【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括至少一个风涡轮机和制氢系统的风涡轮机系统的安全系统。本专利技术还涉及一种操作风涡轮机系统的安全系统的方法并且涉及一种用于操作这种安全系统的相应计算机程序。
技术介绍
1、风涡轮机已在传统上被用于电力生产。然而，正在出现不断增长的对使用风涡轮机来生产气态氢的兴趣。在风涡轮机地点而非在远程制氢设施生产氢具有许多优点。从海洋获得的水能够例如被用于制氢中。另外，产生的电力不需要经长距离被输送，因此减小电损失。
2、例如，文件wo 2020/095012 a1描述一种用于大规模制氢的海上风涡轮机系统，所述海上风涡轮机系统包括具有脱盐单元和电解单元的浮塔结构。
3、这种海上风涡轮机通常相对于环境空气被密封，或者它可包括限制或避免内部和外部空气的交换的装置。通过这种措施，能够避免具有升高的盐度水平的空气被引入到风涡轮机中(这可能快速地导致内部零件的腐蚀)。类似地，对于岸上风涡轮机，提供相对于外部空气的相应密封以避免污染物、飞虫、农业废弃物等进入风涡轮机的内部并且可能引起对部件的损坏。另外，对于岸上和海上涡轮机二者，调节内部的湿度对于避免腐蚀而言也是非常重要的并且因此是确保充分地密封的机舱和塔架的另一原因。然而，考虑到风涡轮机的这些常用配置，结合制氢，风险可能出现。期望的是，在相应风涡轮机中或在其附近减缓这种风险并且避免危险情况。
4、文件us2020/0173047 a1描述一种制氢系统，其中制氢设备被提供在寒冷地区的偏远地点的建筑物内。提供包含氮的惰性气体钢瓶以在向制氢系统提供电力的
5、文件us2007/0145752 a1描述一种用于风力发电装置的防火系统。燃料电池被布置在风力发电装置的桥塔内以通过消耗存在于风涡轮机内的氧来生产惰性气氛。惰性气氛防止火灾的发生。
技术实现思路
1、因此，存在如下需要：减缓至少一些上述缺点，并且特别地，避免可能发生于在同一位置进行制氢的风涡轮机的危险情况。
2、通过独立权利要求的特征来满足这种需要。从属权利要求描述本专利技术的实施例。根据本专利技术的实施例，提供一种风涡轮机系统的安全系统，其中风涡轮机系统包括至少一个风涡轮机和制氢系统，所述制氢系统被配置为使用由风涡轮机产生的电力来生产氢。安全系统包括：监测系统，被配置为监测风涡轮机系统以检测制氢系统的失灵；和控制系统，被配置为在由监测系统检测到制氢系统的失灵时触发风涡轮机系统的安全功能。由控制系统触发安全功能包括控制系统修改风涡轮机的操作。
3、这种安全系统允许快速且高效地检测由于制氢系统的失灵而发生的任何潜在破坏性事件并且采取快速且高效的减缓措施。通过这种安全系统，尤其可避免这种失灵(所述失灵能够导致风涡轮机系统内的氢的积累)导致这种氢的点燃，并且因此导致对系统的实质性损坏。这种安全系统能够尤其被配置为确保风涡轮机系统内的氢浓度保持低于可燃或爆炸极限。
4、触发安全功能可特别地包括由控制系统执行安全功能。触发安全功能可例如使控制系统在安全模式下操作风涡轮机和/或制氢系统，或者关闭风涡轮机和/或制氢系统。
5、制氢系统可至少形成包括至少一个风涡轮机的风力发电厂(例如，风力农场或风力公园)的一部分。制氢系统可尤其与风涡轮机位于同一地点；它可例如被包括在风涡轮机内或布置为与风涡轮机相邻。制氢系统优选地被布置为直接与风涡轮机相邻(例如，位于同一海上平台或相邻海上平台上)，并且更优选地被包括在风涡轮机内，例如，被包括在其塔架或支撑结构内。它可例如被布置在风涡轮机的小于500m、小于200m或小于100m内。制氢系统还可与风力农场的多个风涡轮机关联。它可被布置为与风涡轮机系统的多个风涡轮机相邻，例如在布置在位于海上风力农场内的专用海上平台上。作为特定示例，制氢系统可形成浮动海上风涡轮机的一部分，所述浮动海上风涡轮机可被配置为类似于在文件wo 2020/095012 a1中描述的浮动海上风涡轮机。
6、风涡轮机优选地直接或经由收集器电网(即，不经过公用电网或通用电网)向制氢系统提供电力。
7、根据本专利技术的实施例，监测系统包括泄漏检测器，所述泄漏检测器被配置为检测氢从制氢系统泄漏以便检测失灵。在特定实现中，监测系统(例如，这种泄漏检测器)包括至少一个氢气传感器，其中如果由所述至少一个氢气传感器检测到的氢浓度高于预定阈值，则检测到制氢系统的失灵。这种配置允许快速且高效地检测风涡轮机系统中的危险情况的开始；特别地，在危险氢浓度发生之前，它允许安全功能的触发。在其它实现中，监测系统可包括超声检测器，通过所述超声检测器，具有泄漏的形式的失灵可被检测，在检测到所述失灵时，安全功能可被触发。
