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Die Erfindung betrifft eine Schallemissionssteuerungsvorrichtung für eine Windenergieanlage, eine Windenergieanlage und ein Verfahren zur Schallemissionssteuerung für Windenergieanlagen.
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Schallemissionsspektren von Windenergieanlagen umfassen zum einen breitbandige Geräusche, die ein Hintergrundrauschen bilden können, und zum anderen schmalbandige tonale Geräusche bei Einzelton-Frequenzen, die beispielsweise durch einen Generator oder ein Getriebe der Windenergieanlage erzeugt werden. Durch die technische Weiterentwicklung von Windenergieanlagen wird die Geräuschemission der Anlagen reduziert. Durch die Reduktion des breitbandigen Hintergrundrauschen bzw. der breitbandigen Geräusche ist es jedoch möglich, dass nunmehr vereinzelt Einzeltöne stärker aus dem breitbandigen Geräusch hervortreten, wobei diese schmalbandigen tonalen Geräusche auf den Menschen stärker störend wirken können als das breitbandige Geräusch.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es eine Schallemissionssteuerungsvorrichtung für eine Windenergieanlage bereitzustellen, die Störungen durch schmalbandige tonale Geräusche im Schallemissionsspektrum verringert, sowie eine entsprechende Windenergieanlage und ein entsprechendes Verfahren zur Schallemissionssteuerung für Windenergieanlagen.
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In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Schallemissionsvorrichtung für eine Windenergieanlage mit einem Schallemissionsspektrum, welches zumindest eine Einzelton-Frequenz aufweist, wobei die Schallemissionssteuerungsvorrichtung umfasst: zumindest eine aktive Schallquelle, welche ausgebildet ist, um in einem Frequenzband um die zumindest eine Einzelton-Frequenz ein Maskier-Rauschen in zumindest einer Raumrichtung zu emittieren, und eine Steuerungsvorrichtung, welche ausgebildet ist, um die zumindest eine aktive Schallquelle in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Windenergieanlage zu steuern. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich beispielsweise aus den abhängigen Ansprüchen. In weiteren Aspekten, welche mit vorteilhaften Weiterbildungen kombiniert werden können, bezieht sich die Erfindung auf eine Windenergieanlage gemäß Anspruch 13, ein Verfahren nach Anspruch 14 und ein Programm nach Anspruch 15.
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Eine Schallemissionssteuerungsvorrichtung für eine Windenergieanlage mit einem Schallemissionsspektrum, welches zumindest eine Einzelton-Frequenz aufweist, umfasst zumindest eine aktive Schallquelle, welche ausgebildet ist, um in einem Frequenzband um die zumindest eine Einzelton-Frequenz ein Maskier-Rauschen in zumindest einer Raumrichtung zu emittieren, und eine Steuerungsvorrichtung, welche ausgebildet ist, um die zumindest eine aktive Schallquelle in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Windenergieanlage zu steuern. Auf diese Weise können störende Einzelton-Geräusche gezielt maskiert werden und somit die empfundene Störwirkung für den Menschen reduziert werden. Dadurch, dass das Maskier-Rauschen nur in einem Frequenzband um die zumindest eine Einzelton-Frequenz emittiert wird, erhöht sich die Gesamt-Schallleistung der Windenergieanlage nur geringfügig.
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Als Raumrichtung kann ein bestimmter Raumwinkel vorgesehen sein, der beispielsweise eine Kegelform aufweist. Bei einer entsprechenden Schallausbreitung, beispielsweise über die Außenwände des Turms einer Windenergieanlage, kann die Raumrichtung beispielsweise auch auf eine zwei-dimensionale Ebene vereinfacht werden.
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Vorzugsweise ist der Betriebsparameter einer der folgenden: Leistung, Strom, Spannung, Pitchwinkel, Drehzahl, Drehmoment und/oder Azimutwinkel.
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Die störende Wirkung der schmalbandigen tonalen Geräusche ist zum einen von der Intensität bzw. Amplitude des schmalbandigen tonalen Geräusches selbst und zum anderen durch die Amplitude des breitbandigen Geräusches bedingt. Bei gleich intensivem schmalbandigen tonalen und breitbandigen Geräusch kann das schmalbandige Geräusch im breitbandigen Geräusch untergehen, während bei schwachem breitbandigem Geräusch das schmalbandige tonale Geräusch stark hervortritt.
