专利名称：风能设备及其建立方法
技术领域：
本发明涉及一种风力装置的建立方法以及该风力装置本身的构造。
背景技术：
迄今为止，在建立风力装置时，需首先打造地基，然后竖立起风力装置的塔架，接着在塔顶安装机壳并且把转子和转子叶片安装到位。其后再安装电力模块，例如变压器、开关箱、如果可能还有一个逆变器、一个中压设备等等。除了风力装置之外，其他专门为此目而建立的小型建筑物也几乎总是这样做。
专利DE 198 16 483.1已经建议在塔架内安置变压器，因此没有必要建立一个特定的具有自身地基的变压器建筑物。
发明内容
现在，本发明的目的是发展一种方法，通过这种方法，可以更加便利、尤其会更加迅速地建立风力装置。
本发明的另外一个目的是特别为离岸风力装置提供一种适合的解决方案。
通过具有如权利要求1所述特征的方法而实现了上述目的。在从属权利要求中提出了有利的发展。
本发明首先建议把电力模块安放在一个带壁的容器内，容器壁设置在塔架壁与电力模块之间。因此，电力模块具有其自身的壳或者放置在风力装置塔架中的隔离空间内。这种结构的独特优点在于由此，它以一种特别的方式，对于离岸风力装置来说，在水渗入塔架时，可以保证安装在其中的电力模块以及电力设备单元不会同时遭受损害性影响。
如果变压器和电力模块的其他部件如开关装置、逆变器等布置在风力装置内的隔离空间中，这些部件也可以相对容易地与风力装置塔架内的其余环境空气相隔离。在风力装置的某些情况下，如果风力装置是一离岸风力装置从而空气中可能含有一些盐分，则这种布置是非常重要的。把电气敏感元件封闭在壳内意味着原则上，这些元件可以例如通过封壳与风力装置塔架内含有盐分的内部空气相隔离，而电力模块也设置有一个容许人员通行的密封装置(lock arrangement)。如果对封壳内电气元件的冷却是必需的，那么所述的装置就可以具有合适的冷却管道，所述的冷却管道通往塔架内部，并且例如沿着塔架壁延伸，通过所述装置，在此空气可以导入冷却管道(通过风扇)，然后以冷却状态重新返回封壳内，这样，在封壳内循环的始终是相同的空气，而没有掺入塔架内其余空间中的空气，所述的空气在某些情况下会含有盐分。
与以往风力装置的设计结构不同，放置于容器中的电力模块可以在塔架竖立起来之前就已经放置在建好的风力装置的基座上，或者装有电力模块的容器在工厂里就已经装配并固定在塔架中，如此，在建立那些风力装置时，离岸风力装置的电气元件不会遭受损害，这些电气元件对水分和湿度很敏感。
把电力模块尽可能地预制好并安装在托架上，因此，利用一个在任何情况下建立风力装置都会用到的起重机，电力模块可以安放在塔架基座或平台上；风力装置的整个系统建造过程——尤其是布置电缆——以及整个系统准备过程可在一个隔离空间内进行，通过调节控制模块、设置开关箱等进行系统的准备过程，并且可以在建好塔架后开始这些过程。
如果电力模块的支承件和/或电力模块的容器在下方具有支承底座，那将会是特别有利的，所述的支承底座位于事先设置在塔基上的平板上方。所述的平板在制造基座时已经嵌入并固定于基座的选定位置处，这样，在以后可以一种非常简单的方式安装电力模块。
最后，如果为延伸到风力装置外部的电缆提供中空管也将是非常有利的，所述的电缆更确切地说是电力传送电缆、控制电缆等等。在风力装置的基座中或基座上方为所述的中空管提供中空管系杆，这些中空管系杆把中空管固定在规定的位置处。为此目的，所述的中空管系杆通过支撑臂而固定，所述的支撑臂又精确预制在基座部件中或预制在电缆输送装置的底部，特别地，这些中空管系杆以这样的一种方式布置伸出电力模块而进入基座的电缆具有一标准、最短和最优的电缆路线。
因此，在建立基座时，通过预制独立模块或标准化地制造例如中空管系杆、电力模块支承件等，依照本发明所采取的措施也简化了风力装置中所有电气设备的安装。
依照本发明所述的方法，可以显著地缩短风力装置的整个建立周期。另外，本发明减少了整个风电装置的建立成本而没有增加任何技术上的缺陷。
具体实施例方式
以下通过一个图示的实施例更加详细地描述本发明。
图1示出了一个带有钢筋1和2的预制基座(没有混凝土填充物)的俯视图，该基座位于中空的管3之上，管3以支柱的形式保持在毗邻钢筋的塔架的最底部。该图同时示出了支承板5，安装支承板5以把臂保持于塔架的最底部(在风力装置建起后，支承板的主要部分将无法看见)。
中空管3是为了在以后容置例如输电电缆等的电缆，通过这种方式，所有由风力装置产生的电能将通过地下电缆输送到电网中。因此，管的数目通常不是一个而是多个。
图2示出了填充了混凝土之后的基座部分。在这里可以看到，中空管仍然保持在预先固定的位置，支承板也被浇注进混凝土中相应的位置，为此，在混凝土浇注过程中，需要注意保证支承板完全地搁置在混凝土结构上，这样就可以确保载荷分布在一个区域上。混凝土延伸到支承板的上边缘，并且仔细地与板边缘相结合。
在混凝土凝固之后，用于固定支承板的支撑臂以及用于固定中空管的系杆可以拆除并在建立其他的风力装置时再利用。
在混凝土凝固之后，为进一步建立风力装置，塔架并没有被放置在基座部分上——迄今为止这是常规的——而是依照本发明把电力模块首先安放在支承板上。
这样的电力模块7示出于图3中，所述电力模块7是两件式的构造，并且不带有封壳，而在这种情况下，电力模块可以进一步包含其他部件。
在图示的实施例中，电力模块7的两部分层叠放置，整个电力模块包含两个相互叠放的支撑件8，支撑件8反过来又容置有电力模块的基本部件，例如变压器、逆变器、开关箱、中压设备等。
相互叠放的支撑件以框架的形式构建，并且一个支撑件精确地固定在另一个支撑件的上方，以确保相互之间可靠的固定。
单个支撑件还包含有四个竖直取向的连接在一起的梁构件，这四根梁构成一个矩形。这些梁构件在底部和顶部通过螺钉拧到一起。
在把电力模块安装到基座上之后，塔架将被竖立起来，在这种情况下，塔架套住电力模块。为此目的，就长宽而言，电力模块的外部尺寸要小于塔架在底部区域/基座区域的内径。
在塔架建立起来之后，风力装置将象通常那样装备有机壳，转子安装在合适的位置，在发电机和电力模块之间设置合适的电气连接，以把装置投入运行，并且电力模块(变压器的输出端)也连接到电力供应网上。
当把上文所述的中空管或用于承载电缆的设备事先固定于指定位置后，可以极其迅速和优质地实现电力模块和电网之间的连接，在此情况下，电缆的总体长度得到了优化，因为中空管定位在标准、优化的结构设置中的所需位置处，从而电缆从该基座伸出，而连接到电力模块的相应部件。
在依照本发明的风力装置中，如果通往风力装置的通路不必再是经由位于固定基座区域处的一个常规的门，而是经由一个通向带有高压或中压的电力模块部件的上部区域的门(通路)，这将是十分有利的。为此，可以在塔架外部配备一个合适的梯子或楼梯。此通路门的位置的优点是比较经常进入装置的人员不必总是需要穿越在装置运转时带电的电力模块部件。这也可以保证在风力装置正在运转的情况下，没有人会意外地或错误地接近电力模块，从而接触到带有电压或电流的部件而引发严重事故。
然后，在塔架入口区域中设置有一个合适的中间平台，进入塔架的人员可以通过此平台然后进一步在塔架内部于风力装置中上攀，或者在各种控制设备处进行调整，或者还可以读取测量数据。
一个依照本发明类型的风力装置涉及这样的一种装置其额定功率通常超过100kW，优选地，额定功率为500kW、1MW、1.5MW或更高。优选地，在中间平台上配备一个可闭合的板，人员可通过该板而进入电力模块的下部区域。合上该板可以保护下部电力模块未经许可的访问或进入。