8、所述至少一个氢气传感器可例如包括布置在风涡轮机内的氢气传感器和/或布置在制氢系统内的氢气传感器。氢气传感器可例如被布置在风涡轮机的塔架和/或机舱内。优选地，它被布置在相应系统的上部中。因为氢通常上升，所以监测系统的灵敏度可由此提高。所述至少一个氢传感器可包括一种类型或不同类型的氢传感器，其中氢传感器的类型例如包括mosfet类型传感器、电化学传感器、催化传感器、热导传感器和/或金属氧化物传感器。监测系统可包括另外的传感器(例如，火焰检测器、火花检测器、烟雾检测器等)之一或组合。除了氢气传感器之外，还可提供这些传感器，并且通过能够快速地检测点火源，这些传感器可进一步提高风涡轮机系统的安全性。
9、在实施例中，由控制系统触发安全功能还可包括下面操作之一或组合：修改制氢系统的操作；打开风涡轮机的通风口或制氢系统的通风口；并且激活警报功能。优选地，按照任何期望组合，触发安全功能可包括这些安全措施中的至少两个安全措施或至少三个安全措施。安全系统能够因此在失灵的情况下快速地做出反应以避免由于增加的氢浓度而导致的对风涡轮机系统的损坏。
10、通风口可例如被布置在风涡轮机的封闭空间(诸如，塔架或机舱)中，并且尤其布置在其上部中，例如布置在相应封闭空间的最高点。因为氢轻于空气，所以通过打开这种通风口，氢浓度能够被高效地降低。
11、激活警报功能可例如包括风涡轮机的本地和远程操作人员可见的警报的激活。警报可被配置，以使得它指示升高的气态氢的浓度存在于风涡轮机系统中。这种警报可包括风涡轮机内的可听警报，所述可听警报优选地不同于其它可听警报，诸如火灾警报。因此，风涡轮机内的人员能够被通知潜在危险情况。警报可另外或者替代地包括视觉警报，所述视觉警报具有与升高的氢浓度关联的预定颜色和/或预定定时模式的警告灯。警报还可经由通信连接被传输给操作人员，从而远程操作人员被通知该情况和失灵。警报的类型可取决于安全功能触发。对于低氢浓度，在安全模式下的操作可被触发，这可包括一种类型的警报，例如声音、颜色、模式等，并且对于更高的第二氢浓度，第二安全功能可被触发，导致第二类型的警报的激活。警报的类型能够因此指示检测到的氢浓度有多高。它可进一步指示控制系统已采取哪些减缓措施，例如在安全模式下的操本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风涡轮机系统(100)的安全系统，其中所述风涡轮机系统(100)包括至少一个风涡轮机(110)和制氢系统(120)，所述制氢系统(120)被配置为使用由所述风涡轮机(110)产生的电力来生产氢，其中所述安全系统包括：
2.如权利要求1所述的安全系统，其中所述监测系统(12)包括布置在所述风涡轮机内的至少一个氢气传感器(31)和/或布置在所述制氢系统内的至少一个氢气传感器。
3.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中由所述控制系统(11)触发所述安全功能还包括下面操作中的至少一个：
4.如权利要求3所述的安全系统，其中修改所述制氢系统(120)的操作包括关闭所述制氢系统的至少一个电解器单元(121)或关闭所述制氢系统(120)。
5.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中修改所述风涡轮机(110)的操作包括关闭或禁用所述风涡轮机(110)的至少一个子系统的操作。
6.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中所述控制系统(11)被配置为根据与由所述监测系统(12)检测到的所述失灵关联的风险水平来触发多个可用
7.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中如果所述监测系统(12)通过检测到氢气浓度高于第一阈值而检测到失灵，则所述控制系统(11)被配置为触发所述风涡轮机系统的第一安全功能，并且如果所述监测系统(12)通过检测到氢气浓度高于第二阈值而检测到失灵，则所述控制系统(11)被配置为触发所述风涡轮机系统的第二安全功能，所述第二阈值高于所述第一阈值。
