在寒冷气候环境中启动风轮机的方法技术

一种在寒冷气候环境中启动风轮机的方法包括：提供在寒冷气候环境中处于静止或接近静止状态的风轮机；在所述风轮机的启动过程中允许转子的旋转速度增大；优化齿轮箱内的热量产生；以及利用所述风轮机产生功率，其中，在所产生的电功率提供至输电网之前优化所述齿轮箱内的热量产生。优化所述齿轮箱内的热量产生可包括在启动期间最大化所述齿轮箱内的内部功率损耗。这可允许在不使用外部加热器的情况下实现启动。可以在寒冷气候环境中的低风力条件期间使用本方法的多个方面，使得一旦重新建立起充足的风力条件，所述风轮机就准备好立即产生功率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及风轮机，更具体地说涉及一种用于在寒冷气候环境中启动风轮机或操作风轮机的改进方法。
技术介绍
风轮机用于利用可再生资源生产电能而不燃烧化石燃料。通常，风轮机将来自风力的动能转换成机械能，然后将机械能转换成电功率。水平轴风轮机包括塔架、位于塔架顶端的机舱以及支撑在机舱中的转子。转子与用于将叶片的动能转换成电能的发电机联接。全球拥有能使风轮机可以运行的充足的风力供应的许多地方设置了风轮机。在一些情况下，在当地气候可能相当严寒的地方产生对于风轮机的运行而言优越的风力条件。举个例子，一些寒冷气候环境(例如北极和其它寒冷区域中的气候环境)具有引导风轮机运行的风力条件。事实上，在这些寒冷气候环境中已经设置有风轮机，而且预计在这些环境中，风轮机的数量会持续增加。公知，在这些寒冷气候环境中设置风轮机有一些缺陷。例如，需要特别考虑在寒冷气候环境中使风轮机由静止状态开始启动。就此而言，必须顾虑到在启动过程中不损害风轮机的多种部件。需要考虑到的尤其是风轮机的传动系中的齿轮箱。齿轮箱包括多个运动零件(齿轮、轴承等)并且通常包括用于减小摩擦并且便于齿轮箱有效运行的油或其它润滑剂。带有足够量的油的齿轮箱可能相当大(例如近20吨)，从而在使风轮机运行至其额定运行状态之前使齿轮箱足够温暖可能是重要的。在当前的一些齿轮箱设计中，可以通过使一个或多个加热器结合到齿轮箱中实行齿轮箱的暖机。当然，这些加热器构造成在启动过程中缓慢加热油与齿轮箱从而使润滑剂的粘度到达有助于防止对齿轮箱的运动部件的额外磨损与损耗的水平。尽管通常认为齿轮箱加热器对于其预期目的是成功的，但是启动过程中齿轮箱的热力学方面未被普遍地良好理解。换言之，在未良好理解加热器真实作用的情况下普遍假定了启动过程中加热器对齿轮箱的作用。然而，加热器通常昂贵，因而增大了风轮机的总体成本。加热器的维修也可能是成本的一个来源。此外，传统的齿轮箱加热器以及启动过程导致风轮机达到其额定运行状态之前花费大量预热时间。这可以表示珍贵的功率生产时间的损失。因而，需要在寒冷气候环境中启动风轮机用的改进方法或过程，该方法或过程解决现有设计以及过程中的这些以及其它缺点。更具体地说，需要一种在寒冷气候环境中启动风轮机用的方法，该方法减少了达到风轮机的额定运行状态的预热时间。
技术实现思路
—种，该方法包括:提供在寒冷气候环境中处于静止状态或接近静止状态的风轮机，其中所述风轮机具有塔架、具有至少一个叶片的转子、用于产生电功率的发电机、以及齿轮箱，该齿轮箱具有操作地联接至所述转子的主轴以及操作地联接至所述发电机的高速轴，所述风轮机构造成操作地连接至输电网；在所述风轮机的启动过程中允许所述转子的旋转速度增大；优化所述齿轮箱内的热量产生；以及利用所述风轮机产生电功率，其中，在所产生的电功率被提供至输电网之前优化所述齿轮箱内的热量产生。在一个实施方式中，优化所述齿轮箱内的热量产生的步骤包括在所产生的电功率提供至所述输电网之前使所述齿轮箱中的内部功率损耗最大化。而且，在一个实施方式中，使所述齿轮箱中的内部功率损耗最大化的步骤包括控制所述转子的旋转速度从而在所产生的电功率提供至所述输电网之前使所述齿轮箱中的所述内部功率损耗最大化。就此而言，申请人发现了齿轮箱中的内部功率损耗与风轮机的高速轴的旋转速度之间的广义相关性，高速轴的旋转速度则由转子的旋转速度确定。在考虑到此相关性的情况下，控制转子的旋转速度会在启动过程中以优化方式加热齿轮箱。举例来说，在一个示例性实施方式中，使所述齿轮箱中的内部功率损耗最大化的步骤还包括控制所述转子的旋转速度使得所述高速轴的旋转速度与齿轮箱温度之间在所述风轮机的启动过程中存在基本线性关系。