DE202010017639U1

DE202010017639U1 - Windenergieanlage mit Synchrongenerator sowie langsam drehender Synchrongenerator

Info

Publication number: DE202010017639U1
Application number: DE202010017639U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Wobben Properties GmbH
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-03-27
Anticipated expiration: 2020-11-05

Abstract

Windenergieanlage, mit einem Synchrongenerator, der einen Generator-Stator und einen Generator-Rotor (200) aufweist, und einem Flüssigkeits-Kühlsystem (300) zum Kühlen des Generator-Rotors (200).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Synchrongenerator sowie einen langsam drehenden Synchrongenerator.
Windenergieanlagen mit einem fremderregten Synchrongenerator sind seit Jahren beispielsweise von der Firma Enercon bekannt. Hierbei kann ein Rotor der Windenergieanlage (der sich drehende Teil der Gondel) direkt mit dem Rotor des Synchrongenerators verbunden sein und treibt den Rotor des Generators an, um somit elektrische Energie zu erzeugen.
Hierbei ist es wünschenswert, die Nennleistung der Synchrongeneratoren zu erhöhen, ohne dabei den Durchmesser des Synchrongenerators wesentlich zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch eine Windenergieanlage nach Anspruch 1 sowie durch einen Synchrongenerator nach Anspruch 5 gelöst.
Somit wird eine Windenergieanlage mit einem Synchrongenerator vorgesehen, welcher einen Generatorstator und einen Generatorrotor aufweist. Die Windenergieanlage weist ferner ein Flüssigkeitskühlsystem zum Kühlen des Generatorrotors auf.
Der Generatorrotor weist einen Polschuhträger mit einer Vielzahl von Polschuhen auf, welche am Umfang des Polschuhträgers verteilt vorgesehen sind. Der Polschuhträger weist ferner mindestens einen Kühlkanal auf, durch welchen die Kühlflüssigkeit strömen kann, um somit die Polschuhe indirekt zu kühlen.
Der mindestens eine Kühlkanal ist mit einem Kühlkreislauf gekoppelt, welcher mindestens einen Wärmetauscher an der Außenseite des Rotors bzw. der Spinnerverkleidung aufweist. Der Wärmetauscher kann ferner in oder an der Verkleidung des Rotors bzw. des Spinners integriert werden.
In dem Kühlkreislauf können ein Ausgleichsgefäß und/oder ein Schmutzfänger vorgesehen sein. Der Kühlkreislauf weist ferner eine Pumpe zum Pumpen der Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf auf. Die Kühlflüssigkeit kann beispielsweise Wasser mit einem Anteil von Glykol darstellen.
Der Synchrongenerator gemäß der Erfindung ist vorzugsweise ein fremderregter Synchrongenerator und weist eine Drehzahl von bis zu 50 Umdrehungen pro Minute auf, d. h. es ist ein langsam drehender Synchrongenerator.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schmutzfiltereinheit in dem Kühlkreislauf vorgesehen zum Filtern von Partikeln bzw. Schmutz in der Kühlflüssigkeit. Der Filter ist austauschbar ausgestaltet, so dass eine Reinigung des Filters ermöglicht wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Pumpe dauerhaft betrieben bis zu einer vorab festgelegten Betriebsdauer. Nach dieser vorab festgelegten Betriebsdauer kann die Pumpe bei Bedarf betrieben werden. Nach der vorab festgelegten Betriebsdauer kann der Filter gereinigt bzw. ausgetauscht werden, so dass sichergestellt werden kann, dass die Partikel bzw. der Schmutz, der sich in der Kühlflüssigkeit befindet, herausgefiltert worden ist.
Die Erfindung betrifft den Gedanken, den Rotor und insbesondere die Polschuhe durch ein Flüssigkeitskühlsystem indirekt zu kühlen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher erläutert.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Windenergieanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Kühlsystems einer Windenergieanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Abschnitts eines Kühlsystems einer Windenergieanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Gondel einer Windenergieanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers eines Kühlsystems einer Windenergieanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Generatorrotors einer Windenergieanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
7 zeigt eine schematische Schnittansicht des Rotors von 6.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Windenergieanlage weist eine Gondel 100 (mit einem Spinner und einer Spinnerverkleidung), einen Generatorrotor 200 und ein Kühlsystem 300 auf. Der Generatorrotor 200 ist innerhalb der Gondelverkleidung 100 vorgesehen. Das Kühlsystem 300 ist ein Flüssigkeits-Kühlsystem mit einem Kühlkreislauf, in welchem eine Kühlflüssigkeit fließt. Diese Kühlflüssigkeit kann beispielsweise eine Kombination aus Wasser und Glykol darstellen. Das Kühlsystem 300 weist mindestens einen Wärmetauscher 310 auf, welcher außerhalb der Gondelverkleidung 100 vorgesehen ist. Alternativ dazu kann der mindestens eine Wärmetauscher 310 in oder an der Gondelverkleidung 100 integriert sein. Das Kühlsystem 300 weist ferner mehrere Kühlrohre 310, eine Pumpeneinheit 320, optional ein Ausdehnungsgefäß 330 sowie optional eine Filtereinheit bzw. Schmutzfängereinheit 340 und mindestens einen Kühlkanal 340 in dem Generator-Rotor 200 auf.
Durch das Kühlsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und den dazugehörigen Kühlkreislauf kann Kühlflüssigkeit durch die Kühlkanäle 340 in den Generatorrotor 200 fließen und kann somit den Generatorrotor kühlen. Durch die Wärmetauscher 310 kann die durch den Generatorrotor erwärmte Kühlflüssigkeit wieder abgekühlt werden. Das Kühlsystem 300 befindet sich in bzw. an einem Rotor bzw. der Spinnerverkleidung der Windenergieanlage, d. h. das Kühlsystem befindet sich in bzw. an dem drehenden Teil der Windenergieanlage.
