduced. In addition, the residual heat of the fluid can be used after flowing through the weather mast in the circuit, resulting in energy savings.

In einer alternativen Ausgestaltung erfolgt die Beheizung des Wettermastes über einen separaten Kreislauf, welcher nicht mit dem Kühlsystem der Windenergieanlage verbunden ist. In diesem Kreislauf befinden sich eine Pumpe und eine Heizeinrichtung.In an alternative embodiment, the heating of the weather tower over a separate circuit, which is not with the cooling system the wind turbine is connected. To be in this cycle a pump and a heater.

In einer bevorzugten Ausgestaltung befinden sich mehrere erfindungsgemäße Wettermasten auf der Windenergieanlage, welche durch Rohrleitungen miteinander parallel geschaltet werden. Dadurch kann sicher gestellt werden, dass das Wärme abgebende Fluid alle Wettermasten gleichmäßig durchströmt.In a preferred embodiment, there are several inventive Weather pylons on the wind turbine, which through pipelines with each other be switched in parallel. This can be ensured that the heat-releasing fluid all mats evenly flows through.

Kurze Beschreibung der AbbildungenBrief description of the illustrations

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigenThe The invention will be explained in more detail with reference to drawings. Show this

1 eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage, 1 a schematic representation of a wind turbine,

2 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Wettermastes 2 the structure of a weather tower according to the invention

3 ein hydraulisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels mit einer Heizung im Bypass, 3 a hydraulic circuit diagram of a first embodiment with a heater in the bypass,

4 ein hydraulisches Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels mit einer Heizeinrichtung in der Zuleitung. 4 a hydraulic circuit diagram of another embodiment with a heater in the supply line.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage 1 mit einem auf dem Dach der Gondel 2 befindlichen Wettermast 3. 1 shows a schematic representation of a wind turbine 1 with one on the roof of the gondola 2 located weather mast 3 ,

In 2 ist der Aufbau eines erfindungsgemäßen Wettermastes 3 dargestellt. Der Ständer 6 und der Blitzschutzkäfig 4 des Wettermastes 3 bestehen aus Rohrleitungen 5, welche so miteinander verbunden sind, dass ein Wärme abgebendes Fluid durch eine erste Rohrleitung im Ständer einströmt, durch die Rohrleitungen des Blitzschutzkäfigs fließt und durch eine zweite Rohrleitung im Ständer 6 abströmt. Der Blitzschutzkäfig 4 wird aus zwei kreisförmig gebogenen Rohrleitungen 5 gebildet, welche um 90° versetzt angeordnet sind. Möglich ist auch eine Anordnung im Winkel zwischen 60° und 90°. Bei dem Wärme abgebenden Fluid, welches die Rohrleitungen 5 des Wettermastes 3 durchströmt, kann es sich um das Kühlmittel einer, hier nicht weiter dargestellten, Wärme abgebenden Einrichtung der Windenergieanlage, wie ein flüssigkeitsgekühltes Getriebe oder ein Generator, handeln. Alternativ kann das Wärme abgebende Fluid über einen Wärmetauscher geführt werden, welcher mit der Wärme abgebenden Einrichtung verbunden ist.In 2 is the structure of a weather mast according to the invention 3 shown. The stand 6 and the lightning protection cage 4 the weathermast 3 consist of pipelines 5 , which are interconnected so that a heat-releasing fluid flows through a first pipe in the stator, flows through the pipes of the lightning protection cage and through a second pipe in the stator 6 flows. The lightning protection cage 4 is made of two circular curved pipes 5 formed, which are arranged offset by 90 °. Also possible is an arrangement in the angle between 60 ° and 90 °. In the heat-emitting fluid, which is the piping 5 the weathermast 3 flows through, it may be the coolant of a, not shown here, heat-emitting device of the wind turbine, such as a liquid-cooled transmission or a generator, act. Alternatively, the heat-releasing fluid may be passed through a heat exchanger connected to the heat-emitting device.