在一个实施方式中，可以存在:启动的第一区域，该第一区域具有以第一斜率表征的所述高速轴的旋转速度与所述齿轮箱温度之间的基本线性关系；以及启动的第二区域，该第二区域具有以第二斜率表征的所述高速轴的旋转速度与所述齿轮箱温度之间的基本线性关系，其中，所述第一斜率与所述第二斜率互不相同。而且，当所述齿轮箱达到第一阈值温度时，可以终止为产生基本线性关系而对所述转子的旋转速度的控制。此外，当所述齿轮箱的温度达到所述第一阈值温度时，所述高速轴的旋转速度可以比所述高速轴的额定运行速度的约60%大。在一个实施方式中，当所述齿轮箱的温度达到所述第一阈值温度时，所述高速轴的旋转速度增高至额定运行速度。而且，当所述齿轮箱的温度达到所述第一阈值温度时，所述风轮机的功率产生增高(例如阶跃)至额定功率输出。在一个实施方式中，所述高速轴的旋转速度可以在所述风轮机产生电功率的同时或之前处于额定运行速度。所述方法还可以包括当所述风轮机开始产生功率或达到所述第一阈值温度时使所述齿轮箱中的所述内部功率损耗最小化。在根据本专利技术的一个方面中，仅利用由所述风轮机转子的旋转产生的能量来实现齿轮箱中的热量产生。就此而言，可以在不使用外部加热器的情况下实现所述齿轮箱中的热量产生。在另一实施方式中，提供一种，提供在寒冷气候环境中处于静止或接近静止状态的风轮机，其中所述风轮机具有塔架、具有至少一个叶片的转子、用于产生电功率的发电机、以及齿轮箱，该齿轮箱具有操作地联接至所述转子的主轴以及操作地联接至所述发电机的高速轴，所述风轮机构造成操作地连接至输电网；在所述风轮机的启动过程中允许所述转子的旋转速度增大；随着所述转子转动并且在所述风轮机将电功率提供至输电网之前，在不使用外部加热器的情况下使所述齿轮箱的温度增大至第一阈值温度；以及在所述齿轮箱的温度达到所述第一阈值温度后利用所述风轮机产生电功率。 在此方法中，使所述齿轮箱的温度增高的步骤还可以包括在启动至所述第一阈值温度的过程中使所述齿轮箱中的所述内部功率损耗最大化。在再一实施方式中，使所述齿轮箱中的所述内部功率损耗最大化的步骤还包括在至第一阈值温度的启动期间控制所述转子的速度从而使所述高速轴的旋转速度与齿轮箱温度之间存在基本线性关系。所述方法还可以包括当所述齿轮箱的温度达到所述第一阈值温度时使所述齿轮箱中的所述内部功率损耗最小化。在再一实施方式中，提供一种在寒冷气候环境中操作风轮机的方法，提供在寒冷气候环境中处于完全运行状态的风轮机，其中所述风轮机具有塔架、具有至少一个叶片的转子、用于产生电功率的发电机、以及齿轮箱，该齿轮箱具有操作地联接至所述转子的主轴以及操作地联接至所述发电机的高速轴，所述风轮机在处于所述完全运行状态时向输电网提供电功率；在低风力条件时期中断从所述风轮机到所述输电网的电功率供应；在低风力条件时期优化所述齿轮箱内的热量产生；以及一旦低风力条件时期终止就重新建立从所述风轮机到所述输电网的电功率供应。例如，在低风力条件之后不对所述风轮机执行启动程序而重新建立从所述风轮机到所述输电网的电功率供应。【附图说明】附图结合到本说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了本专利技术的实施方式，并且与以上给出的本专利技术的总体描述以及下文给出的详细描述一起用于解释本专利技术。图1是根据本专利技术的一个实施方式的风轮机的局部被扯掉的立体图；图2是风轮机启动过程中齿轮箱内的加热元件功率损耗以及总功率损耗的示意图；以及图3是根据本专利技术的一个实施方式的风轮机的启动过程的示意图。【具体实施方式】参照图1并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在寒冷气候环境中启动风轮机的方法，该方法包括：提供在寒冷气候环境中处于静止状态或接近静止状态的风轮机，所述风轮机具有塔架、具有至少一个叶片的转子、用于产生电功率的发电机、以及齿轮箱，该齿轮箱具有操作地联接至所述转子的主轴以及操作地联接至所述发电机的高速轴，所述风轮机被构造成操作地连接至输电网；在所述风轮机的启动过程中允许所述转子的旋转速度增大；优化所述齿轮箱内的热量产生；以及利用所述风轮机产生电功率，其中，在所产生的电功率被提供至所述输电网之前优化所述齿轮箱内的热量产生。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·E·彼得森，JP·荣恩，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK