-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Windenergieanlage sowie einen Park mit mehreren Windenergieanlagen.
-
Windenergieanlagen, gemäß der vorliegenden Erfindung besonders Horizontalachsenwindenergieanlagen, sind bekannt. Sie entnehmen Energie aus dem Wind und wandeln diese in elektrische Energie um, was vereinfachend als Erzeugung elektrischer Energie bzw. Erzeugung elektrischer Leistung bezeichnet werden kann.
-
Solange solche Windenergieanlagen in Betrieb sind, erzeugen sie somit Leistung, die üblicherweise in ein elektrisches Versorgungsnetz eingespeist wird. Ein Teil der erzeugten Leistung wird allerdings verwendet, um Betriebseinrichtungen zu versorgen. Neben der Versorgung des Steuersystems, also eines Steuercomputers oder dergleichen, sind auch Betriebseinrichtungen vorhanden, die mitunter etwas mehr Leistung benötigen. Hierzu gehört eine Azimutverstelleinrichtung, also eine Verstelleinrichtung, mit der die Windenergieanlage in ihrer Ausrichtung dem Wind nachgeführt werden kann. Diese beinhaltet üblicherweise mehrere Azimutmotoren zum Verstellen der Gondel der Windenergieanlage. Auch Einrichtungen zum Verstellen der Rotorblätter gehören hierzu, mit denen also die Rotorblätter in ihrem Anstellwinkel verstellt werden können, was auch als Pitchen oder Verstellen des Pitchwinkels bezeichnet wird. Außerdem können Vorrichtungen zum Beheizen vorhanden sein, insbesondere zum Beheizen der Rotorblätter, um einen Eisansatz zu verhindern oder vorhandenes Eis abzutauen.
-
Sobald die Windenergieanlage, besonders wegen zu schwachen Windes, zum Stehen kommt, werden all diese Einrichtungen nicht mehr benötigt. Die Windenergieanlage kann dann ohnehin diese Einrichtungen nicht mehr mit selbst erzeugter Leistung versorgen und eine Versorgung mit elektrischer Leistung aus dem Netz, in das die Windenergieanlage sonst, wenn sie in Betrieb ist, einspeist, ist sehr kostspielig. Die Kosten für die Entnahme von Strom aus dem Netz sind häufig um ein Vielfaches höher als die Vergütung, die ein Windenergieanlagenbetreiber für die gleiche Menge eingespeisten Stroms erhält.
-
Wenn also die Windenergieanlage wieder in Betrieb genommen werden soll, wenn beispielsweise der Wind wieder zunimmt, muss häufig zunächst Leistung teuer aus dem Netz eingekauft werden, um die notwendigen Betriebseinrichtungen entsprechend zu betreiben.
-
Für Windparks sind bereits Lösungen vorgeschlagen worden, bei denen Windenergieanlagen beim Herunterfahren bei entsprechend abschwächendem Wind in unterschiedliche Azimutausrichtungen verstellt werden, so dass bei später wieder zunehmendem Wind zumindest eine der Windenergieanlagen halbwegs günstig zum Wind ausgerichtet ist. Dies beschreibt das Dokument
US-2007-0108769-A1 . Dort wird auch der Vorschlag gemacht, nur für eine Windenergieanlage in dem Windpark, insbesondere eine möglichst kleine, Leistung aus dem Netz zum Hochfahren zu verwenden. Wenn diese Windenergieanlage dann in Betrieb ist, kann die von ihr erzeugte Leistung zum Betreiben von Betriebseinrichtungen weiterer Windenergieanlagen des Parks verwendet werden, damit dann diese hochfahren können.
-
Nachteilig ist hierbei, dass die übrigen Windenergieanlagen somit zunächst abwarten müssen, bis diese eine Windenergieanlage hochgefahren ist. Die Erzeugung von Leistung durch diesen Windpark verzögert sich somit, wodurch wiederum Leistung, die dem Wind bereits entnehmbar wäre, verschenkt wird.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die geeignet ist, dass möglichst viel Leistung aus dem Wind entnommen werden kann und möglichst wenig Leistung bzw. Energie aus dem Wind verschenkt wird. Zumindest soll gegenüber bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
-
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist somit zum Betreiben einer Windenergieanlage vorgesehen, die einen aerodynamischen Rotor mit etwa horizontaler Drehachse, einen elektrischen Generator sowie Betriebseinrichtungen umfasst. Die Windenergieanlage ist zum Einspeisen elektrischer Energie in ein elektrisches Versorgungsnetz vorgesehen und sie wird in einem Startzustand zum Starten des Generators bereitgehalten, während der Generator aber nicht gestartet werden kann.
-
Der Grund, warum der Generator nicht gestartet werden kann, kann beispielsweise darin liegen, dass nicht ausreichend Wind vorhanden ist. Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit ist, dass nicht ins elektrische Versorgungsnetz eingespeist werden kann oder darf. Es kann besonders dann nicht ins elektrische Versorgungsnetz eingespeist werden, wenn zumindest temporär kein Anschluss vorhanden ist. Es kann auch dann nicht eingespeist werden, wenn eine Störung im Netz vorliegt, insbesondere das Netz im elektrotechnischen Sinne zusammengebrochen ist. In solchen Fällen kommt auch in Betracht, dass zwar in das Netz eingespeist werden könnte, je nachdem wie stark die Störung im Netz ist, dass aber aufgrund von Vorschriften, besonders des Netzbetreibers, nicht in das Netz einspeist werden darf. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Windenergieanlage nicht ins Netz einspeisen darf, wenn die Netzfrequenz beispielsweise um 2 % von der Nennfrequenz abweicht.
-
Weiterhin kommt in Betracht, dass lokale Vorschriften ein Starten des Generators temporär verbieten, insbesondere zur Vermeidung vom störendem Schattenwurf oder störender Geräuschentwicklung. In diesem Fall bestände kein Verbot seitens des Netzbetreibers – wobei dieses natürlich auch zusätzlich hinzukommen könnte – sondern ein Verbot aus umweltschutztechnischen Gründen. Besonders der Schattenwurf kann mitunter bereits nach kurzer Zeit vorüber sein, also kein Grund für ein Betriebsverbot sein, wenn die Sonne entsprechend weiter gewandert ist und/oder Wolken keinen Schatten werfen bzw. nur noch diffuses Licht bereitstellen.
-
Ein Betriebsverbot wegen Geräuschemission kann von der Tageszeit abhängen, oder von der Windrichtung.
-
Jedenfalls gibt es verschiedene Gründe, die gegen das Starten des Generators sprechen, die aber auch bald vorüber sein können. Mitunter ist genau absehbar, wann diese Zustände vorüber sind.
-
Jedenfalls wird vorgeschlagen, den Generator in einem Startzustand bereitzuhalten, obwohl er im Moment nicht gestartet werden kann bzw. darf. Diesem Vorschlag liegt besonders die Erkenntnis zugrunde, dass häufig absehbar ist, dass der Generator gestartet werden kann. Ein häufiger Fall dürfte wohl die Auswertung einer Wettervorhersage sein, bzw. überhaupt die Auswertung von Wettermessstationen in der Nähe der jeweiligen Windenergieanlage, demnach etwa vorhergesagt werden kann, wenn wieder Wind in ausreichender Stärke auftritt, um die Anlage zu betreiben.
-
Dem Vorschlag liegt aber auch die Erkenntnis zugrunde, dass viel Energie verloren gehen kann, während die Windenergieanlage sich zum Starten des Generators vorbereitet. Es wurde erkannt, dass dieser Energieverlust mitunter so groß sein kann, dass seine Vermeidung sogar rechtfertigt, die Windenergieanlage dauerhaft zum sofortigen Starten bereitzuhalten. Es wird also Energie aufgewendet, um die Windenergieanlage zum Starten bereitzuhalten, wie beispielsweise Energie zum Ausrichten der Windenergieanlage in den Wind oder selbst Energie zum Beheizen der Windenergieanlage, insbesondere ihrer Rotorblätter, um einen Eisansatz zu vermeiden oder zu lösen.
-
Vorzugsweise verwendet die Windenergieanlage Energie aus wenigstens einem Energiespeicher, um in dem Startzustand zum Starten des Generators gehalten zu werden. Ein solcher Energiespeicher kann im Betrieb der Windenergieanlage durch diese aufgefüllt werden, so dass die Entnahme teuren Stroms aus dem elektrischen Versorgungsnetz vermieden wird. Die Windenergieanlage kann also sobald Randbedingungen dies zulassen, sofort gestartet werden und sofort Energie erzeugen. Dies ist insoweit zusätzliche Energie zu einer Art des Betreibens, bei der die Windenergieanlage sich erst dann zum Starten bereit macht, wenn die Bedingungen zum Starten bereits vorliegen.
-
Vorzugsweise beinhaltet das Bereithalten der Windenergieanlage in dem Startzustand wenigstens eines der folgenden Aktionen: Beheizen der Windenergieanlage, insbesondere von Rotorblättern des Rotors zur Vermeidung von Eisansatz oder dem Abtauen von Eis und Ausrichten der Windenergieanlage in den Wind.
-
Das Ausrichten der Windenergieanlage in den Wind, also das Verstellen der Azimutposition in den Wind, muss nicht unbedingt sehr viel Energie benötigen, besonders dann nicht, wenn stabile Wetterverhältnisse vorliegen, in denen sich die Windrichtung nicht ständig ändert. Vorzugsweise kann hier ein Toleranzwinkel, um den die aktuelle Ausrichtung von der optimalen Ausrichtung der Azimutposition abweicht kann, bis die Azimutposition nachgestellt wird, größer als im Normalbetrieb gewählt werden. Vorzugsweise kann dieser Winkel hier wenigstens 10 Grad, vorzugsweise wenigstens 20 Grad betragen. Die Windenergieanlage könnte dann also bei ausreichend Wind oder dem Wegfall anderer Hinderungsgründe sofort starten, eventuell mit einer nicht ganz optimalen Azimutposition. Diese kann dann aber sehr schnell und ggf. auch bereits mit Energie verstellt werden, die die Windenergieanlage bereits selbst erzeugen kann.
-
Das Beheizen der Windenergieanlage, insbesondere von Rotorblättern zum Verhindern von Eisansatz oder zum Abtauen von Eis, kann mitunter sehr viel Energie verwenden. Zum einen benötigt Heizen grundsätzlich vergleichsweise viel Energie und zum anderen haben moderne Windenergieanlagen sehr große Rotorblätter und damit sehr große Flächen, an denen ein Eisansatz auftreten kann, was zu einer entsprechend großflächigen Beheizung führt.
-
Andererseits wurde aber erkannt, dass der Zeitraum, bis zu dem die Windenergieanlage wieder nach Wegfall des Hindernisses zum Betreiben tatsächlich wieder betrieben wird und Leistung erzeugt, sehr lang sein kann, wenn zunächst ein vorhandener Eisansatz beseitigt werden muss. In diesem Fall liegt somit ein sehr langer Zeitraum vor, der vergeht, bis die Windenergieanlage tatsächlich wieder normal betrieben wird. In diesem langen Zeitraum wird entsprechend auch sehr viel Energie nicht aus dem Wind erzeugt werden können, so dass also für diesen Fall sehr viel Energie verschenkt werden würde. Dieser hohe Energiebetrag ist daher in Relation zu dem Aufwand zum frühzeitigen Beheizen der Rotorblätter zu stellen.
-
Mit anderen Worten wird zwar viel Energie zum Beheizen der Rotorblätter benötigt, es kann dadurch aber noch mehr Energie gewonnen werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist das vorgeschlagene Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage zum Ausrichten in den Wind in Ihrem Azimutwinkel verstellt wird, sobald ihre Azimutausrichtung von einer optimalen Ausrichtung in den Wind um mehr als einen Toleranzwinkel abweicht, und/oder länger als eine vorbestimmte Wartezeit abweicht, wobei die Größe des Toleranzwinkels und/oder die Größe der Wartezeit davon abhängt, ob der Generator in Betrieb ist, und/oder wie groß die Windgeschwindigkeit ist, insbesondere ist die Größe des Toleranzwinkels und/oder die Größe der Wartezeit um so größer, je kleiner die Windgeschwindigkeit ist.
-
Das Ausrichten in den Wind in ihrem Azimutwinkel erfolgt für die Windenergieanlage also nicht sofort und unmittelbar, sondern erst, wenn die Abweichung groß ist oder bzw. zusätzlich wenn eine Wartezeit verstrichen ist. Ein solcher Toleranzwinkel als auch die Wartezeit hängt u.a. davon ab, ob der Generator in Betrieb ist. Ist er in Betrieb, wird ein möglichst kleiner Toleranzwinkel zugrunde gelegt und möglichst wenig, am besten gar keine Wartezeit, zugrunde gelegt. In diesem Fall befindet sich die Windenergieanlage im Grunde im Normalbetrieb und wird dann auch möglichst akkurat dem Wind nachgeführt.
-
Ist der Generator aber nicht in Betrieb, kann das Zugrundelegen eines größeren Toleranzwinkels ausreichend sein und außerdem oder zusätzlich kann es ausreichend sein, eine Zeit lang zu warten, bis die Nachführung durchgeführt wird. Bei besonders kleinen Windgeschwindigkeiten kann eine längere Zeit gewartet werden, bis die Position nachgestellt wird. Gleiches gilt für den Toleranzwinkel, der größer angesetzt werden kann. Besonders wenn die Windgeschwindigkeit so klein ist, dass die Windenergieanlage derzeit noch gar nicht in Betrieb genommen werden kann, die Windgeschwindigkeit also allenfalls so groß ist, dass man überhaupt ihre Richtung bestimmen kann, kann ein sehr verhaltenes Nachführen ausreichend sein.
-
Bei höheren Windgeschwindigkeiten sollte die Nachführung weniger verhalten sein, zumal bereits ausreichend Wind vorhanden ist, um die Anlage zu betreiben. Wenn in diesem Fall also ein Hindernis, das gegen das Betreiben spricht, wegfällt, wenn also beispielsweise eine Wolke einen Schattenwurf beendet, kann die Anlage sofort und mit guter Azimuteinstellung betrieben werden.
-
Vorzugsweise wird bei Windstille oder schlecht messbarer Windrichtung eine Ausrichtung der Windenergieanlage in den Wind, also eine Verstellung der Azimutposition, basierend auf einer von einem Messmast oder einer Werterstation übermittelten Windrichtung erfolgt.
-
Bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten oder sogar Windstille an der Windenergieanlage ist eine Windrichtungsmessung kaum oder gar nicht möglich. Gleichwohl wird aber vorgeschlagen, die Windenergieanlage für ein sofortiges Betreiben bereitzustellen, wenn also insbesondere der Wind plötzlich ausreichend stark ist. Somit kann es auch sinnvoll sein, selbst bei Windstille, eine Windenergieanlage in den Wind auszurichten. Eine Ausrichtung in den Wind ist bei Windstille natürlich – per Definition – nicht möglich, aber eine Ausrichtung in einen in der Nähe gemessenen Wind ist möglich und mitunter kann der Wind zumindest an einem Messmast, der akkurat misst, noch ausreichend sein, um eine Windrichtung festzustellen, wobei der Wind aber so schwach ist, dass er als Windstille wahrgenommen wird oder zumindest an der betreffenden Windenergieanlage nicht messbar oder nicht vorhanden ist. Wenn nur der Wind, wohl mit der so ermittelten Windrichtung, zunimmt, ist die Windenergieanlage gleichwohl schon in die richtige Richtung oder zumindest in etwa in die richtige Richtung ausgerichtet.
-
Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Toleranzwinkel und/oder eine erste Wartezeit gewählt werden, wenn der Generator im Betrieb ist, und ein zweiter Toleranzwinkel und/oder eine zweite Wartezeit gewählt werden, wenn der Generator nicht im Betrieb ist, und optional ein dritter Toleranzwinkel und/oder eine dritte Wartezeit gewählt werden, wenn der Generator nicht im Betrieb ist und die Windgeschwindrichtung von einem Messmast oder einer Wetterstation erhalten wird. Insbesondere wird hier vorgeschlagen, dass der dritte Toleranzwinkel größer als der zweite und der zweite Toleranzwinkel größer als der erste ist. Ebenfalls wird besonders bevorzugt vorgeschlagen, dass die dritte Wartezeit größer ist als die zweite und die zweite Wartezeit größer ist als die erste. Das Nachführen der Azimutposition erfolgt also umso verhaltener, umso stärker die gegebene Situation von einer möglichen Betriebssituation abhängt. Im ersten Fall, also bei erstem Toleranzwinkel und/oder erster Wartezeit, ist die Windenergieanlage in Betrieb.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass eine Heizeinrichtung, insbesondere der Rotorblätter gestartet wird, wenn basierend auf einer Wettervorhersage ausreichend Wind zum Betreiben der Windenergieanlage einschließlich des Generators innerhalb eines Vorbereitungszeitraumes zu erwarten ist, insbesondere so starker und andauernder Wind, dass die zum Beheizen der Rotorblätter benötigte Energie wieder erzeugt werden kann. Hier wird also besonders in Erwartungshaltung darauf, dass die Windenergieanlage wohl bald in Betrieb genommen werden kann, eine Heizeinrichtung, insbesondere eine Heizeinrichtung der Rotorblätter, gestartet. Mit anderen Worten wird hier dann zunächst Energie in das Beheizen der Anlage, besonders der Rotorblätter, investiert, in der Annahme, dass die Anlage bald betrieben werden kann und die dafür aufgewendete Energie auch bald wieder erzeugt hat.
-
Es wird also hier ausdrücklich vorgeschlagen, die Heizeinrichtung zu betreiben, bevor die Windenergieanlage tatsächlich in Betrieb genommen werden kann. Das Beheizen erfolgt vorsorglich und kann somit auch keine unmittelbare von der Windenergieanlage erzeugte Energie verwenden. Stattdessen muss diese Energie aus anderen Quellen genommen werden. Hierzu kommt in Betracht, einen Batteriespeicher oder anderen Speicher elektrischer Energie zu verwenden. Es kommt ggf. auch in Betracht, hierzu Energie von einer anderen Windenergieanlage zu verwenden, wenn diese bereits ausreichend Wind zum Betreiben erhält. Häufig wird aber bei nicht ausreichendem Wind von keiner Windenergieanlage in einem Windpark, also von keiner Windenergieanlage in der Nähe der betrachteten Windenergieanlage, Energie erzeugt.
-
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, diese Energie aus dem elektrischen Versorgungsnetz zu entnehmen und ggf. teuer zu bezahlen. Wenn mit viel Wind zu rechnen ist, kann dieses vorsorgliche Beheizen gleichwohl im Ergebnis vorteilhaft sein, weil hierdurch die Windenergieanlage sofort startklar ist, wenn dieser erwartete stärkere Wind dann auftritt und somit sofort Energie erzeugt werden kann, ohne hierbei durch einen zu lange dauernden Startvorgang Energie zu verschenken.
-
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt also darin, die Windenergieanlage, insbesondere den Generator, zu einem Zeitpunkt startklar zu machen und/oder startklar zu halten, zu dem er aber noch gar nicht starten kann. Dies kann gezielt in Erwartung eines baldigen Startes erfolgen, und/oder dauerhaft.
-
Das Startklar machen des Generators ist letztlich auch ein Startklarmachen der Windenergieanlage insgesamt. Im Ergebnis steht das Startklarmachen des Generators auch dafür, die Windenergieanlage startklar zu machen. Beispielsweise ist das Ausrichten der Gondel der Windenergieanlage, besonders wenn dies etwas verhaltener als im Normalbetrieb erfolgt, auch dauerhaft möglich. Bei besonders energieintensiven Vorbereitungsmaßnahmen, wie das Beheizen der Rotorblätter, kommt in Betracht, dies nur dann vorzunehmen, wenn auch mit dem Starten des Generators zu rechnen ist, bevor ein weiteres oder viele weitere Male das Blatt beheizt werden muss. Bei dem Beheizen der Rotorblätter zum Verhindern eines Eisansatzes oder zum Abtauen eines vorhandenen Eisansatzes oder einer Eisschicht ist zu beachten, dass dieses Phänomen keineswegs im Winter durchgängig auftritt. Vielmehr sind hierfür besondere Wetterumstände nötig. Hierzu gehört nämlich, dass Eisansatz besonders bei Temperaturen um und kurz unter dem Gefrierpunkt auftritt. Außerdem bedarf es feuchter Luft für einen solchen Eisansatz und meist ist auch Wind erforderlich, um einen solchen Eisansatz zu erwarten.
-
Entsprechend ist zwar das dauerhafte Beheizen von Rotorblättern mit einem hohen Energieaufwand verbunden und daher unerwünscht, aber eine Steuerung zum Verhindern von Eisansatz könnte auch dauerhaft betrieben werden, selbst wenn die Anlage nicht betrieben wird. Dies gilt besonders dann, wenn die Steuerung zum Verhindern eines Eisansatzes berücksichtigt, ob überhaupt ein Eisansatz zu erwarten ist. Unter der Berücksichtigung, dass häufig auch Wind erforderlich ist, damit ein Eisansatz auftritt, ist auch häufig zu erwarten, dass geeignete Umgebungsbedingungen zum Betreiben der Windenergieanlage, also zum Zuschalten des Generators, nicht sehr weit entfernt sind, wenn ein Eisansatzverdacht besteht.
-
Vorzugsweise wird somit auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Steuerung zum Verhindern und/oder Entfernen eines Eisansatzes auch dann betrieben wird, wenn der Generator nicht in Betrieb ist.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Startzeitpunkt berechnet oder prognostiziert wird, bei dem zu erwarten ist, dass die Windenergieanlage, insbesondere der Generator, gestartet werden kann und eine vorbestimmte Vorlaufzeit vor dem Startzeitpunkt die Windenergieanlage in einen Startzustand zum Starten des Generators gebracht wird und darin bis zum Starten des Generators bereitgehalten wird. Es wird also zunächst ein Startzeitpunkt berechnet oder prognostiziert. Dies kann beispielsweise basierend auf einer Wettervorhersage erfolgen, wenn der Startzeitpunkt derjenige Zeitpunkt ist, an dem wieder ausreichend Wind vorhanden ist. Dies kann aber auch eine Uhrzeit sein, wenn der Nichtbetrieb auf einem Geräuschemissionsverbot beruht und dieses Geräuschemissionsverbot zu einem bestimmten Zeitpunkt wegfällt. Dies kann auch ein Zeitpunkt sein, zu dem aufgrund des bekannten Sonnenstandes ein Schlagschatten nicht mehr bzw. nicht mehr an einem störenden Ort auftritt. Dieser Startzeitpunkt, der dort berechnet oder prognostiziert wird, kann später auch von einem tatsächlich möglichen Startzeitpunkt abweichen. Möglicherweise entfällt entgegen einer solchen Berechnung der Start der Windenergieanlage auch zunächst oder zumindest für längere Zeit vollständig.
-
Jedenfalls wird ein solcher Startzeitpunkt berechnet, gerade im Falle der Grundlage einer Wettervorhersage könnte auch von dem Prognostizieren eines solchen Startzeitpunktes gesprochen werden.
-
Für diesen prognostizierten oder berechneten Startzeitpunkt wird dann vorgeschlagen, die Windenergieanlage vorher startklar zu machen. Dazu wird eine Vorlaufzeit vorbestimmt, die anlagenspezifisch immer gleich sein kann und damit eine Konstante bilden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform kann diese Vorlaufzeit aber auch von Randbedingungen abhängen, beispielsweise kann sie im Winter größer gewählt werden als im Sommer, um den Vorgang eines Enteisens mit zu berücksichtigen.
-
Es wird also dann vorgeschlagen, mit dieser Vorlaufzeit die Windenergieanlage früher als zum Startzeitpunkt startklar zu machen. Dies kann beispielsweise bedeuten, mit einer Enteisung zu beginnen, die Windenergieanlage in ihre Azimutposition zum Wind auszurichten und/oder die Rotorblätter in ihrem Anstellwinkel zum Wind entsprechend einzustellen. Danach ist dann die Windenergieanlage startklar und wird in diesem Zustand gehalten, bis sie tatsächlich gestartet werden kann. Optimalerweise würde das zum berechneten Startzeitpunkt erfolgen, es kann aber auch beispielsweise später erfolgen. Vorzugsweise wird die Vorlaufzeit größer gewählt, insbesondere wenigstens doppelt so groß, wie zum Vorbereiten der Windenergieanlage zum Starten notwendig wäre. Auch hier fließt die Erkenntnis ein, dass es viel wichtiger ist, sicherzustellen, dass die Windenergieanlage auch startklar ist, wenn die Randbedingungen das Starten zulassen, als vermeintlich Energie einzusparen, die nötig wäre, die Windenergieanlage im startklaren Zustand zu halten.
-
Erfindungsgemäß wird zudem eine Windenergieanlage vorgeschlagen, die dazu vorbereitet ist, wenigstens ein Verfahren gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass sich eine solche Windenergieanlage dadurch auszeichnet, dass die Windenergieanlage oder ein damit verbundenes elektrische Anlagennetzwerk über wenigstens einen Energiespeicher zum Speichern von Energie und zum Abgeben elektrischer Energie verfügt, wobei der Energiespeicher so dimensioniert ist, dass er ausreichend Energie zum Beheizen der Rotorblätter der Windenergieanlage speichern kann, insbesondere so viel Energie speichern kann, dass damit vollständig vereiste Rotorblätter abgetaut werden können, und/oder so viel Energie speichern kann, dass die Rotorblätter mit maximaler Heizleistung für einen vorbestimmten Heizzeitraum beheizt werden können, wobei der Heizzeitraum vorzugsweise wenigstens eine Stunde, insbesondere wenigstens 3 Stunden beträgt.