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Eine Abhängigkeit von der Drehzahl kann ein Ein- und Ausschalten des Maskier-Rauschens bei einer bestimmten Drehzahlschwelle oder auch eine komplexe Steuerung einer Amplitude des Maskier-Rauschens insbesondere für unterschiedliche Frequenzbereiche bei jeweils unterschiedlichen Drehzahlen sein. Auf diese Weise kann das Maskier-Rauschen an eine Abhängigkeit der Amplitude eines schmalbandigen tonalen Geräuschs und/oder der Amplitude des breitbandigen Geräuschs von der Drehzahl der Windenergieanlage angepasst werden.
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Eine Abhängigkeit von der Leistung kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn bei Betrieb der Windenergieanlage bei der Nenndrehzahl die Amplitude der schmalbandigen tonalen Geräusche und/oder die Amplitude des breitbandigen Geräuschs in Abhängigkeit von der Leistung der Windenergieanlage variieren.
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Eine Abhängigkeit vom Pitchwinkel, d. h. der Stellung der Rotorblätter im Wind ist vorteilhaft, da bei einer Veränderung des Pitchwinkels der Rotorblätter im Allgemeinen das durch den Rotor erzeugte breitbandige Geräusch verändert wird.
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Eine Abhängigkeit vom Azimutwinkel, beispielsweise aufgrund einer Anpassung an die Windrichtung, ist beispielsweise vorteilhaft, da sich durch die unterschiedliche Orientierung der Gondel die Raumrichtung, in der die Geräusche abgestrahlt werden, ändern kann.
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Beispielsweise kann die zumindest eine aktive Schallquelle ein Luftschallerreger, insbesondere ein Lautsprecher oder mechanischer Luftschallerreger, sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da der Luftschallerreger eine besonders gut definierte Maskierung um die Einzelton-Frequenz erzeugen kann. Ferner kann der Luftschallerreger zuverlässig verschiedene Maskierungsfrequenzbereiche emittieren und ist so vorteilhaft flexibel einsetzbar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Luftschallerreger an einer heckseitigen Gondelöffnung der Windenergieanlage angeordnet, um eine besonders effiziente Maskierung zu erreichen.
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Alternativ oder ergänzend kann die zumindest eine aktive Schallquelle ein Körperschallschwingerreger, insbesondere Shaker oder Inertialerreger, sein, der einen Körperschall auf schallabstrahlende Flächen der Windenergieanlage überträgt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Geräusch der zugehörigen Einzelton-Frequenz vorwiegend über Körperschall auf schallabstrahlende Flächen der Windenergieanlage übertragen wird.
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Durch die entsprechende Wahl und Positionierung der Schallquelle können die Übertragungspfade und somit auch die Schallrichtung des Einzeltongeräuschs und des Maskier-Rauschens aneinander angepasst werden.
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Alternativ oder ergänzend kann die zumindest eine aktive Schallquelle ein aktiver Tilger sein, der vorgesehen ist, um einen Einzelton durch gegenphasige Schwingungen zu reduzieren. Auf diese Weise kann der aktive Tilger zum einen innerhalb der schmalbandigen Einzelton-Frequenz eine gegenphasige Schwingung erzeugen, um das Einzeltongeräusch absolut zu reduzieren und zum anderen innerhalb des Frequenzbands um die zumindest eine Einzelton-Frequenz das Maskier-Rauschen zur Maskierung des verbleibenden Einzeltongeräuschs erzeugen.
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Vorzugsweise kann die zumindest eine aktive Schallquelle ausgebildet sein, um das Maskier-Rauschen in einer bestimmten Raumrichtung zu emittieren. Auf diese Weise kann mindestens ein Einzeltongeräusch, das in einer bestimmten Raumrichtung emittiert wird, beispielsweise durch eine heckseitige Gondelöffnung der Windenergieanlage, räumlich selektiv maskiert werden, während in anderen Raumrichtungen keine zusätzlichen Geräusche emittiert werden.
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Alternativ kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine aktive Schallquelle vorgesehen sein, um bei einer Mehrzahl von Frequenzbändern um eine Mehrzahl von Einzelton-Frequenzen jeweils ein Maskier-Rauschen in zumindest einer Raumrichtung zu emittieren, und wobei die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, um die aktive Schallquelle jeweils in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Windenergieanlage zu steuern. Auf diese Weise können mittels einer aktiven Schallquelle eine Mehrzahl von störenden Einzeltongeräuschen verhindert werden, wobei das jeweilige Maskier-Rauschen selektiv bei entsprechenden Betriebsparametern emittiert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von aktiven Schallquellen vorgesehen, um bei einer Mehrzahl von Frequenzbänder um eine Mehrzahl von Einzelton-Frequenzen jeweils ein Maskier-Rauschen in zumindest einer Raumrichtung zu emittieren, und wobei die Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, um die Mehrzahl von aktiven Schallquellen jeweils in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter der Windenergieanlage zu steuern. Auf diese Weise können auch bei komplexen Schallemissionsspektren, insbesondere mit verschiedenen Frequenzregionen und/oder verschiedenen Raumrichtungen, störende Einzeltongeräusche verhindert werden, wobei das jeweilige Maskier-Rauschen selektiv bei entsprechenden Betriebsparametern emittiert werden kann.
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Es ist möglich, dass die Steuerungsvorrichtung eine vorbestimmte Kennlinie aufweist, welche das Maskier-Rauschen in Abhängigkeit eines Betriebsparameters festlegt. Dies ermöglicht eine einfache Steuerung der aktiven Schallquelle in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebsparameters. Die Kennlinie kann beispielsweise als mathematische Funktion oder als Tabelle vorgesehen sein.
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Die Steuerungsvorrichtung kann zumindest einen Schallsensor, insbesondere ein Mikrofon, aufweisen, der ein von der Windenergieanlage emittiertes Schallspektrum erfasst und wobei die Steuerungsvorrichtung das emittierte Schallspektrum durch Emission des Maskier-Rauschens regelt. Durch eine Regelung kann das Maskier-Rauschen auf eine minimale Schallleistung geregelt werden, während eine ausreichende Maskierung des Einzeltongeräuschs gewährleistet wird.
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Vorzugsweise weist die Steuerungsvorrichtung zumindest einen Schallsensor auf, der außerhalb der Windenergieanlage angeordnet ist. Dies ermöglicht zudem eine Regelung des Schallspektrums am Immissionsort sowie vorzugsweise in Abhängigkeit der Raumrichtung.
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Das Maskier-Rauschen in dem Frequenzband um die zumindest eine Einzelton-Frequenz weist vorteilhafterweise eine Frequenzlücke um die Einzelton-Frequenz auf. Auf diese Weise kann die zusätzliche Schallleistung minimiert werden.
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Eine erfindungsgemäße Windenergieanlage umfasst eine oben beschriebene Schallemissionssteuerungsvorrichtung.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Schallemissionssteuerung einer Windenergieanlage mit einem Schallemissionsspektrum, welches zumindest eine Einzelton-Frequenz aufweist, umfasst eine Bestimmung mindestens eines Betriebsparameters der Windenergieanlage, und eine aktive Emission eines Maskier-Rauschens in einem Frequenzband um die zumindest eine Einzelton-Frequenz in zumindest einer Raumrichtung in Abhängigkeit von dem mindestens einem Betriebsparameter der Windenergieanlage.
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Ein erfindungsgemäßes Programm für eine Schallemissionssteuerungsvorrichtung einer Windenergieanlage, ist ausgebildet, um die Schallemissionssteuerungsvorrichtung die Verfahrensschritte eines oben beschriebenen Verfahrens ausführen zu lassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren, auf die Bezug genommen wird. In den Figuren zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage;
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2 eine Detailansicht einer Gondel der Windenergieanlage aus 1;
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3 zwei Schallemissionsspektren mit einer Mehrzahl von Einzelton-Frequenzen;
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4 eine Detailansicht eines Schallemissionsspektrums mit Maskier-Rauschen gemäß einer ersten Ausführungsform; und
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5 eine Detailansicht eines Schallemissionsspektrums mit Maskier-Rauschen gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Windenergieanlage 10 mit einem Turm 12, einer Gondel 14 und einer Nabe 16 mit einer Mehrzahl von Rotorblättern 18. Die Windenergieanlage 10 umfasst eine im folgenden beschriebene Schallemissionssteuerungsvorrichtung 20. In der in 1 gezeigten Ausführungsform weist die Schallemissionssteuerungsvorrichtung 20 eine Mehrzahl von Schallsensoren 22 auf, die im Umfeld der Windenergieanlage 10 angeordnet sind; es ist aber ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung, wenn nur ein Schallsensor vorgesehen ist. Vorzugsweise sind mindestens drei Schallsensoren 22 vorgesehen, die kreisförmig um die Windenergieanlage 10 angeordnet sind. Nicht dargestellt, aber im Umfang der vorliegenden Offenbarung enthalten, ist eine Schallemissionssteuerungsvorrichtung, die in der Windenergieanlage oder in der zentralen Windpark-Steuereinheit eines Windparks mit mehreren Windenergieanlagen angeordnet ist.
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2 zeigt eine Detailansicht der Gondel 14. In der Gondel ist ein Getriebe 24 vorgesehen, welches die Rotorblätter 18 mit einem Generator 26 verbindet. Ein Lüftersystem 28 ist vorgesehen, welches eine Kühlung des Getriebes 24 und des Generators 26 ermöglicht und im Folgenden kurz Lüfter 28 genannt wird. Anstelle eines Lüftersystems können auch mehrere unabhängige Lüfter für Getriebe 24 und Generator 28 vorgesehen sein.
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Das Getriebe 26 gibt in der gezeigten Ausführungsform einen Großteil des Schalls als Körperschall ab, der sich über mit Pfeilen gezeigte Körperschall-Transferwege 30 zu schallemittierenden Flächen des Turms 12, der Gondel 14 und/oder der Rotorblätter 18 ausbreitet und von dort aus abgestrahlt wird. Das Getriebe erzeugt in der gezeigten Ausführungsform eine Reihe Einzelton-Frequenzen im Frequenzbereich von 50 bis 250 Hz. Die über die Körperschall-Transferwege 30 emittierten Geräusche werden über die schallemittierenden Flächen im Wesentlichen in alle Raumrichtungen abgestrahlt.
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Der Generator 28 und ein zugehöriger Umrichter erzeugen im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Einzelton-Freqenzen im Frequenzbereich von 900 bis 2000 Hz sowie bei ca. 4500 Hz, die jeweils Großteils als Luftschall an die Luft im Inneren der Gondel 14 abgegeben werden. Auf diese Weise erfolgt eine gerichtete Schallemission entlang der Luftschall-Transferwege 32, beispielsweise durch eine heckseitige Gondelöffnung 34.
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Der Lüfter erzeugt in der gezeigten Ausführungsform Einzelton-Frequenzen zwischen 60 Hz und 1000 Hz und gibt diese aufgrund seines Einbauorts durch die heckseitige Gondelöffnung 34 wie durch den Pfeil 36 gerichtet an die Umgebung ab.
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3 zeigt ein erstes Schallemissionsspektrum 38 einer Windenergieanlage 10 bei hohen Drehzahlen und ein zweites Schallemissionsspektrum 40 der gleichen Windenergieanlage 10 bei niedrigen Drehzahlen. Die Schallemissionsspektren zeigen jeweils deutlich ein breitbandiges Geräusch, das den gesamten gezeigten Spektralbereich einnimmt und zu den höheren Frequenzen hin abnimmt.
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Eine Mehrzahl von Einzelton-Frequenzen 42 ist wie oben beschrieben in den Schallemissionsspektren 38, 40 enthalten. Wie in 3 gut zu erkennen ist, sind die Einzelton-Frequenzen 42 von der Drehzahl abhängig, wobei bei den hohen Drehzahlen insbesondere die Einzelton-Frequenzen im Bereich von 50 bis 250 Hz sowie 1400 bis 1700 Hz stark aus dem Rauschen des breitbandigen Hintergrundgeräuschs hervortreten, während bei den niedrigen Drehzahlen insbesondere die Einzelton-Frequenzen im Bereich von 50 bis 150 Hz sowie 4400 bis 4600 Hz stark aus dem Rauschen des breitbandigen Hintergrundgeräuschs hervortreten.
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Im der gezeigten Ausführungsform sind die tief-frequenten Einzelton-Frequenzen zwischen 50 bis 250 Hz durch das Getriebe verursacht und werden im Wesentlichen über die Körperschall-Transferwege 30 in alle Raumrichtungen emittiert.
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Die höher-frequenten Einzelton-Frequenzen im Bereich von 1400 bis 1700 Hz und 4400 bis 4600 Hz werden durch den Generator und Umrichter sowie das Lüftersystem verursacht. Diese Einzelton-Frequenzen werden im Wesentlichen über die Luftschall-Transferwege 32 durch die heckseitige Gondelöffnung im Wesentlichen in einer Raumrichtung emittiert.
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Zur Erzeugung eines Maskier-Rauschens in einem Frequenzband um eine spezifische Einzelton-Frequenz 42 sind aktive Schallquellen 44 in der Schallemissionssteuerungsvorrichtung 20 vorgesehen, die durch eine Steuerungsvorrichtung 46 gesteuert und/oder geregelt werden.
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Eine erste aktive Schallquelle 44 ist als Luftschallerreger 48, der im Folgenden als Lautsprecher 48 bezeichnet wird, für niedrige, mittlere und hohe Frequenzen ausgebildet. Der Lautsprecher 48 ist an der heckseitigen Gondelöffnung 34 angeordnet und strahlt Schall im Wesentlichen in einer Raumrichtung heckseitig ab. Somit entspricht die Raumrichtung der durch den Lautsprecher 48 abgestrahlten Geräusche der Raumrichtung der über die Luftschall-Transferwege 32 emittieren Einzelton-Frequenzen sowie der Emissionsrichtung der Geräusche des Lüfters 28. Der Lautsprecher 48 wird durch die Steuerungsvorrichtung 46 gesteuert und/oder geregelt, sodass bei hohen Drehzahlen jeweils die Einzelton-Frequenzen im Bereich von 1400 bis 1700 Hz und bei niedrigen Drehzahlen jeweils die Einzelton-Frequenzen im Bereich von 4400 bis 4600 Hz mit einem Maskier-Rauschen maskiert werden.
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Eine zweite aktive Schallquelle 44 ist als Körperschallschwingerreger 50 ausgebildet. Der Körperschallschwingerreger ist beispielsweise als Inertialerreger oder Shaker 50 ausgebildet und ist fest mit der Struktur der Windenergieanlage 10 verbunden und erzeugt Körperschall der vorzugsweise über ähnliche Körperschall-Transferwege 30 wie die in der gezeigten Ausführungsform vom Getriebe 24 erzeugten Geräusche übertragen wird. Auf diese Weise sind die Raumrichtungen, in denen der Schall von den schallemittierenden Flächen der Windenergieanlage 10 emittiert wird für das tonale Geräusch und das Maskier-Rauschen im Wesentlichen identisch. Der Körperschallschwingerreger 50 wird durch die Steuerungsvorrichtung 46 gesteuert und/oder geregelt, sodass bei hohen Drehzahlen und bei mittleren Drehzahlen jeweils die Einzelton-Frequenzen im Bereich von 50 bis 250 Hz mit einem Maskier-Rauschen maskiert werden.
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Zusätzlich und/oder ergänzend ist eine dritte aktive Schallquelle 44 als aktiver Tilger ausgebildet. Der aktive Tilger ist beispielsweise am Getriebe 24 vorgesehen und erzeugt bei einer bestimmten Einzelton-Frequenz eine gegenphasige Schwingung, die die geräuscherzeugenden Schwingungen zumindest teilweise auslöschen. Die Steuerungsvorrichtung 46 steuert und/oder regelt den aktiven Tilger ferner so, dass das verbleibende Geräusch der Einzelton-Frequenz mit einem Maskier-Rauschen maskiert wird. Somit wird der aktive Tilger im Wesentlichen mit einer verbreiterten Frequenzband betrieben, sodass die Frequenzbereiche neben der Einzelton-Frequenz das Maskier-Rauschen bilden.
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Die Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise eine einfache Steuerung in Abhängigkeit der Drehzahl vorsehen, wobei die aktiven Schallquellen so angesteuert werden, dass sie über einer bestimmten Drehzahl das Maskier-Rauschen erzeugen.
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Vorzugsweise erfolgt die Steuerung der aktiven Schallquellen über jeweils eine vorbestimmte Kennlinie, welche das Maskier-Rauschen in Abhängigkeit der Drehzahl festlegt. Somit kann das Maskier-Rauschen für die verschiedenen Einzelton-Frequenzen jeweils für einen bestimmten Drehzahlbereich festgelegt werden, wobei insbesondere auch die Amplitude und die Frequenz des Maskier-Rauschens gesteuert wird. Auf diese Weise wird eine unnötige Erzeugung von Maskier-Geräuschen vermieden. Vorzugsweise werden die vorbestimmten Werte individuell an die jeweilige Windenergieanlage 10 angepasst.
