[发明专利]用于设计和运行风能设备的方法，风能设备以及风电场

说明书

本发明涉及一种用于设计和运行用于从风中产生电功率的风能设备(100)的方法，其中所述风能设备(100)具有空气动力学的转子(106)，所述转子具有其叶片安装角可调节的转子叶片(108)，其中所述转子叶片(108)在转子叶片根部(114)和转子叶片尖端(116)之间配备有多个涡流发生器(118)，其特征在于，在相应的转子叶片(108)的纵向方向上直到半径位置(r/R)执行所述涡流发生器(118)的配备，所述半径位置根据所述风能设备(100)的驻地处的空气密度(ρA、ρB)来确定。本发明还涉及一种风能设备(100)的转子叶片(108)、一种相关的风能设备(100)和一种风电场。

技术领域

本发明涉及一种用于设计和运行用于从风中产生电功率的风能设备的方法，其中风能设备具有空气动力学的转子，所述空气动力学的转子具有叶片角度可调节的转子叶片，其中转子叶片在转子叶片根部和转子叶片尖端之间配备有多个涡流发生器。本发明还涉及一种风能设备的转子的转子叶片、一种风能设备和一种风电场。

背景技术

为了影响转子叶片的空气动力学的特性，已知在转子叶片的横截面轮廓上设置涡流发生器，所述涡流发生器包括多个垂直于表面伸展的涡流元件。例如也作为术语漩涡发生器已知的涡流发生器用于在转子叶片的表面上产生湍流的空气流的局部区域，以便提高抵抗流动分离的阻力。为此，涡流发生器使在转子叶片处靠近壁的流动产生涡流，因此靠近壁和远离壁的流动层之间的动量交换强烈提高，并且靠近壁的边界层中的流速增加。

具有涡流发生器的转子叶片的批量生产通常在成本优化的生产的背景下统一进行，也就是说，对于每个驻地都设置涡流发生器的相同配置。

根据驻地的不同，风能设备会受到各种各样的环境影响，尤其风能设备在日间和季节性变化中所经受的风场的特性可能会有很大差异。风场通过大量参数来表征。最重要的风场参数是平均风速、湍流、竖直和水平的剪切力、风向随高度的变化、倾斜流和空气密度。

空气密度的变化，尤其由空气密度降低引起的在转子叶片处的迎角的增加，通过如下方式来应对：自所限定的功率起，提高叶片安装角，所述叶片安装角通常也称为桨距角，以便避免即将发生的流动分离，尤其在转子叶片的中部区域中，否则所述流动分离会导致严重的功率损失。

德国专利商标局在本申请的优先权申请中检索了以下现有技术：DE 601 10 098T2、US 2013/0280066 A1、WO 2007/114698 A2、WO 2016/082838 A1、WO 2018/130641 A1。

发明内容

在此背景下，本发明的一个目的是改进用于设计和运行风能设备的方法，所述方法的特征在于更有效地运行风能设备，但是也给出一种转子叶片、一种风能设备以及一种风电场，所述转子叶片、风能设备以及风电场实现更有效的运行。

根据一个方面，本发明所基于的目的通过一种具有根据权利要求1的特征的用于设计和运行风能设备的方法来实现。根据权利要求1，提出了一种用于设计和运行用于从风中产生电功率的风能设备的方法，其中风能设备具有空气动力学的转子，所述转子具有其叶片安装角可调节的转子叶片，其中转子叶片在转子叶片根部和转子叶片尖端之间在半径位置处沿着纵向方向配备有多个涡流发生器。改进风能设备的运行效率的目的通过如下方式实现：在相应的转子叶片的纵向方向上配备涡流发生器直至如下半径位置，所述半径位置根据风能设备的驻地处的空气密度来确定。

因此，根据本发明提出，在具有较低的空气密度的驻地处进行涡流发生器在相应的转子叶片上的经调整的配备，以便防止相对于与驻地无关地批量进行用涡流发生器配备转子叶片由于较低的空气密度而出现流动分离，因为涡流发生器提高最大的迎角，在所述最大的迎角中出现失速。用涡流发生器与驻地相关地，即非统一地配备转子叶片会导致提高的收益，所述收益总计能够在生产侧可能显著地过度补偿与驻地无关的配备的节省。