DE102007027849A1

DE102007027849A1 - Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage

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Publication number: DE102007027849A1
Application number: DE102007027849A
Authority: DE
Inventors: Martin Von Mutius
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2008-12-18
Also published as: US8764393B2; EP2153061A2; DK2153061T4; CN101802393B; ES2388320T3; ES2388320T5; EP2153061B1; US20100183440A1; DK2153061T3; WO2008151695A3; WO2008151695A2; CN101802393A; EP2153061B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage (WEA). Das Verfahren wird dadurch weitergebildet, dass, vorzugsweise vor oder während der Durchführung von Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage (WEA), - wenigstens ein durch Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage (WEA) induzierter physikalischer Zustand der Umgebung außerhalb der Windenergieanlage (WEA) als äußerer physikalischer Zustand erfasst wird und/oder wenigstens ein physikalischer Zustand eines Bauteils der Windenergieanlage (WEA), der durch die Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage (WEA) beeinflusst wird, als innerer physikalischer Zustand erfasst wird, - der wenigstens eine äußere physikalische Zustand und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand ausgewertet werden, - der wenigstens eine äußere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den äußeren physikalischen Zustand verglichen wird und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den inneren physikalischen Zustand verglichen wird, - in Abhängigkeit des Vergleichs und a.) bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens einen äußeren physikalischen Zustand und/oder b.) bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens einen inneren physikalischen Zustand wenigstens ein Warnmitteilung, insbesondere Wartungswarnmitteilung, erzeugt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage sowie eine Windenergieanlage. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Warneinrichtung oder ein Warnsystem einer Windenergieanlage sowie eine Verwendung derselben.
Windenergieanlagen der Patentanmelderin sind unter der Bezeichnung 5M, MM92, MM82, MM70 sowie MD77 bekannt.
Bei der Durchführung von Wartungs- und/oder Montagearbeiten an bestimmten Windenergieanlagen ist es generelle Praxis, dass diese Arbeiten nur bei Windgeschwindigkeiten unterhalb von Grenzwerten, z. B. von 8 m/s, 15 m/s oder 25 m/s, durchgeführt werden dürfen.
Darüber hinaus werden bei länger andauernden Wartungsmaßnahmen die Dienstleistungen von Wetterdiensten in Anspruch genommen, um Voraussagen für die Wetterlage für den Ort treffen zu kön nen, an dem die Wartungsarbeiten durchgeführt werden. Werden beispielsweise Sturmböen oder starke Winde in dem entsprechenden Gebiet vorhergesagt, werden die Wartungsarbeiten nicht durchgeführt oder abgebrochen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Durchführung von Wartungsarbeiten an einer Windenergieanlage für das Wartungspersonal an der Windenergieanlage zu ermöglichen, wobei die Sicherheit von Wartungspersonen und die Sicherheit der WEA sowie deren Arretiersysteme erhöht werden soll.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, das dadurch weitergebildet wird, dass, vorzugsweise vor oder während der Durchführung von Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage,

– wenigstens ein durch Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage induzierter physikalischer Zustand der Umgebung außerhalb der Windenergieanlage als äußerer physikalischer Zustand erfasst wird und/oder wenigstens ein physikalischer Zustand eines Bauteils der Windenergieanlage, der durch die Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage beeinflusst wird, als innerer physikalischer Zustand erfasst wird,
– der wenigstens eine äußere physikalische Zustand und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand ausgewertet werden,
– der wenigstens eine äußere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den äußeren physikali schen Zustand verglichen wird und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den inneren physikalischen Zustand verglichen wird,
– in Abhängigkeit des Vergleichs und a.) bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens einen äußeren physikalischen Zustand und/oder b.) bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens einen inneren physikalischen Zustand wenigstens eine Warnmitteilung, insbesondere Wartungswarnmitteilung, erzeugt wird.

Bislang werden vor Beginn längerer Wartungsarbeiten an einer Windenergieanlage, bei denen eine Rotorarretierung oder eine andere Arretierung eingelegt werden muss, eine Wettervorhersage über einen prognostizierten Wartungszeitraum eingeholt, um sicherzustellen, dass die zulässigen Windbedingungen während der Wartungsarbeiten nicht überschritten werden. Bei höheren Windgeschwindigkeiten müssen allerdings die Arbeiten abgebrochen werden. Während der Wartungsarbeiten besteht eine Aufgabe eines Mitarbeiters eines Wartungsdienstes hierbei derzeit darin, die Anzeigen von Steuerdisplays zu beobachten, um aufgrund seiner Erfahrungswerte zu entscheiden, wann die zulässigen Umgebungsbedingungen zur Durchführung der Wartungsarbeiten überschritten werden. Diese Erfahrungswerte beruhen auf einer persönlichen Einschätzung und somit einer subjektiven Interpretation durch den Mit arbeiter.
Demgegenüber ist gemäß der Erfindung nunmehr vorgesehen, dass die Umgebungsbedingungen an einer Windenergieanlage vor oder während der Durchführung der Wartungsarbeiten durch Sensoren an vorbestimmten relevanten Messstationen bzw. -orten erfasst werden.
Hierbei werden beispielsweise als äußere physikalische Zustände die Windgeschwindigkeit und/oder die Windrichtung und/oder die Wellenbewegung eines Gewässers und/oder die Wellenfrequenz eines Gewässers und/oder die Wellenhöhe eines Gewässers, das sich in der Nähe der zu wartenden Windenergieanlage befindet oder das die Windenergieanlage umgibt, erfasst. Diese durch Windbewegung erzeugten physikalischen Zustände außerhalb der Windenergieanlage sind Umgebungsparameter, die in direktem Zusammenhang mit der Windbewegung stehen.
Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass der physikalische Zustand eines Bauteils der Windenergieanlage, der durch die Windbewegung entsprechend beeinflusst wird, als Parameter erfasst wird, der im indirekten Zusammenhang mit der Windbewegung steht. Beispielsweise werden die Auslenkung des Turms einer Windenergieanlage oder eines Rotorblatts sowie Vibration oder, insbesondere mechanische, Beanspruchung usw. als innere physikalische Zustände der Windenergieanlage bzw. des Bauteils erfasst.
Insgesamt wird durch die Erfindung die Sicherheit von Wartungspersonen erhöht, da die Wartungspersonen aufgrund von physikalisch erfassbaren bzw. messbaren Zuständen der Umgebung bzw. von Bauteilen gewarnt werden, um die Wartungsarbeiten rechtzeitig abzubrechen.
Insbesondere handelt es sich bei den Wartungswarnmitteilungen um Warnungsmitteilungen, die entsprechend an das Wartungspersonal gezielt gerichtet bzw. übermittelt werden. Typische Wartungsmaßnahmen sind neben der Ersterrichtung und Inbetriebnahme allgemeine Serviceaktivitäten an Bauteilen sowie das Öffnen von Luken in Betriebsräumen, im Turm, in der Gondel sowie im Spinner (Verkleidung der Rotornabe), der Austausch von Rotorblättern oder anderen Großkomponenten der Windenergieanlage, die Wartung von Azimutantrieben, Blattverstellsystemen, Bremsvorrichtungen sowie die Wartung von Anlagenteilen außerhalb des Maschinengehäuses wie die (Wind-)Messsensorik, Blitzschutzsystem, Reinigung von Rotorblättern oder Türmen etc.
Insbesondere bei Offshore-Windenergieanlagen gehört auch der Zugang zu den Windenergieanlagen zu den sicherheitskritischen Serviceaktivitäten, da oberhalb einer gewissen Wellenhöhe (ggf. gepaart mit der Wellenrichtung) ein Übersetzen aus einem Schiff nicht mehr möglich ist, ebenso wie bei sehr schlechten Wetterbedingungen auch kein Hubschrauber mehr Personal absetzen bzw. abholen kann.
Durch die Erfindung wird ein Überwachungsverfahren bereitgestellt, das dem Schutz von Wartungspersonen bei der Durchführung von Wartungsarbeiten bzw. Aktivitäten dient.
Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Begriff „Referenzwert" ein Sollwert für den entsprechenden äußeren oder inneren physikalischen Zustand verstanden. Darüber hinaus kann in einer weiteren Ausgestaltung der Referenzwert auch den Wert des Grenzwertes einnehmen, um kritische oder überkritische Zustände an der Wind energieanlage für das Wartungspersonal zu vermeiden.
Dazu ist weiter vorgesehen, dass als innerer physikalischer Zustand die Auslenkung des Turms der Windenergieanlage und/oder die Auslenkung des Rotorblatts der Windenergieanlage und/oder die Vibration eines Bauteils und/oder die, insbesondere mechanische, Belastung eines Bauteils der Windenergieanlage erfasst werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin vorgesehen, dass der äußere physikalische Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder der innere physikalische Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer jeweils erfasst und/oder aufgezeichnet werden.
Die Erfassung der physikalischen Zustände erfolgt vorzugsweise mittels eines Sensors, während die Aufzeichnung der gemessenen physikalischen Zustände in einer Auswerteeinrichtung erfolgt, mittels der auch die Auswertung der Messergebnisse ausgeführt wird.
Um qualifizierte Aussagen über die Veränderung der durch die Windbewegung erzeugten physikalischen Zustände zu ermöglichen, ist weiterhin vorgesehen, dass die erfassten äußeren physikalischen Zustände zu einem äußeren Zustandsmittelwert gemittelt werden und/oder die erfassten inneren physikalischen Zustände zu einem inneren Zustandsmittelwert gemittelt werden. Hierdurch findet die Parameterauswertung aufgrund von statistischen Verfahren, z. B. einer zeitlichen Mittelwertbildung, statt. Außerdem wird dadurch erreicht, dass eine Warnmitteilung erzeugt wird, wenn dauerhaft für eine vorbestimmte Zeitdauer, z. B. 10 min, 30 s, der Mittelwert über dem Grenzwert bzw. gemittelten Grenzwert liegt.
Darüber hinaus sieht eine weitere Ausführungsform des Verfahrens vor, dass als Warnmitteilung, insbesondere Wartungswarnmit teilung, ein akustisches und/oder optisches und/oder mechanisches Warnsignal, insbesondere Wartungswarnsignal, erzeugt werden, wobei insbesondere das Wartungswarnsignal einer Wartungsperson übermittelt wird. Hierdurch wird ein Warnsignal an eine Wartungsperson auf akustische oder visuelle oder auf mechanisch wahrnehmbare Weise (Vibration) mitgeteilt. Insbesondere wird das Wartungswarnsignal an ein vorzugsweise mobiles Endgerät übertragen.
Insbesondere werden Warnmitteilungen mit unterschiedlichen Warnstufen und/oder Warndauer und/oder Warnintensitäten in Abhängigkeit von der vorbestimmten Größe der Abweichungen vom vorbestimmten Grenzwert erzeugt. Hierdurch wird dem Wartungspersonal mitgeteilt, dass bei einer ersten Warnstufe ein kritischer Zustand mit einem gefährlichen Zustand erreicht ist. Wird die zweite Warnstufe ausgelöst, so wird dem Wartungspersonal an der Windenergieanlage verdeutlicht, dass nunmehr eine deutlich gefährlichere Situation an der Windenergieanlage eingetreten ist. In einer dritten Stufe kann dem Wartungspersonal dann mitgeteilt werden, dass Lebensgefahr für sämtliche Personen sowie oder ein Versagensrisiko der Arretiervorrichtung an der Windenergieanlage besteht.
Bevorzugterweise werden die Warnmitteilung oder Warnmitteilungen an ein mobiles, insbesondere tragbares, Warngerät übertragen, das die Wartungspersonen mit sich führen. Hierzu ist es denkbar, dass dem Wartungspersonal Warnmitteilungen übermittelt werden, die von dem Wartungspersonal neben der visuellen und akustischen Warnung auch andere fühlbare Warnsignale übermittelt. Beispielsweise können die fühlbaren Warnsignale thermischer, elektrischer Art sein. Darüber hinaus kann die Warnmitteilung dadurch übermittelt werden, dass die Luftfeuchtigkeit in einem Raum erhöht oder erniedrigt wird oder Duftstoffe oder dergleichen in den Raum eingebracht werden, um den Wartungspersonen mitzuteilen, dass eine potentiell gefährliche Situation bei der Wartung besteht.
Vorteilhafterweise wird der äußere physikalische Zustand mittels eines Sensors an der Windenergieanlage und/oder mittels eines räumlich von der Windenergieanlage getrennten Sensors erfasst. Im Rahmen der Erfindung ist es beispielsweise denkbar, dass die äußeren physikalischen Zustände bzw. die Umgebungsparameter mit Hilfe von Fernanalysen in Form von Wetterradar oder Wettersatelliten bestimmt oder ermittelt werden. In diesem Fall werden die einsatzbezogene Auswertung und der Vergleich mit den Grenzwerten beispielsweise in einer Fernüberwachungszentrale durchgeführt, um anschließend bei Überschreitung der Grenzwerte dem Wartungspersonal vor Ort die Warnmitteilung zu übermitteln. Darüber hinaus ist es in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass der Messsensor räumlich getrennt von der Windenergieanlage aufgestellt ist. Hierbei befindet sich der Messsensor beispielsweise auf einem Windmessmast oder ist Teil eines Wetterradars oder Wellenradars.