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Ergänzend oder alternativ zur Steuerung in Abhängigkeit der Drehzahl kann die Steuerungsvorrichtung 46 auch eine Steuerung in Abhängigkeit eines anderen Betriebsparameters der Windenergieanlage 10 vorsehen, z. B. eine Abhängigkeit von der Leistung, dem Strom, der, Spannung, dem Drehmoment, dem Pitchwinkel oder dem Azimutwinkel.
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In der gezeigten Ausführungsform sind bei Betrieb der Windenergieanlage bei der Nenndrehzahl die Intensität bzw. Amplitude der schmalbandigen tonalen Geräusche und/oder die Amplitude des breitbandigen Geräuschs abhängig von der Leistung der Windenergieanlage 10. Dementsprechend passt die Steuerungsvorrichtung 46 das Maskier-Rauschen an die sich verändernden Amplitudenverhältnisse des schmalbandigen tonalen Geräuschs und des breitbandigen Geräuschs in Abhängigkeit von der Leistung an.
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Ferner sind die Verhältnisse der Geräuschamplituden in der gezeigten Ausführungsform abhängig vom Pitchwinkel, d. h. der Stellung der Rotorblätter im Wind, da bei einer Veränderung des Pitchwinkels der Rotorblätter im Allgemeinen das durch den Rotor erzeugte breitbandige Geräusch geändert wird. Dementsprechend passt die Steuerungsvorrichtung 46 das Maskier-Rauschen an die sich verändernden Amplitudenverhältnisse des schmalbandigen tonalen Geräuschs und des breitbandigen Geräuschs in Abhängigkeit vom Pitchwinkel an.
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Eine Abhängigkeit vom Azimutwinkel, beispielsweise aufgrund einer Anpassung an die Windrichtung durch Drehung der Gondel 14, ist beispielsweise vorteilhaft, da sich durch die unterschiedliche Orientierung der Gondel die Raumrichtung, in der die Geräusche abgestrahlt werden, ändert.
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Die in 1 gezeigte Ausführungsform ermöglicht zudem eine Regelung der Amplituden des Maskier-Rauschens der jeweiligen Einzelton-Frequenzen. Dazu sind im Umfeld der Windenergieanlage beispielsweise drei oder mehr (es können aber auch weniger sein) Schallsensoren 22 vorgesehen, die den von der Windenergieanlage 10 emittierten Schall messen und eine Frequenzanalyse durchführen. In Abhängigkeit von diesen Messdaten können die aktiven Schallquellen so geregelt werden, dass eine Maskierung der Einzeltonfrequenzen bei minimalem Maskier-Rauschen ermöglicht wird. Vorzugsweise kann die Regelung auch in Hinblick auf die Raumrichtung in der der Schall emittiert wird erfolgen.
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Sind bestimmte Lärmschutzerfordernisse lediglich in einer bestimmten Raumrichtung erforderlich, beispielsweise bei einem in einer bestimmten Richtung gelegenen Wohngebiet, so kann beispielsweise auch lediglich ein Schallsensor 22 in dieser Richtung vorgesehen sein.
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Es ist auch möglich, dass ein Schallsensor 22 innerhalb der Windenergieanlage 10, beispielsweise in der Gondel 14 vorgesehen ist.
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Das Maskier-Rauschen wird im Folgenden anhand der 4 und 5 erläutert. Das Spektrum 54 zeigt das Emissionsspektrum der Windenergieanlage 10 im Spektralbereich um eine Einzelton-Frequenz um 110 Hz. Das Hintergrund-Rauschen bzw. breitbandige Geräusch liegt bei ca. 25 dB während die Spitze des Einzelton-Geräuschs bei ca. 40 dB liegt.
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In der in 4 gezeigten Ausführungsform steuert die Steuerungsvorrichtung 46 die entsprechende Schallquelle, beispielsweise den Inertialerreger 50 so, dass in einem kritischen Band von 60 Hz bis 160 Hz ein Maskier-Rauschen 56 erzeugt wird. In der gezeigten Ausführungsform steigt das Maskier-Rauschen 56 von ca. 17 dB bei 60 Hz auf ca. 31 dB bei 110 Hz, verbleibt auf ca. 31 dB bis 140 Hz und fällt dann ab auf ca. 25 dB bei 160 Hz. Das Ausgangsspektrum mit dem überlagerten Maskier-Rauschen 56 ist als Gesamt-Signal 58 in 4 gezeigt. Dabei wird das Rauschen in der Nähe der Einzelton-Frequenz angehoben wodurch das Einzeltongeräusch verdeckt wird.