在此情况下，塔架基座区域的内径可以有几米，从而使得该处整个区域的面积可以有100m2或更多，这样就有足够大的面积来容置电力模块。就本申请目前所用到的术语“电力模块”而言，它特别指风力装置上的转换器和电网传输区域。特别地，它们尤其指例如变压器、逆变器、紧急开关、中压开关箱或者配电器等组件。
如前所述，电力模块放置在自身的容器内或放置在风力装置内部。所述的容器可以由一个圆柱管组成；在把电力模块放置在基座上之后，该圆柱管套在整个电力模块之上；或者电力模块在工厂中就已装入圆柱管中，这样，在运输圆柱管时整个电力模块也被同时运输。特别地，容器可以在所有方向上大体封闭但至少配备一个入口，并且，如果在管中以多层的方式制造电力模块，则可以通过位于模块内的楼梯或梯子抵达电力模块的各层。
也可以在容器中设置一个另外的空间或房间，其可作为例如维护工程师等人的更衣室或休息室。特别地，当在离岸风力装置中及恶劣天气状况下实施本发明时，工程师们将被迫在风力装置中停留一段时间，提供这种另外的空间或房间是非常合适的。因此也应当在此空间或房间中设置最常用的物品，如淡水、食物、睡眠设施、通讯装备，以备长时间的停留。
此外，该空间或房间也可以实现一个密封功能，并且可以与风力装置的内部密封隔绝。这样，例如在风力装置内发生火灾的情况下，人员可以在里面避难、安排和等待救援。
如果封壳包括一个圆柱形的管，所述管的上端和底端或者可能设有的其他开口可以关闭起来而运输到安装地点；或者，管子上端和下端在开始就紧闭着，这样，即使在恶劣的天气下，往安装地点的运输或建立活动的中断也不会导致海水或潮气渗入容器内从而接触电力模块的电敏感部件。
如果需要冷却电力模块元件，可以这样地设计容器可以在电力模块内部和风力装置的塔架内部进行空气交换。然而，优选的是，只在电力模块的外部把废热从电力模块排放到塔架内部。为此目的，可为电力模块配备一个闭合的空气回路，该回路通过一个合适的热交换器，例如以冷却盘管的形式把热传输到塔架内部。
如果必需对电力模块的单个元件进行冷却，其也可以通过以下方式来实现空气通过通风管12——图7——(通风井)穿过封壳的内部，且通过那些通风井在另一位置处再次把冷却空气输回封壳内，所述通风井的一侧开口于封壳内。封壳内空气的强制对流是通过位于单个通风井的入口和/或出口处的风扇来实现的。如果那些通风道(通风井)直接地以与其接触的方式经过风力装置的塔架，例如构造成多层相互重叠的螺旋形状，那么空气就可以在通风道内部冷却，因为塔架壁自身就形成一个冷却单元，在塔架壁部的周围总是有外部空气或水在流动。以上所述变体的特别有利之处在于封壳的内部总是与塔架内部相分离，并且，如果此风力装置是一个离岸风力装置，那么封壳内部将不可能与渗入到塔架内部的含盐空气相接触。这意味着封壳内部的电力模块的所有电气部件都得到了保护而不会与例如含盐空气等的具有强烈破坏效果的空气相接触，不必对塔架的整个内部同时采取保护措施以防止塔架内部受到含盐空气的侵袭。
在变压器和其他电子元件的封壳是闭合的情况下，在封壳内放置一个失火时就触发的消防装置也是合适的。该消防装置也可以作如下配备使整个设备充满一种如CO2的惰性气体，这样，封壳内的氧气就会减少，从而可能发生的火灾就失去了必需的氧气。然而，除了例如CO2之类的气体之外，也可以利用氮气或其他惰性气体。这种惰性气体储存在一个储罐内，通过一个或多个在发生火灾时(或者在温度急剧升高时)作出响应的传感器，借助于一个关闭惰性气体储罐的阀门，所述的惰性气体可以非常迅速地流入封壳内。