2 zeigt einen ersten Ausschnitt des Kühlsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In 2 ist dabei die Pumpeneinheit 320, das Ausgleichsgefäß 330, ein Sicherheitsventil gegen Überdruck 302 und optional ein Drucksensor 303 vorgesehen. Die Pumpeneinheit 320 dient dazu, Kühlflüssigkeit durch das Kühlsystem zu pumpen. Das Ausgleichsgefäß dient dabei dazu, überschüssige Kühlflüssigkeit aufzunehmen, damit der Druck innerhalb des Kühlsystems nicht einen vorgegebenen Wert überschreitet.
3 zeigt einen zweiten Ausschnitt des Kühlsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Kühlsystem weist Kühlrohre 301 sowie eine Filtereinheit bzw. eine Schmutzfängereinheit 340 auf. Die Schmutzfängereinheit 340 ist austauschbar ausgestaltet. Damit kann die Filtereinheit bei Bedarf ausgetauscht bzw. gereinigt werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Pumpeneinheit 320 für eine vorgegebene Anzahl von Betriebsstunden (z. B. 300 h) betrieben werden. Bis zum Erreichen dieser Betriebsstunden wird die Pumpe dauerhaft betrieben. Spätestens nach Erreichen der festgelegten Betriebsdauer wird die Filtereinheit 340 gereinigt bzw. ausgetauscht. Nach Austausch bzw. Reinigung der Filtereinheit wird die Pumpe nur bei Bedarf betrieben. Somit kann erreicht werden, dass in dem ersten Zeitintervall bis zum Erreichen der vorab festgelegten Betriebsdauer die Kühlflüssigkeit von Partikeln und Schmutz gereinigt wird. Da das Kühlsystem ein geschlossenes Kühlsystem darstellt, sollten nach Austausch bzw. Reinigung der Filtereinheit keine weiteren Partikel bzw. kein weiterer Schmutz in der Kühlflüssigkeit vorhanden sein, so dass die Pumpe nur bei Bedarf aktiviert werden kann.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Gondel einer Windenergieanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Gondel weist dabei einen Rotor (einen sich drehenden Teil) 10 (mit einer Spinnerverkleidung) und einen hinteren – sich nicht drehenden – Teil 20 auf. An dem Rotor 10 sind Anschlüsse 30 für die Rotorblätter 31 vorhanden. Außen an dem Rotor 10 ist mindestens ein Wärmetauscher 310 vorgesehen. Dieser Wärmetauscher 310 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann dem Wärmetauscher 310 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen. Der Wärmetauscher 310 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist Teil eines Flüssigkeits-Kühlsystems zum Kühlen des Generatorrotors. Hierbei kann das Kühlsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dem Kühlsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmetauschers 310 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Hierbei kann der Wärmetauscher 310 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auch als Wärmetauscher in dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
Der Wärmetauscher 310 weist einen Zufluss bzw. Abfluss 311, einen ersten Rohrabschnitt 313, eine Vielzahl von Kühlrohren 314 sowie einen zweiten Rohrabschnitt 315 auf, welcher mit einem Abfluss bzw. Zufluss 312 verbunden ist. Zwischen dem ersten und zweiten Rohrabschnitt 313, 315 sind eine Vielzahl von Kühlrohren 314 vorgesehen. Die Kühlflüssigkeit fließt dabei durch die Abschnitte 313, 314 sowie durch die Vielzahl der Kühlrohre 314.
6 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Synchrongenerator-Rotors einer Windenergieanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Generator-Rotor 200 weist einen Polschuhträger 210 mit einer Vielzahl von Polschuhen 220 sowie mit mindestens einem Kühlkanal 230 auf. In dem Kühlkanal 230 kann die Kühlflüssigkeit des Kühlkreislaufs fließen und kann somit die Polschuhe 220 indirekt kühlen. Dieser Kühlkanal 230 kann den Kühlkanal 340 des Kühlsystems darstellen und kann zum Kühlen des Generatorrotors vorgesehen werden.
7 zeigt eine schematische Schnittansicht des Rotors von 6. Der Generator-Rotor weist mehrere Polschuhe 220 auf einem Polschuhträger 210 auf. Der Generator-Rotor weist ferner mindestens einen Kühlkanal 230 unterhalb des Polschuhträgers 210 auf. Dieser Kühlkanal kann als ein Kühlkanal oder als eine Mehrzahl von Kühlkanälen ausgestaltet sein.
Die Kühlflüssigkeit gemäß der Erfindung weist vorzugsweise einen Frostschutz auf, damit sichergestellt werden kann, dass die Kühlflüssigkeit nicht gefriert, auch wenn es zu einem Netzausfall kommt und die Windenergieanlage keine elektrische Energie aus dem Netz beziehen kann, um beispielsweise die Pumpe zu betreiben. Durch den Zusatz von Frostschutzmitteln zu der Kühlflüssigkeit wird somit sichergestellt, dass die Kühlflüssigkeit auch im Stillstand der Windenergieanlage nicht gefriert.
Die Drehzahl des Synchrongenerators gemäß der Erfindung liegt im Bereich zwischen 0 und 50 Umdrehungen pro Minute und insbesondere zwischen 0 und 20 Umdrehungen pro Minute.
Durch das Vorsehen des Flüssigkeits-Kühlsystems zum Kühlen des Generator-Rotors und insbesondere der Polschuhe kann der Erregerstrom, welcher in die Rotorwicklung gespeist wird, erhöht werden. Ohne das erfindungsgemäße Flüssigkeits-Kühlsystem und die damit verbundene indirekte Kühlung der Polschuhe würden die Polschuhe bei einem erhöhten Erregerstrom zu warm werden, so dass es zu Beschädigungen der Polschuhe kommen kann. Mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Kühlsystem wird somit sichergestellt, dass aufgrund der indirekten Kühlung die Polschuhe ausreichend gekühlt werden und einen vorab festgesetzten Temperaturschwellwert nicht überschreiten.

