风能设备以及用于运行风能设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于运行风能设备的方法，所述风能设备用于从风能中产生电能。此外，本发明涉及一种相应的风能设备，所述风能设备具有转子，所述转子具有转子叶片，所述转子叶片具有基本上水平的旋转轴线。
【背景技术】
[0002]风能设备通常是已知的并且现今最经常碰到的风能设备类型是所谓的水平轴线风能设备。在此，具有转子叶片的转子围绕基本上水平的旋转轴线旋转。旋转轴线可以略微地倾斜，例如倾斜几度，但是在专业领域中仍称为水平轴线，即区分于完全不同的设备类型例如所谓的达利涡斯(Darrieus)转子。
[0003]这样的水平轴线风能设备的转子扫掠基本上垂直的转子平面或者转子面。该转子面在现代风能设备中也显著地沿着竖直方向延伸。每个转子叶片在此在旋转时用其叶片尖端在六点钟部位到达该转子面的最深点一次并且在12点钟部位到达该转子面的最高点。该最高点在此可以有时高于最深点数倍。E-82类型的ENERCON风能设备例如具有82m的转子直径并且存在如下变型形式，其中轮毂高度、即转子面的轴线高度或者中点设置在78m的尚度中。也就是说，在此最株点位于37m的尚度上并且该最尚点位于119m的尚度上。最高点由此是最深点的三倍高。即使在更高的轮毂高度情况下，在转子面的该最深点和最高点之间也存在显著的高度差。
[0004]以实际视点来观察，风具有自然的高度廓线，据此，所述风(对于相关的高度而言)随着高度的增加在地基上更高或者更强。被扫掠的转子面的高度差由此引起相应地存在不同强度的风。相应地，风在最深点是最弱的而在高点是最强的。换言之，即风能设备被大气边界层内或强或弱地形成的剪切流绕流。这可以称为风高度廓线并且该风高度廓线在风能设备运行时引起转子叶片处的局部的攻角的波动，使得会出现所不期望的交变负荷和不均匀的扭矩输出。也会出现因转子叶片处的流动分离而引起的增强的声发射。
[0005]应当指出，该观察尤其是观察和涉及因风高度廓线引起的这些问题。增加困难的是，不同程度湍流的风自然也会引起不同的观察。然而这些问题在此被排除，因为它们通常可以被忽略或者如果它们不可以被忽略，那么它们需要单独观察，所述单独观察在此不是主题。
[0006]为了解决该问题或者这些问题，已经在US 6，899，523中提出一种叶片设计，所述叶片设计具有不同的部段，所述部段设计用于不同的叶尖速比。从US 2010/0290916中已知一种所谓的集成的叶片设计，其中转子叶片被设计为，即所述转子叶片在尽可能大的攻角或者迎流角上仍具有令人满意的升阻比。由此在该处提出:尽可能不将叶片优化到各个尽可能最佳的攻角上，而是更愿意关于攻角实现略大的区域，即使所述升阻比对于最佳的攻角而目不应再是最佳的。
[0007]然而，随着风能设备的大小增大，因风高度廓线引起的差异增加并且从而相应的问题增加。
[0008]德国专利商标局在关于本申请的优先权申请中检索了下述现有技术:US6, 899, 523 B2，US 2010/0 074 748 Al，US 2010/0 078 939 Al，US 2010/0 092 288 Al，US 2010/0 290 916 Al 和 BOSSANYI, E.A.:1ndividual Blade Pitch Control for LoadReduct1n.1n:ffind Energy 2003 年第 6 卷，第 119-128 页-Online-1SSN: 1099-1824。
【发明内容】
[0009]本发明由此基于下述目的:解决所提到的问题中的至少一个。尤其是要提出一种解决方案，其中减少因风高度廓线产生的负荷、降低声发射和/或提高收益。至少要提出一种替选的解决方案。
[0010]根据本发明提出一种根据权利要求1所述的方法。
[0011]由此描述了一种风能设备，所述风能设备具有空气动力学的转子，所述转子具有转子叶片，所述转子叶片具有基本上水平的旋转轴线，以便从风能中产生电能。