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Das kritische Band, d. h. ein Frequenzband um die zumindest eine Einzelton-Frequenz, ist insbesondere vom physiologischen Empfinden des Menschen abhängig und hängt insbesondere von der jeweiligen Einzelton-Frequenz ab. Zur Bestimmung der jeweiligen kritischen Frequenzbänder um eine Einzelton-Frequenz können beispielsweise Lärmschutzrichtlinien verwendet werden, nach denen beispielsweise ΔL Tonhaltigkeitskriterien berechnet werden.
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In 5 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, wobei im Gegensatz zur Ausführungsform von 4 im Maskier-Rauschen 56 eine Frequenzlücke an der Stelle der Einzelton-Frequenz 42 vorgesehen ist. Auf diese Weise wird das Gesamt-Signal 58 an der Einzelton-Frequenz 42 nicht durch die Überlagerung des Maskier-Rauschens 56 erhöht. Somit verbessert sich die Verdeckung des Einzelton-Geräuschs und der Gesamt-Geräuschpegel ist gegenüber der ersten Ausführungsform reduziert.
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Die Schallemissionssteuerungsvorrichtung 20 wird mit einem Verfahren betrieben, dass die folgenden Verfahrensschritte umfasst. In einem ersten Schritt wird ein Betriebsparameter (beispielsweise eine Drehzahl) der Windenergieanlage 10 bestimmt. In einem darauffolgenden Schritt wird ein Maskier-Rauschen in einem Frequenzband um die zumindest eine Einzelton-Frequenz in zumindest einer Raumrichtung in Abhängigkeit von dem Betriebsparameter (beispielsweise der Drehzahl) der Windenergieanlage aktiv emittiert.
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Es kann ferner eine Regelung vorgesehen sein, wobei in einem Verfahrensschritt die Schallemission der Windenergieanlage 10 vorzugsweise in Abhängigkeit der Raumrichtungen bestimmt wird. Anschließend wird das Maskier-Rauschen so geregelt, dass die jeweiligen Einzelton-Geräusche durch das Maskier-Rauschen verdeckt werden.
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Die Steuerungsvorrichtung 46 ist beispielsweise ein Rechner auf dem ein Computerprogrammprodukt gespeichert ist, welches beim Ausführen des Programms auf dem Rechner, den Rechner veranlasst, die oben beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen.
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Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen zeigen lediglich eine bestimmte Kombination von Merkmalen einer erfindungsgemäßen Schallemissionssteuerungsvorrichtung 20. Es ist auch möglich, dass weitere Bauteile der Windenergieanlage 10 bestimmte Einzelton-Geräusche erzeugen können oder die Bauteile wie Getriebe 24, Generator 26 und Lüfter 28 andere Einzelton-Geräusche erzeugen. Dementsprechend kann beispielsweise auch eine andere Zahl und/oder Art und/oder Einbauort von aktiven Schallquellen 44 vorgesehen sein. Ferner können Steuerungs- und Regelungsmechanismen auf verschiedene Art und Weise mit einander kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Windenergieanlage
- 12
- Turm
- 14
- Gondel
- 16
- Nabe
- 18
- Rotorblatt
- 20
- Schallemissionssteuerungsvorrichtung
- 22
- Schallsensor
- 24
- Getriebe
- 26
- Generator
- 28
- Lüfter
- 30
- Körperschall-Transferwege
- 32
- Luftschall-Transferwege
- 34
- Gondelöffnung
- 36
- Pfeil
- 38
- erstes Schallemissionsspektrum
- 40
- zweites Schallemissionsspektrum
- 42
- Einzelton-Frequenzen
- 44
- aktive Schallquelle
- 46
- Steuerungsvorrichtung
- 48
- Luftschallerreger/Lautsprecher
- 50
- Körperschallschwingerreger/Inertialerreger/Shaker
- 52
- aktiver Tilger
- 54
- Spektrum
- 56
- Maskier-Rauschen
- 58
- Gesamt-Signal