Claims

Windenergieanlage, mit einem Synchrongenerator, der einen Generator-Stator und einen Generator-Rotor (200) aufweist, und einem Flüssigkeits-Kühlsystem (300) zum Kühlen des Generator-Rotors (200).
Windenergieanlage nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkeits-Kühlsystem (300) mindestens einen Wärmetauscher (310) und mindestens einen Kühlkanal (340, 230) in dem Generator-Rotor (200) aufweist, wobei Kühlflüssigkeit durch den mindestens einen Wärmetauscher (310) und den mindestens einen Kühlkanal (340, 230) in dem Generator-Rotor (200) fließt.
Windenergieanlage nach Anspruch 2, wobei das Flüssigkeits-Kühlsystem (300) eine Filtereinheit (340) zum Filtern der Kühlflüssigkeit, eine Pumpeneinheit (320) zum Pumpen der Kühlflüssigkeit durch den Kühlkreislauf und ein Ausdehnungsgefäß (330) aufweist.
Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Generator-Rotor einen Polschuhträger (210) mit einer Mehrzahl von Polschuhen (220) und mindestens einem Kühlkanal (230) aufweist, durch welchen die Kühlflüssigkeit fließen kann.
Langsam drehender Synchrongenerator, mit einem Generator-Stator, einem Generator-Rotor (200) und einem Flüssigkeits-Kühlsystem (300) zum Kühlen des Generator-Rotors (200).