Ebenfalls vorgesehen ist, dass in einem größeren (Offshore-)Windpark auf die Messdaten benachbarter Windenergieanlagen zugegriffen wird, insbesondere auf Windenergieanlagen, die in Windrichtung vor der zu wartenden Windenergieanlage gelegen sind und somit eventuelle Windböen erkannt werden, bevor sie auf die zu wartende Windenergieanlage treffen.
Darüber hinaus wird insbesondere der innere physikalische Zustand mittels eines Sensors an dem Bauteil der Windenergieanlage erfasst. Entsprechende Sensoren sind dem Fachmann bekannt, um beispielsweise Vibrationen oder mechanische Spannungen des Bauteils zu ermitteln.
Insbesondere wird das Verfahren vor oder während Wartungsarbei ten an der Windenergieanlage, vorzugsweise bei einem Stillstand oder während eines Stillstands der Windeenergieanlage, ausgeführt.
Außerdem zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass bei der Auswertung des wenigstens einen äußeren physikalischen Zustands und/oder des wenigstens einen inneren physikalischen Zustands die Zeitdauer für eine durchzuführende Wartungsmaßnahme an der Windenergieanlage berücksichtigt wird. Hierdurch wird bei der Auswertung der Messsignale in einer Auswerteeinheit eine Prognose über die geplante Dauer der Wartungsaktivitäten bereitgestellt. Durch diese Prognosefunktion können auch zuverlässige Abschätzungen getroffen werden, ob die Wartungsmaßnahme bei einer (ersten) Warnstufe fortgesetzt oder abgebrochen werden soll.
Überdies ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass der vorbestimmte Grenzwert und/oder der vorbestimmte Referenzwert für den äußeren physikalischen Zustand von einer Fernüberwachungseinrichtung vorgegeben werden und/oder der vorbestimmte Grenzwert und/oder der vorbestimmte Referenzwert für den inneren physikalischen Zustand von einer Fernüberwachungseinrichtung vorgegeben werden kann. In einer Alternative kann auch das Wartungspersonal die Grenzwerte an der Anlage selbst bestimmen.
Weiterhin zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass gleichzeitig für den äußeren physikalischen Zustand jeweils die Abweichung eines ersten Mittelwerts des Zustands für eine erste vorbestimmte Zeitdauer von einem ersten vorbestimmten Referenzwert und die Abweichung eines zweiten Mittelwerts des Zustands für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer von einem zweiten vorbestimmten Referenzwert überwacht werden und/oder dass gleichzeitig für den inneren physikalischen Zustand jeweils die Abweichung eines ersten Mittelwerts des Zustands für eine erste vorbestimmte Zeitdauer von einem ersten vorbestimmten Referenzwert und die Abweichung eines zweiten Mittelwerts des Zustands für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer von einem zweiten vorbestimmten Referenzwert überwacht werden. Dadurch ist für unterschiedliche Zeiträume die zeitliche Entwicklung von Mittelwerten für den inneren sowie äußeren physikalischen Zustand festzustellen.
Beispielsweise werden die Mittelwerte für unterschiedliche Zeiträume, z. B. 10 min, 30 s, 3 s überwacht. Hierdurch lassen sich in bekannter Weise physikalische Signale mit im Wesentlichen stochastischer Natur, insbesondere meteorologische Größen wie die Windgeschwindigkeit etc., mit einfachen mathematischen Mitteln effektiv überwachen.
Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass bei Überschreitung eines Grenzwerts eines Mittelwerts des äußeren physikalischen Zustandes eine erste Warnmitteilung, insbesondere eine erste Wartungswarnmitteilung, und bei Überschreitung beider Grenzwerte des äußeren physikalischen Zustands eine zweite Warnmitteilung, insbesondere eine zweite Wartungswarnmitteilung, erzeugt werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass bei Überschreitung eines Grenzwerts eines Mittelwerts des inneren physikalischen Zustandes eine erste Warnmitteilung, insbesondere eine erste Wartungswarnmitteilung, und bei Überschreitung beider Grenzwerte des inneren physikalischen Zustands eine zweite Warnmitteilung, insbesondere eine zweite Wartungswarnmitteilung, erzeugt werden.
Beispielsweise können die Wartungswarnmitteillungen nach Art ei ner Ampel bzw. Ampelanzeige abgestuft sein, wobei bei der Signalfarbe „GRÜN" die Wartung für das Personal unbedenklich ist auf Grund günstiger äußerer Zustände (z. B. kein oder nur leichter Wind). Bei der Signalfarbe bzw. beim Signalgrenzwert „ORANGE" besteht eine potenzielle Gefährdung und bei „ROT" unmittelbare Gefahr für das Wartungspersonal.
Nachfolgende Tabelle zeigt am Beispiel der Windgeschwindigkeit, wie durch unterschiedliche Grenzwerte für unterschiedliche zeitliche Mittelwerte eine unterschiedliche Stufung der Warnmitteilungen in Form eines Ampelsignals erzeugt wird.
Die drei Grenzwerte einer Signalstufe sind hierbei mit einem logischen ODER verknüpft, d. h. die Signalstufe „GELB" wird beispielsweise ausgelöst, wenn die Windgeschwindigkeit 15 m/s im 10 min-Mittel oder 20 m/s im 30 s-Mittel oder 22 m/s im 3 s-Mittel beträgt.

Signalgrenzwerte 10 min-Grenzwert [m/s] 30 s-Grenzwert [m/s] 3 s-Grenzwert [m/s]

ROT 20 26 29

GELB 15 20 22

GRÜN 12 16 18
Die Festlegung der Grenzwerte erfolgt mit an sich bekannten Berechnungsverfahren, z. B. mittels Böenfaktoren oder durch Simulationen.
Außerdem werden in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens bei der Auswertung meteorologische Daten über die Umgebung der Windenergieanlage entsprechend berücksichtigt. Hierdurch wird die Vorhersagbarkeit von Wetterszenarien an dem Ort der Wartungsmitteilung weiterhin verbessert.
Die Aufgabe wird überdies gelöst durch eine Windenergieanlage (WEA), die dadurch weitergebildet ist, dass die Windenergieanlage (WEA), vorzugsweise vor oder während der Durchführung von Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage (WEA), und weiter vorzugsweise bei einem Stillstand der Windenergieanlage, eine Signalvorrichtung aufweist, und die Signalvorrichtung eine Warnmitteilung, insbesondere Wartungswarnmitteilung, von einer Auswerteeinrichtung empfängt und meldet. Im Rahmen der Erfindung wird die Windenenergieanlage gemäß dem voranstehend beschriebenen Verfahren in der einen oder anderen Variante betrieben.
Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht darin, dass eine Windenergieanlage, vorzugsweise vor oder während der Durchführung von Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage, mit folgenden Einrichtungen ausgestattet ist: ein Sensor, mittels dessen wenigstens ein durch Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage induzierter physikalischer Zustand der Umgebung außerhalb der Windenergieanlage als äußerer physikalischer Zustand erfasst wird, und/oder ein Sensor, mittels dessen wenigstens ein physikalischer Zustand eines Bauteils der Windenergieanlage, der durch die Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage beeinflusst wird, als innerer physikalischer Zustand erfasst wird, eine Auswerteeinrichtung, mittels der der wenigstens eine äußere physikalische Zustand und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand ausgewertet werden und mittels der der wenigstens eine äußere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den äu ßeren physikalischen Zustand verglichen wird und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den inneren physikalischen Zustand verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichs und bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens einen äußeren physikalischen Zustand und/oder bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens einen inneren physikalischen Zustand wenigstens eine Warnmitteilung erzeugt wird, und eine Signalvorrichtung, die die Warnmitteilung, insbesondere Wartungswarnmitteilung, von der Auswerteeinrichtung empfängt und meldet.
Durch den Gegenstand der Erfindung ist es möglich, eine nachrüstbare Signaleinheit bzw. Signalvorrichtung mit einer vorzugsweise standardisierten Schnittstelle zum Anschluss an eine vorhandene Windenergieanlagensteuerung bereitzustellen. Durch die erfindungsgemäße Windenergieanlage wird mindestens ein Umgebungsparameter an der Windenergieanlage überwacht, wobei die Windenergieanlage sowohl einen Messsensor, eine Messwerterfassungs- und -auswertungseinheit sowie eine Signaleinheit, welche ein Signal abgibt, wenn der Umgebungsparameter einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, umfasst. Hierbei kann der Messsensor auch auf der Windenergieanlage installiert sein. Bevorzugterweise ist die Messwerterfassung und -auswertung Bestandteil einer vorhandenen Windturbinensteuerung, so dass entsprechend nur eine Signaleinheit zur Abgabe der Warnmitteilungen oder dergleichen zu ergänzen ist bzw. nachgerüstet wird.
Bevorzugterweise wird die Windenergieanlage gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren betrieben, wobei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen wird.
Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch eine Warneinrichtung oder ein Warnsystem einer Windenergieanlage, wobei die Windenergieanlage wie voranstehend beschrieben ausgebildet ist.
Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung einer Warneinrichtung oder durch eine Verwendung eines Warnsystems in oder an einer Windenergieanlage, insbesondere bei oder während Wartungsarbeiten an einer Windenergieanlage.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen wird. Es zeigt:
1 schematisch den Aufbau einer Warneinrichtung einer Windenergieanlage.
In 1 ist schematisch eine Warneinrichtung WE einer nicht weiter dargestellten Windenergieanlage WEA dargestellt. Mittels eines Sensors 10, z. B. in Form eines Windgebers, wird die Windbewegung bzw. die Windgeschwindigkeit und -richtung des Windes außerhalb der Windenergieanlage WEA als äußerer physikalischer Zustand der Umgebung erfasst und über eine Leitung 11 an eine Datenerfassungseinrichtung 12 weitergeleitet.
Die Datenerfassungseinrichtung 12 erhält in einer weiteren Ausgestaltung zusätzlich oder alternativ von einem anderen Sensor 13 ebenfalls entsprechende Messdaten, wobei mittels des Sensors 13 innere physikalische Zustände eines Bauteils der Windenergieanlage, die durch die Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage WEA hervorgerufen werden, erfasst werden. Dies kann beispielsweise die direkte Messung der Bauteilbeanspruchung z. B. einer Arretiervorrichtung über geeignete Messmittel, z. B. Dehnungsmessstreifen, sein.
Zusätzlich oder alternativ werden an die Datenerfassungseinrichtung 12 über eine Empfangsantenne 14 Messdaten eines von der Windenergieanlage WEA räumlich getrennten Sensors 15 übermittelt. Mittels des Sensors 15 kann beispielsweise der physikalische Zustand eines Gewässers, in dem die Windenergieanlage installiert ist, erfasst werden. Hierzu zählen die Wellenbewegung, die Wellenfrequenz sowie die Wellenhöhe des Gewässers.
Überdies kann es sich in einer Ausgestaltung des Sensors 15 um einen Wettersatelliten oder ein Wetterradar oder dergleichen handeln, wodurch die äußeren physikalischen Zustände an der Windenergieanlage WEA erfasst werden.
Von der Datenerfassungseinrichtung 12 werden die Messdaten über eine Verbindungsleitung 16 an eine Auswerteeinrichtung 17 übermittelt. Die Auswerteeinheit 17 verfügt ferner über eine Eingabeeinheit 18 und eine Signaleinheit 19. Hierzu ist ferner die Eingabeeinheit 18 mit einem Bedienterminal 20 verbunden, um entsprechende Grenzwerte oder Referenzwerte der Auswerteeinheit 17 vorzugeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung. können die Einheiten 12, 17, 18, 19, und 20 auch in einem einzigen Modul oder in einer Baueinheit zusammengefasst sein.
In der Auswerteeinheit 17 werden die von der Datenerfassungseinheit 12 übermittelten Werte für die äußeren bzw. inneren physikali schen Zustände mit einem Referenzwert bzw. einem Grenzwert verglichen, wobei bei Überschreitung des Grenzwertes für den entsprechenden physikalischen Zustand von der Signaleinheit 19 ein Warnsignal an Wartungspersonen, die an der Windenergieanlage WEA Wartungsmaßnahmen durchführen, übermittelt wird.
Beispielsweise ist hierzu die Signaleinheit 19 über eine Leitung 21 mit einem Signalhorn 22 verbunden. Darüber hinaus ist die Signaleinheit 19 in einer Ausgestaltung über eine Leitung 23 mit einer optischen Anzeige 24 verbunden, mittels der beispielsweise Warnmitteilungen mit unterschiedlichen Warnstufen angezeigt werden können, z. B. in Form einer Ampelschaltung.
Weiterhin wird von der Signaleinheit 19 bei Überschreitung eines Grenzwertes eine Warnmitteilung bzw. eine Wartungswarnmitteilung an ein mobiles Endgerät 25 übertragen, das eine Wartungsperson an der Windenergieanlage WEA mit sich führt.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass mehrere Arten der Warnmitteilung bei gefährlichen Windgeschwindigkeiten in der Umgebung der Windenergieanlage miteinander kombiniert werden können.
Durch den Gegenstand der Erfindung wird somit ein Warnsystem bei Wartungsarbeiten an einer Windenergieanlage bereitgestellt, wodurch die Sicherheit des Wartungspersonals signifikant erhöht wird.
Um bei bereits vorhandenen Windeenergieanlagen (WEA) einen Umrüstaufwand zu vermeiden, sieht eine besonders einfache Ausgestaltungsform der Erfindung lediglich die Bereitstellung einer Signaleinrichtung an der Windeenergieanlagen (WEA) vor. Diese Sig naleinrichtung kann auch in Form von mobilen Endgeräten 25, die mindestens zwei Personen des Wartungspersonals ständig bei sich tragen, ausgeführt sein.