[0012]风能设备在此定向为，使得方位位置与恰好到风中的定向偏离了方位均衡角。目前，风能设备用其方位位置恰好到风中地定向，以便也能够最佳地利用风。但是此时提出:有意地相对于关于风的这种最佳的定向调节风能设备的方位位置或者方位定向、即调节了方位均衡角。已经认识到，通过这种方位调节能够降低作用到转子叶片上的因风高度廓线引起的交变负荷。转子叶片因此不再完全地垂直于风运动，而是与其略微倾斜地运动。在适当地实行该方位调节时，这意味着:每个转子叶片通过相对于风的这种倾斜的运动在转子面的上部部分中大致远离风运动并且从而在下部部分中大致朝向风运动。
[0013]根据一个实施方式提出:风能设备关于从风能设备朝向风的视线向右与到风中的定向偏离，或者所述风能设备在其方位位置中关于从上到风能设备上的视线沿着顺时针相对迎着风的定向偏离。也就是说，风能设备在其方位位置中被向右调节。这与转子的转动方向相关联，所述转子通常从风能设备的视线中逆时针转动或者从前方的、即常规地从风向到风能设备上的视线中顺时针转动。如果风能设备以相对该通常的旋转方向偏离地从风能设备的视线中顺时针转动或者从前方的、即常规地从风向到风能设备上的视线中逆时针转动，那么也相应地调整所提出的方位调节。
[0014]在0.5°至3.5°的范围中的方位均衡角已经会引起有利的效果、即叶片负荷的均衡、即交变负荷的减少。优选地，该区域在1°至3°中并且特别是提出1.5°至2.5°的范围，所述范围在从测试中已引起极其正面的效果。这样的相对小的值也可以具有下述优点:必须考虑因非最佳地调节方位角而引起的少量的收益损失。在第一近似中，收益与调节相对于风的方位角的相关性通过正弦函数来描述。这就是说，对于角度0、即最佳的定向而言，存在为I的最大值，所述最大值在角度偏离小到零的情况下几乎不减小，如从正弦函数中已知的那样。
[0015]根据一个实施方式提出:根据主导的风速选择方位均衡角。这样例如在风弱时可以选择较小的方位均衡角，以便于是将风能设备仅小于最佳的定向地调节到直接迎着风，因为例如在风弱时绝对负荷是较小的并且从而交变负荷也具有较小的作用、尤其是引起较小的疲劳现象。主导的风速在此例如可以通过风能设备上的风速计或者通过另一种方法检测。
[0016]此外或者替选地提出:循环周期地调节转子叶片的各个叶片角，使得减少因风的高度廓线引起的交变负荷。叶片角在此表示转子叶片的攻角，所述攻角也称为俯仰角。在此尤其是可以将叶片角调节为，使得所述叶片角在转子面的上部的区域中被调节为大致偏离风并且在转子面的下部的区域中被调节为大致迎着风。这尤其是应当循环周期地进行、即不基于持续的测量并且因此尽可能不以调控的形式而是通过固定的值进行，所述值与每个叶片的每个旋转位置或者旋转位置的区域相关联。在此，该相关性可以考虑其它参数如主导的风速、地点依赖性、风向、季节和白昼。对叶片负荷的持续测量、例如通过测量叶片曲率可以停止。相应地，也通过调控来避免可能的稳定性问题，尽管调控的使用也可以是实施的选项。
[0017]通过循环周期地调节叶片的叶片角来减少交变负荷可以遵循以之前所记录的测数值或者之前所计算的值或者这些设备或者其它设备的经验值。相应地，对于每个转子叶片单独地进行叶片角的各自的设定。各自的设定在此能够这样进行，使得当风能设备例如具有三个转子叶片时，对于每个叶片而言使用相同的、但是从一个叶片到下一个叶片移动120°的设定函数。在此重要的是，每个转子叶片提供专用的转子叶片调节机构。
[0018]根据一个实施方式提出:将叶片角循环周期地调节为，使得迎流角保持尽可能恒定。这相应地对于每个转子叶片单独地提出。迎流角在此是下述角，借助于所述角，视风在该处在叶片尖端处流向转子叶片。替代于叶片尖端或者除了叶片尖端之外，也可以基于转子叶片的靠外的三分之一的区域、尤其是在转子叶片长度的70%、75%、80%的区域或者在70%至80%之间的区域(从转子轴线处测量)。视风在此是真风与运动逆风的矢量加和，所述运动逆风因转子的转动并从而因叶片尖端的运动而存在。该视风如开头所描述的那样随着高度不仅在其幅度方面而且在其角度方面改变。提出:叶片转动，使得所述叶片在其叶片尖端