8.如权利要求7所述的安全系统，其中所述第一阈值对应于从空气中的0.2vol％到1vol％的范围选择的氢浓度，和/或其中所述第二阈值对应于从空气中的1.0vol％到10vol％的范围选择的氢浓度。
9.如权利要求7或8所述的安全系统，其中触发所述第一安全功能包括下面操作之一或组合：
10.如权利要求7-9中任一项所述的安全系统，其中触发所述第二安全功能包括下面操作之一或组合：
11.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中所述监测系统(12)被配置为在所述风涡轮机系统(100)的不同地点监测氢浓度以用于检测失灵，并且其中所述控制系统(11)被配置为在检测到所述失灵时通过在已由所述监测系统(12)检测到增加的氢浓度的所述风涡轮机系统(100)的地点禁用电气部件来触发所述安全功能。
12.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中所述控制系统(11)被配置为，在清除了所述制氢系统(120)的所述失灵时，尤其是在由所述监测系统(12)检测到氢浓度已下降至低于阈值时，停用触发的安全功能。
13.一种风涡轮机系统，包括：
14.如权利要求13所述的风涡轮机系统，其中所述制氢系统(120)被布置在所述风涡轮机(110)内，尤其是布置在所述风涡轮机(110)的塔架(111)或支撑结构(116)内。
15.一种操作风涡轮机系统的安全系统的方法，其中所述风涡轮机系统(100)包括至少一个风涡轮机(110)和制氢系统(120)，所述制氢系统(120)被配置为使用由所述风涡轮机(110)产生的电力来生产氢，其中所述方法包括：
16.一种用于操作风涡轮机系统的安全系统的计算机程序，其中所述计算机程序包括控制指令，当所述控制指令由所述风涡轮机系统的控制器(20)的处理单元(21)执行时，所述控制指令使所述处理单元(21)执行如权利要求15所述的方法。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种风涡轮机系统(100)的安全系统，其中所述风涡轮机系统(100)包括至少一个风涡轮机(110)和制氢系统(120)，所述制氢系统(120)被配置为使用由所述风涡轮机(110)产生的电力来生产氢，其中所述安全系统包括：
2.如权利要求1所述的安全系统，其中所述监测系统(12)包括布置在所述风涡轮机内的至少一个氢气传感器(31)和/或布置在所述制氢系统内的至少一个氢气传感器。
3.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中由所述控制系统(11)触发所述安全功能还包括下面操作中的至少一个：
4.如权利要求3所述的安全系统，其中修改所述制氢系统(120)的操作包括关闭所述制氢系统的至少一个电解器单元(121)或关闭所述制氢系统(120)。
5.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中修改所述风涡轮机(110)的操作包括关闭或禁用所述风涡轮机(110)的至少一个子系统的操作。
6.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中所述控制系统(11)被配置为根据与由所述监测系统(12)检测到的所述失灵关联的风险水平来触发多个可用安全功能中的至少一个安全功能。
7.如前面权利要求中任一项所述的安全系统，其中如果所述监测系统(12)通过检测到氢气浓度高于第一阈值而检测到失灵，则所述控制系统(11)被配置为触发所述风涡轮机系统的第一安全功能，并且如果所述监测系统(12)通过检测到氢气浓度高于第二阈值而检测到失灵，则所述控制系统(11)被配置为触发所述风涡轮机系统的第二安全功能，所述第二阈值高于所述第一阈值。
8.如权利要求7所述的安全系统，其中所述第一阈值对应于从空气中的0.2vol％到1vol％的范围选择的氢浓度，和/或其中所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·霍金斯，F·D·马德森，J·E·彼得森，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：
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