In 3 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt, bei welchem sich auf der nicht dargestellten Windenergieanlage zwei Wettermasten 3 befinden. Die Wettermasten 3 sind parallel geschaltet und mit ihren zu- und ablaufenden Rohrleitungen 9 und 10 geerdet. Eine nichtleitende Schlauchverbindung 14 bildet den Übergang zum hydraulischen Steuersystem und schützt dieses vor Überlast bei Blitzschlag. Das hydraulische System zur Beheizung der Wettermasten besteht aus zwei Kreisläufen. Wenn die Komponenten im Betrieb der Windenergieanlage ausreichend Abwärme erzeugen, erfolgt die Beheizung über einen ersten Kreislauf. Dabei werden das Zulauf-Ventil 7 und das Ablauf-Ventil 8 so geschaltet, dass die Ableitung 16 des Kühlsystems mit der Zuleitung 9 zum Wettermast und die Ableitung 10 des Wettermastes mit der Zuleitung 17 des Kühlsystems verbunden wird. Das vom nicht dargestellten Getriebe oder Generator erwärmte Fluid fließt über die Zuleitung 9, die Wettermasten 3 und die Ableitung 10 zurück in den Kühlkreislauf.In 3 shows a first embodiment of the solution according to the invention, in which on the wind turbine, not shown, two weather masts 3 are located. The weather masts 3 are connected in parallel and with their incoming and outgoing pipelines 9 and 10 grounded. A non-conductive hose connection 14 forms the transition to the hydraulic control system and protects it from overload in case of lightning. The hydraulic system for heating the weather masts consists of two circuits. If the components generate sufficient waste heat during operation of the wind turbine, the heating takes place via a first circuit. This will be the inlet valve 7 and the drain valve 8th switched so that the derivative 16 of the cooling system with the supply line 9 to the weather mast and the derivative 10 the weathermast with the supply line 17 the cooling system is connected. The heated by the transmission or generator, not shown, fluid flows through the supply line 9 , the weather masts 3 and the derivative 10 back to the cooling circuit.

Bei nicht ausreichender Vorlaufwärme, z. B. im Anlagenstatus „Warten auf Wind” oder bei Stillstand der Windenergieanlage wird dem Fluid externe Energie zugeführt. Dazu schalten die Ventile 7 und 8 auf einen zweiten Kreislauf um, welcher keine Verbindung zu den Wärme erzeugenden Komponenten der Windenergieanlage hat. Der zweite Kreislauf wird durch einen Bypass zwischen der Zuleitung 9 und der Ableitung 10 des Wettermastes gebildet. In der Bypass-Leitung befinden sich eine eine elektrische Kühlmittelheizung 11 und eine Pumpe 12. Durch die Heizeinrichtung 11 wird dem Fluid ausreichend Wärme zugeführt, um die Eisfreiheit der Wettermasten zu gewährleisten. Das ist besonders wichtig, da durch einen vereisten Blitzschutzkäfig die Anlage das Überschreiten der Startwindgeschwindigkeit nicht sicher messen kann.If there is insufficient supply heat, eg. B. in the plant status "waiting for wind" or at standstill of the wind turbine, the fluid external energy is supplied. To do this, the valves switch 7 and 8th to a second circuit, which has no connection to the heat generating components of the wind turbine. The second circuit is through a bypass between the supply line 9 and the derivative 10 formed of the weathermast. In the bypass line there is an electric coolant heater 11 and a pump 12 , By the heater 11 sufficient heat is supplied to the fluid to ensure the ice-free weather of the masts. This is particularly important, as the system can not safely measure the exceeding of the starting wind speed due to an iced lightning protection cage.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird in 4 gezeigt, welches sich ebenfalls auf zwei Wettermasten 3 bezieht. Die Wettermasten 3 sind parallel geschaltet und mit ihren zu- und ablaufenden Rohrleitungen 9 und 10 geerdet. Eine nichtleitende Schlauchverbindung 14 bildet den Übergang zum hydraulischen Steuersystem und schützt dieses vor Überlast bei Blitzschlag. Das hydraulische System zur Beheizung der Wettermasten besteht aus zwei Kreisläufen. Die Kühlmittelheizung 13 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel direkt in der Zuleitung 9 zu den Wettermasten 3. Damit steht die Heizeinrichtung 13 in beiden Kreisläufen zur Verfügung. Das Heizsystem wird primär über den ersten Kreislauf betrieben. Ist die Temperatur des vom Getriebe oder Generator erwärmten Fluides zur Enteisung des Wettermastes 3 nicht ausreichend, kann sie durch die Heizeinrichtung auf den erforderlichen Wert erhöht werden. Befindet sich die Windenergieanlage in einem Betriebszustand, in welchem die Komponenten nur noch geringfügig oder gar keine Wärme mehr abgeben, sinkt auch die Temperatur des aus dem Kühlkreislauf kommenden Fluides. Wird bei einem Vergleich der Messwerte der Temperatursensoren 18 festgestellt, dass die Temperatur des Fluides in der Ableitung 16 des Kühlsystems niedriger ist als die Temperatur des Fluides in der Ableitung 10 des Wettermastes, erfolgt eine Umschaltung auf den zweiten Kreislauf. Erst wenn die Temperatur des zulaufenden Fluides unter der Temperatur des ablaufenden Fluides liegt, wird durch Ansteuerung der Ventile 7 und 8 auf den zweiten Kreislauf umgeschaltet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird der zweite Kreislauf durch einem Bypass zwischen der Zuleitung 9 und der Ableitung 10 des Wettermastes gebildet. In der Bypass-Leitung befindet sich eine Pumpe 12. Für die Zuführung externer Wärme kann im zweiten Kreislauf die selbe Heizeinrichtung 13 wie im ersten Kreislauf genutzt werden.Another embodiment is shown in FIG 4 shown, which is also on two weather masts 3 refers. The weather masts 3 are connected in parallel and with their incoming and outgoing pipelines 9 and 10 grounded. A non-conductive hose connection 14 forms the transition to the hydraulic control system and protects it from overload in case of lightning. The hydraulic system for heating the weather masts consists of two Circuits. The coolant heater 13 is in this embodiment directly in the supply line 9 to the weather masts 3 , This is the heater 13 available in both circuits. The heating system is primarily operated via the first circuit. Is the temperature of the fluid heated by the gearbox or generator de-icing the weather mast 3 not sufficient, it can be increased by the heater to the required value. If the wind turbine is in an operating state in which the components release only little or no heat, the temperature of the fluid coming out of the cooling circuit also drops. Used in a comparison of the measured values of the temperature sensors 18 found that the temperature of the fluid in the discharge 16 of the cooling system is lower than the temperature of the fluid in the discharge 10 the weather mast, there is a switch to the second cycle. Only when the temperature of the incoming fluid is below the temperature of the outflowing fluid is controlled by controlling the valves 7 and 8th switched to the second circuit. Also in this embodiment, the second circuit is by a bypass between the supply line 9 and the derivative 10 formed of the weathermast. There is a pump in the bypass line 12 , For the supply of external heat can in the second cycle, the same heater 13 as used in the first cycle.

