[发明专利]用能量生成单元改造风力涡轮机的方法

说明书

公开了一种用第二能量生成单元改造具有塔架和第一能量生成单元的风力涡轮机的方法。风力涡轮机已经以第一塔架寿命率运行第一时间段，并且具有第一塔架预期寿命设计值。方法包括以下步骤：确定在第一时间段期间使用的风力涡轮机塔架的塔架寿命；确定风力涡轮机塔架的剩余塔架寿命；用第二能量生成单元替换第一能量生成单元；以及以比第一塔架寿命率低的第二塔架寿命率运行改造后的风力涡轮机，以便将塔架的预期寿命值延长超过第一塔架预期寿命设计值。

技术领域

本发明总体涉及风力涡轮机，更具体地涉及一种方法，该方法用第二改进后的能量生成单元改造具有塔架和第一能量生成单元的风力涡轮机，并且以关于延长塔架的原始预期寿命的这种方式运行改造后的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机用于使用可再生资源且在不消耗化石燃料的情况下产生电能。通常，风力涡轮机将来自风的动能转换成电力。水平轴风力涡轮机包括塔架和定位在塔架顶上的能量生成单元。能量生成单元通常包括：机舱，该机舱收容若干机械和电气部件，诸如发电机；和转子，该转子借助从机舱延伸的主轴操作地联接到机舱中的部件。转子又包括中心毂和多个叶片，这些叶片从中心毂径向延伸，并且被构造为与风相互作用，以引起转子的旋转。转子支撑在主轴上，该主轴与被收容在机舱内部的发电机直接或间接操作联接。因此，随着风迫使转子旋转，发电机产生电能。

风力涡轮机是大型机电机械，因此遭受磨损和疲劳，该磨损和疲劳在风力涡轮机的运行期间随着时间的流逝而削弱风力涡轮机的结构完整性。因此，风力涡轮机通常具有总体预期寿命设计值。以示例的方式，当前风力涡轮机通常具有大约二十年的预期寿命设计值。由此，主要的风力涡轮机部件，诸如塔架、基座以及能量生成单元，被独立设计为各持续大约二十年。更具体地，这些主要部件中的每一个包括基于累积疲劳损伤的总寿命。总寿命的概念不是显著时间相关的，而是主要取决于贯穿部件的寿命施加的负荷。在运行期间，各部件可以以寿命率来表征，该寿命率是部件总寿命在运行期间用完的速率。和总寿命不同，部件寿命率取决于强加在特定部件上的负荷(力、力矩、循环等)。由此，例如，如果特定部件上的负荷较低，那么部件寿命率低，并且部件通常将持续较长时间。另一方面，如果同一部件上的负荷较高，那么部件寿命率对应地高，并且部件将持续更短的时间段。因此，风力涡轮机部件可以被设计为使得在运行期间的预期负荷下，部件将具有使得预期寿命设计值为大约二十年的寿命率。在这点上，并且如施加于风力涡轮机塔架的，在运行期间的塔架上的预期负荷下，例如可以选择材料类型、塔架的直径、塔架壁的厚度以及塔架的其他参数，使得塔架的预期寿命设计值为大约二十年。

在一些风力涡轮机设备中，各种风力涡轮机部件，诸如与能量生成单元关联的部件，可能具有可靠性问题，使得必须执行定期维护和/或替换，以便保持风力涡轮机运行。这些部件的定期维护和/或替换导致高于预期的运行成本。另外，由于风力涡轮机在维护或替换操作期间脱机，所以来自风力涡轮机的实际发电量对应降低。简言之，风力涡轮机的运行成本超出预期，并且产生的功率低于预期。在严重情况下，风力涡轮机的投资回报在这种场景中可能受到不利影响。更具体地，如果与风力涡轮机关联的利润率意外下降(即，大大低于预期)，那么风力涡轮机运营商在预期寿命设计值所分配的时间量内可能没有足够的时间来收回对风力涡轮机的原始投资，并且风力涡轮机的财务可行性可能会受到危害。

在其他风力涡轮机设备中，作用在风力涡轮机的部件上的负荷可能偏离预期设计值，使得部件寿命率高于预期，并且风力涡轮机部件的预期寿命降低。在这种情况下，各种部件的预期寿命可能不相同，并且风力涡轮机将在所有部件达到其各自的预期寿命设计值之前达到其使用寿命的终点。与上述内容类似，取决于实际负荷与设计负荷之间的偏差的严重程度，在这种场景中可能不利地影响风力涡轮机的投资回报。以示例的方式，认为当今运行中的一些风力涡轮机具有能量生成单元，这些能量生成单元对它们的风力涡轮机塔架强加高于预期的负荷，使得塔架以显著高于预期的速率老化。因此，预期风力涡轮机塔架在它们的预期寿命设计值之前早早就达到其使用寿命的终点。由此，风力涡轮机运营商可能没有足够的时间来收回原始投资，并且风力涡轮机的财务可行性可能受到危害。