在某些情况下配备了安全装置，以阻止惰性气体在有人位于封壳内时流入封壳中。这种安全装置也可以包含例如开关元件等，此开关元件在操作人员进入封壳时激活，这样就可以阻止惰性气体进入封壳。
在含盐空气仍然会进入封壳的情况下，如果在封壳内设置有从空气中清除掉已经存在的盐分的装置也是可取的。
因此，为了使尽量少的含有盐分的空气进入封壳内，在封壳中配备一个密封装置也是有利的，所述的密封装置优选地用玻璃纤维增强塑料材料(GRP)制成。如果操作人员希望通过密封装置进入封壳，气体就会在压力作用下进入密封装置，这样，操作人员就可以逆着气流进入封壳。因此，封壳再与另一个储罐连接是有利的，在此储罐内储存有几乎不含盐分的空气，当操作人员希望通过密封装置进入封壳时，储罐内的气体就会在压力作用下进入封壳。
如果在封壳内设有合适的装置以尽可能地减少封壳内的水分，这也是有利的。例如，这样的一种装置可以是一个珀耳帖元件(Peltierelement)。
如果对相应的对空气中的盐分或水分响应的传感器检测出盐分值或水分值已经超出了设定的范围，则从空气中清除盐分以及降低水分的装置就会被激活。从空气中清除盐分以及降低水分的装置将一直保持激活，直到盐分和/或水分降到预定值之下。
封壳及封闭于其内的电力模块可以放置在风力装置基座上，或放置在风力装置塔架内部的一个平台上。在风力装置被建成一个离岸装置的情况下，优选地，所述的平台可以安放在很高处且紧挨风力装置机壳下方，从而尽可能地保证尽可能少的盐分进入封壳内。
有利的，盐分和/或水分传感器所探测到的数据被传送到一个中央工作站，在那里对整个风力装置进行控制或监视。清除封壳内盐分或者降低水分的装置可以通过中央工作站而激活。
为防止所涉及的电力模块部件发生火灾，也可以在正常运转期间在整个封壳内充满含氧量低的气体。这可以通过如下方式实现从封壳内的空气中除去氧气以使氧气的含量低于空气中氧气的正常含量。可以理解，也可以在整个封壳内供以高含量的CO2(高达100％)或者氮气(高达100％)或者其他惰性气体(通过储罐)。只有当操作人员希望进入封壳时才在封壳内恢复正常的空气，以便可以在里面停留。在这种情况下，仅在封壳内产生一个允许人无需使用呼吸设备而停留在封壳内的空气环境时，密封装置才打开。
依照本发明的封壳不但可以设置在风力装置内，而且也可以直接安装在塔架外部。这可以通过如下方式完成例如，整个封壳安装在塔架外部的平台上或者直接固定在塔架上。如果封壳呈封闭管的形式并且被安置在塔架外部，那么人们就可以通过门或者密封装置进入封壳以及塔架内部。通过这种变体，也可以容易地利用伸入或环绕塔架的通风道冷却封壳的内部，而风力装置周围的外部空气却不会与封壳内的空气相接触。
有利的，封壳是多件式的，这样，例如在更换电力模块的单个部件时，就不需要移掉整个封壳，而是只需移掉对应模块部分的封壳，而该封壳部分正好包围需更换的电力模块部件。
图5示出了一个依照本发明的具有塔架9的风力装置12的侧视图。图6示出了沿图5中A-A线的截面。在这里，从图6可以看到一个封壳10设置在电力模块7和塔架壁之间，封壳10也可以是一个管子。
图7示出了一个沿塔架区域纵向剖开的视图。从这个方位再次可以看到，封壳10将电力模块7与塔架壁9完全地隔开。为冷却电力模块，风扇11使得封壳内的空气流入通风道12；通风道12的一部分直接安装在塔架壁9上，这样，热空气可以特别地在那里冷却下来，然后重新流回封壳10。显然，通风道可以采取任何形状，并且，特别地，也可以沿塔架壁9螺旋地前进，以便为通风道12内的空气提供最佳的冷却。
图8示出了一个依照本发明的风力装置的局部剖视图，从其中可以看到在封壳内风力装置的不同部分被安置在不同的高度层上。