In diesem Fall kann die Fernüberwachungszentrale die Messdaten der ohnehin bereits in einer Windenergieanlage vorhandenen Messsensoren, z. B. der Windgeber 10, abrufen und auswerten, und im Falle einer Grenzwertüberschreitung eine Warnmitteilung, insbesondere eine Wartungswarnmitteilung, an die mobilen Endgeräte 25 des Wartungspersonals aussenden.
Alternativ kann die Auswertung der Messdaten auch in der auf Windenergieanlagen ohnehin vorhandenen Steuerungseinrichtung erfolgen, die in der Regel derart ausgebildet ist, dass im Falle von Störfällen entsprechende Störfallmitteilungen auf mobile Endgeräte gesendet werden. In diesem Fall ist zur Nachrüstung der erfindungsgemäßen Signaleinrichtung 19 auf einer vorhandenen Windenergieanlage WEA beispielsweise eine Software-Update erforderlich, bei der ein Softwaremodul aufgespielt wird, welches die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
Bevorzugt sind alle Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach zertifizierten Sicherheitsstandards ausgeführt, um allen Anforderungen der Arbeitssicherheit des Wartungspersonals gerecht zu werden. Dies kann z. B. die redundante Ausführung wichtiger Systemkomponenten beinhalten.

10: Sensor
11: Leitung
12: Datenerfassungseinrichtung
13: Sensor
14: Empfangsantenne
15: Sensor
16: Verbindungsleitung
17: Auswerteeinheit
18: Eingabeeinheit
19: Signaleinheit
20: Bedienterminal
21: Leitung
22: Signalhorn
23: Leitung
24: optische Anzeige
25: mobiles Endgerät
WE: Warneinrichtung
WEA: Windenergieanlage

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage (WEA), dadurch gekennzeichnet, dass, vorzugsweise vor oder während der Durchführung von Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage (WEA), – wenigstens ein durch Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage (WEA) induzierter physikalischer Zustand der Umgebung außerhalb der Windenergieanlage (WEA) als äußerer physikalischer Zustand erfasst wird und/oder wenigstens ein physikalischer Zustand eines Bauteils der Windenergieanlage (WEA), der durch die Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage (WEA) beeinflusst wird, als innerer physikalischer Zustand erfasst wird, – der wenigstens eine äußere physikalische Zustand und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand ausgewertet werden, – der wenigstens eine äußere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den äußeren physikalischen Zustand verglichen wird und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den inneren physikalischen Zustand verglichen wird, – in Abhängigkeit des Vergleichs und a.) bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens einen äußeren physikalischen Zustand und/oder b.) bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens einen inneren physikalischen Zustand wenigstens eine Warnmitteilung, insbesondere Wartungswarnmitteilung, erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als äußerer physikalischer Zustand die Windgeschwindigkeit und/oder die Windrichtung und/oder die Wellenbewegung eines Gewässers und/oder die Wellenfrequenz eines Gewässers und/oder die Wellenhöhe eines Gewässers erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als innerer physikalischer Zustand die Auslenkung des Turms der Windenergieanlage (WEA) und/oder die Auslenkung des Rotorblatts der Windenergieanlage (WEA) und/oder die Vibration und/oder, insbesondere mechanische, Beanspruchung eines Bauteils der Windenergieanlage (WEA) erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere physikalische Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder der innere physikalische Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer erfasst und/oder aufgezeichnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten äußeren physikalischen Zustände zu einem äußeren Zustandsmittelwert gemittelt werden und/oder die erfassten inneren physikalischen Zustände zu einem inneren Zustandsmittelwert gemittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Warnmitteilung, insbesondere Wartungswarnmitteilung, ein akustisches und/oder optisches und/oder mechanisches Warnsignal, insbesondere Wartungswarnsignal, erzeugt werden, wobei insbesondere das Wartungswarnsignal einer Wartungsperson übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Warnmitteilungen mit unterschiedlichen Warnstufen in Abhängigkeit von der vorbestimmten Größe der Abweichungen vom vorbestimmten Grenzwert erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Warnmitteilung oder Warnmitteilungen an ein mobiles, insbesondere tragbares, Warngerät übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere physikalische Zustand mittels eines Sensors an der Windenergieanlage (WEA) und/oder mittels ei nes räumlich von der Windenergieanlage (WEA) getrennten Sensors erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der innere physikalische Zustand mittels eines Sensors an dem Bauteil der Windenergieanlage (WEA) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren vor oder während Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage (WEA), vorzugsweise bei einem Stillstand oder während eines Stillstands der Windeenergieanlage (WEA), ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung des wenigstens einen äußeren physikalischen Zustands und/oder des wenigstens einen inneren physikalischen Zustands die Zeitdauer für eine durchzuführende Wartungsmaßnahme an der Windenergieanlage (WEA) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Grenzwert und/oder der vorbestimmte Referenzwert für den äußeren physikalischen Zustand von einer Fernüberwachungseinrichtung vorgegeben werden und/oder der vorbestimmte Grenzwert und/oder der vorbestimmte Referenzwert für den inneren physikalischen Zustand von einer Fernüberwachungseinrichtung vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig für den äußeren physikalischen Zustand jeweils die Abweichung eines ersten Mittelwerts des Zustands für eine erste vorbestimmte Zeitdauer von einem ersten vorbestimmten Referenzwert und die Abweichung eines zweiten Mittelwerts des Zustands für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer von einem zweiten vorbestimmten Referenzwert überwacht werden und/oder dass gleichzeitig für den inneren physikalischen Zustand jeweils die Abweichung eines ersten Mittelwerts des Zustands für eine erste vorbestimmte Zeitdauer von einem ersten vorbestimmten Referenzwert und die Abweichung eines zweiten Mittelwerts des Zustands für eine zweite vorbestimmte Zeitdauer von einem zweiten vorbestimmten Referenzwert überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung eines Grenzwerts eines Mittelwerts des äußeren physikalischen Zustandes eine erste Warnmitteilung, insbesondere eine erste Wartungswarnmitteilung, und bei Überschreitung beider Grenzwerte des äußeren physikalischen Zustands eine zweite Warnmitteilung, insbesondere eine zweite Wartungswarnmitteilung, erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung eines Grenzwerts eines Mittelwerts des inneren physikalischen Zustandes eine erste Warnmitteilung, insbesondere eine erste Wartungswarnmitteilung, und bei Überschreitung beider Grenzwerte des inneren physikalischen Zustands eine zweite Warnmitteilung, insbesondere eine zweite Wartungswarnmitteilung, erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung meteorologische Daten über die Umgebung der Windenergieanlage (WEA) be rücksichtigt werden.
Windenergieanlage (WEA), dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (WEA), vorzugsweise vor oder während der Durchführung von Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage (WEA), eine Signalvorrichtung aufweist, und die Signalvorrichtung eine Warnmitteilung, insbesondere Wartungswarnmitteilung, von einer Auswerteeinrichtung empfängt und meldet.
Windenergieanlage (WEA), dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (WEA), vorzugsweise vor oder während der Durchführung von Wartungsarbeiten an der Windenergieanlage (WEA), die folgenden Einrichtungen aufweist: ein Sensor, mittels dessen wenigstens ein durch Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage (WEA) induzierter physikalischer Zustand der Umgebung außerhalb der Windenergieanlage (WEA) als äußerer physikalischer Zustand erfasst wird, und/oder ein Sensor, mittels dessen wenigstens ein physikalischer Zustand eines Bauteils der Windenergieanlage (WEA), der durch die Windbewegung außerhalb der Windenergieanlage (WEA) beeinflusst wird, als innerer physikalischer Zustand erfasst wird, eine Auswerteeinrichtung, mittels der der wenigstens eine äußere physikalische Zustand und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand ausgewertet werden und mittels der der wenigstens eine äußere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den äußeren physikalischen Zustand verglichen wird und/oder der wenigstens eine innere physikalische Zustand mit einem vorbestimmten Referenzwert für den inneren physikalischen Zustand verglichen wird und in Abhängigkeit des Vergleichs und bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens ei nen äußeren physikalischen Zustand und/oder bei Überschreitung eines vorbestimmten Grenzwertes für den wenigstens einen inneren physikalischen Zustand wenigstens eine Warnmitteilung erzeugt wird, und eine Signalvorrichtung, die die Warnmitteilung, insbesondere Wartungswarnmitteilung, von der Auswerteeinrichtung empfängt und meldet.
Windenergieanlage (WEA) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (WEA) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 betrieben wird.
Warneinrichtung oder Warnsystem einer Windenergieanlage (WEA) nach einem der Ansprüche 18 bis 20.
Verwendung einer Warneinrichtung oder Verwendung eines Warnsystems in oder an einer Windenergieanlage (WEA) nach einem der Ansprüche 18 oder 20, insbesondere bei oder während Wartungsarbeiten an der Windenenergieanlage (WEA).