11: WindenergieanlageWind turbine
22: Gondelgondola
33: WettermastWeather mast
44: BlitzschutzkäfigeLightning protection cages
55: Rohrleitungenpiping
66: Ständerstand
77: Zulauf-VentilInlet valve
88th: Ablauf-VentilDrain valve
99: Zuleitung Wettermastsupply Weather mast
1010: Ableitung Wettermastderivation Weather mast
1111: Heizeinrichtungheater
1212: Pumpepump
1313: Heizeinrichtungheater
1414: Schlauchverbindunghose connection
1515: Bypass-LeitungBypass line
1616: Ableitung Kühlsystemderivation cooling system
1717: Zuleitung Kühlsystemsupply cooling system
1818: Temperatursensortemperature sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 202006000816 U1 [0003]
- EP 2154364 A1 [0005]
- DE 102007042338 A1 [0006]

Claims

Device for heating a weather mast on a wind turbine, characterized in that the weather mast ( 3 ) of interconnected pipelines ( 5 ), which are flowed through by a heat-emitting fluid.

Device according to claim 1, characterized in that that the fluid is a waste heat generating coolant Component of the wind turbine is.

Device according to claim 1, characterized in that that the fluid passed through a heat exchanger is, which with a waste heat-generating component the wind turbine is connected.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that between a supply line ( 9 ) and a derivative ( 10 ) of the weathermast ( 3 ) is a bypass in which a pump ( 12 ) is arranged and which is controlled by valves so that a first and a second circuit for heating the weather mast ( 3 ), which are operated alternatively.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the bypass a heating device ( 11 ) is arranged, by means of which the fluid is supplied to the heat if necessary, when the heating of the weather mast ( 3 ) takes place via the second circuit after switching the valves to the bypass.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat-releasing fluid flows through a heater, which arranged so is that they are both within the first and within of the second circuit and is switched on as needed.

Device according to claim 1, characterized in that that the fluid is a separate, provided with a pump and a heater circuit which does not flow through with a cooling system the wind turbine is connected.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that several weather masts through pipes are connected in parallel with each other.