图9示出了图8所示的一个高度层的局部剖开的俯视图。图9示出的是入口层(第三层)的俯视图(局部剖开)，在该入口层安置了一个控制箱、一个控制台以及一个DUV台等。铺在那里的地板可以去掉，以便从位于其下方的层往该第三层搬运部件，由此再进到出入层。在某些情况下这是很重要的，比如，有时必须利用起重机把一个部件从第一、二层吊到第三层，以便再通过风力装置的出口搬运到外面。
图11示出了一个电源箱层的局部剖视图。可以在多个层中设置这种电源箱层，如在第4、5、6和7层配备电源箱层，因为，在相对较大的装置中，通常需要有多个电源箱，并且在某些情况下，不能把它们全部都放在同一层。为此，需要强调的是，在每一层都为废气设置了壁部开口，这样，废气就可以通过收集管排出，然后进入风力装置的塔架内，在那里空气可以通过与塔架壁的热交换而冷却下来。
如果封壳处于关闭状态，也可以使得封壳内的气压与壳外气压不同，尤其是与位于封壳外但却位于塔架内部的气压不同。
最后，也可以在封壳内和/或在一个通风道内配备一个加热和/或冷却设备，以便能够改变封壳内的温度。在某些情况下，当施工(无论因何种原因)停止下来并拖延了一段时间，并且在冬天温度降到很低时，配备一个加热设备是合适的。另一方面，通过一个冷却设备(比如一个热交换器)可以非常有效、非常迅速地降低封壳内的空气温度。
最后，有利的，整个封壳的形式为一种自承的装置，如此，整个封壳就可以和放置在其中的设备一起运输，尤其是用起重机搬运。特别地，如果封壳是管状的(如钢制的)，可以很容易地实现这种设计构造。这种设计构造的优点特别在于整个封壳，以及其中的所有部件，可以在工厂中制造，从而具有最高的质量，然后，剩下的仅仅是把它运输到将要建立的地点。
以上结构可大大地简化以后可能的拆除。
图12至16示出了带有上文已描述的电力模块的、依照本发明的风力装置的其它细节。在这里，这些描述特别解释了如何在风力装置塔架的外部入口和装置内部之间设置一个密封装置，所述的装置内部指设置有电力模块中的重要的电子和电气元件的地方；在整个风力装置被用作离岸风力装置时，所述的密封装置可以阻止含盐空气或咸水进入装置内部从而损害或毁坏电子或电气元件。
图15示出了在塔架底部的一个局部纵向切面中的多个层以及进入塔架内部的外部入口，在特定情况下，电力模块分布在所述的不同层面上，所述的外部入口位于图15的右上方。该入口通常是一个可以相应地关闭的门或门道。正如从图15看见的那样，一个平台101从门100大体上与塔架壁垂直地向内延伸，优选地，平台101与塔架直接连接，以便在建好塔架时就可以在上面行走。
图16示出了一个图15所示结构的俯视图，图上示出了管状模块7以及门100和平台101。在该平台的侧方还有其他平台，优选地，平台由栅格做成，它们也被固定地安装在塔架壁上，这使得人员可以在风力装置建造之后的一个非常早的阶段，穿过门100，取道上述的平台101、102，走到配备于塔架内的梯子103。
也可以从俯视图以及图15中看到，在与平台101直接相邻处、朝向塔架的内部设置有一个空间(这也可以在图10右下部看到)，该空间与平台101上部的空间一起构成了一个封闭的密封装置。在图16中以阴影线显示该密封空间的区域。
从外部进入所述密封空间的操作人员以及位于此密封空间内的操作人员可以在里面更衣或至少短时间地停留。其中也提供了卫生设备。在此密封空间中另有一个门104，该门通往塔架内部，即通向电力模块的设备单元。
优选地，所述的门104是防潮的，这样，当在某些情况下水分进入密封空间后，就无法再经由门104渗入装置内部。
图12示出了风力装置入口门100的外部视图。
图13再次示出了图16中一部分入口密封空间的放大局部视图。
图14为图15的更加详细的视图。其中可以清楚地看到入口密封空间的地板被固定于塔架内部本身，并且，优选地，该地板可以传导水分，这样，当入口门100打开而溅起的水或类似物进入入口密封空间时，溅起的水或类似物可以通过地板流走。在最好也呈栅格形式的地板下方安装了一块不透水的板，该板朝塔架壁向外倾斜。因此如果溅起的水或者操作人员衣服上的水分通过栅格滴入此空间，所述的水就可以再次通过开口105而直接地向外流走。
从图16以及图14、13中还可以看到，入口密封空间101可以由另一个门106关闭。该门，优选地也是防潮和不透水的，把入口密封空间和上述的带有卫生设施的中央密封空间隔开了。
权利要求
1.一种风力装置，包括一个建立在基座上的塔架和一个电力模块，其中所述的电力模块至少具有一个变压器，风力装置的发电机所提供的电能由该变压器被转换成中电压或高电压，其中所述的电力模块也包含其他单元，风力装置的发电机所生产的电能借助于这些单元得以控制和/或输送和/或转换，其中所述的电力模块有一个放置在风力装置基座上的支承件，所述的支承件容置电力模块的电气设备，诸如变压器，并且电力模块的长度和/或宽度小于风力装置的塔架的基座区域的直径，其特征在于电力模块容置于一个带有壁的容器中，其中所述的容器壁设置在塔架壁和电力模块之间。
2.如权利要求1所述的风力装置，其特征在于所述的容器为一个管，该管的截面大体呈圆柱形。
3.如上述权利要求中的任一项所述的风力装置，其特征在于在所述的容器内设置一个隔离空间，所述的隔离空间可以作为风力装置的维护工程师的更衣室和/或休息室。
4.如上述权利要求中的任一项所述的风力装置，其特征在于所述容器具有这样的一种构造它可以水密地关闭，具体地说，它具有水密关闭装置。
5.如上述权利要求中的任一项所述的风力装置，其特征在于所述具有电力模块的容器在工厂里就已经放置在风力装置的塔架内部并与之连接。
6.如权利要求1至4中的任一项所述的风力装置，其特征在于所述具有电力模块的容器在塔架竖立起来之前就已经安置在风力装置的基座上。
7.如上述权利要求中的任一项所述的风力装置，其特征在于配备所述容器中的另外的空间，使其可以容许多人的长时间停留。
8.一种建立风力装置的方法，所述的风力装置包括一个建立在基座上的塔架和一个电力模块，所述的电力模块大体上装备有一个变压器，也可能装备有一个逆变器以及诸如开关箱的其他电气设备，设置这些电气设备以控制风力装置和/或传输和/或转换由风力装置的发电机所供应的电力，并将其输入电网，其中所述的电力模块设置在一个容器内，在塔架竖立起来之前所述的容器就已安装在基座上，或者在工厂中制造塔架时所述容器就已安装在塔架中。
9.如上述权利要求中的任一项所述的风力装置，其特征在于所述的风力装置是一种离岸风力装置。
全文摘要
本发明的目的是发展一种方法，通过此方法，可更有利地、尤其是更加迅速地进行风力装置的建立。本发明的另一个目标是特别为离岸风力装置提供一种合适的解决方案。一种风力装置，包括一个建立在基座上的塔架和一个电力模块，其中所述的电力模块至少具有一个变压器，通过该变压器，风力装置的发电机所提供的电能被转换成中电压或高电压，其中所述的电力模块也包含其他单元，通过这些单元，风力装置的发电机所生产的电能得以控制和/或供应和/或转换，其中所述的电力模块有一个放置在风力装置基座上的支承件，所述的支承件容置如变压器之类的电力模块的电气设备，并且电力模块的长度和/或宽度小于风力装置的塔架基座区域的直径，其特征在于电力模块容置于一个带有壁的容器中，其中所述的容器壁设置在塔架壁和电力模块之间。
文档编号H01F27/06GK1745248SQ200480003127
公开日2006年3月8日 申请日期2004年2月2日 优先权日2003年2月1日
发明者艾劳埃斯·乌本 申请人:艾劳埃斯·乌本