-
Somit wird vorgeschlagen, die Windenergieanlage mit einem Energiespeicher zu versehen, der auch über ein verbundenes elektrisches Anlagennetz der Windenergieanlage bereitstehen kann, um darin ausreichend Energie zum Beheizen der Rotorblätter bereitzustellen. Mit dieser Energie soll somit ein Eisansatz durch Beheizen der Rotorblätter verhindert werden oder es sollen die Rotorblätter so beheizt werden, dass vorhandenes Eis abgetaut werden kann. Entsprechend wird vorgeschlagen, diesen Energiespeicher entsprechend zu dimensionieren. Vorzugsweise ist dieser Energiespeicher aber ausreichend groß, auch weitere Betriebseinrichtungen der Windenergieanlage zu betreiben, während die Windenergieanlage selbst nicht in Betrieb ist. Hierzu gehören besonders auch das Betreiben einer Azimutverstellung und/oder das Betreiben von Pitchverstellungen für die Rotorblätter, um diese in ihrem Anstellwinkel zum Wind auszurichten. Allerdings dürfte der Energieanteil für das Beheizen der Rotorblätter deutlich größer als die Energie für übrige Anwendungen sein. Entsprechend wird hier vorgeschlagen, die Größe des Energiespeichers an der benötigten Energie für das Beheizen von Rotorblättern zu dimensionieren.
-
Vorzugsweise erfolgt eine Dimensionierung so, dass ausreichend Energie zum Beheizen der Rotorblätter mit maximaler Heizleistung für einen vorbestimmten Heizzeitraum gespeichert werden kann. Dieser Heizzeitraum wird vorzugsweise auf wenigstens eine Stunde, insbesondere wenigstens drei Stunden, angesetzt. Die maximale Heizleistung für die vorhandenen Heizeinrichtungen für die Rotorblätter ist ein vorgegebener bekannter Wert jeder Windenergieanlage und über die vorgegebene Zeitdauer ist somit der Energiespeicher eindeutig dimensionierbar.
-
Erfindungsgemäß wird zudem ein Windpark vorgeschlagen, der wenigstens zwei Windenergieanlagen aufweist, wie sie oben gemäß Ausführungsform beschrieben wurden.
-
Vorzugsweise weist dieser Windpark einen oder mehrere Energiespeicher auf. Dieser eine Energiespeicher oder die Summe aller vorhandenen Energiespeicher des Windparks ist so dimensioniert, dass alle Rotorblätter aller Windenergieanlagen in dem Park für einen entsprechend vorbestimmten Heizzeitraum beheizt werden können und/oder, dass mit der Energie einer solchen die Summe der Energie aller Energiespeicher des Parks ausreicht, alle Rotorblätter aller Windenergieanlagen im Park abzutauen.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt eine Windenergieanlage schematisch.
-
2 zeigt einen Windpark schematisch.
-
3 zeigt vier Zeitdiagramme zum Veranschaulichen eines beispielhaften Heizvorgangs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
-
2 zeigt einen Windpark 112 mit beispielhaft drei Windenergieanlagen 100, die gleich oder verschieden sein können. Die drei Windenergieanlagen 100 stehen somit repräsentativ für im Grunde eine beliebige Anzahl von Windenergieanlagen eines Windparks 112. Die Windenergieanlagen 100 stellen ihre Leistung, nämlich insbesondere den erzeugten Strom über ein elektrisches Parknetz 114 bereit. Dabei werden die jeweils erzeugten Ströme bzw. Leistungen der einzelnen Windenergieanlagen 100 aufaddiert und meist ist ein Transformator 116 vorgesehen, der die Spannung im Park hochtransformiert, um dann an dem Einspeisepunkt 118, der auch allgemein als PCC bezeichnet wird, in das Versorgungsnetz 120 einzuspeisen. 2 ist nur eine vereinfachte Darstellung eines Windparks 112, die beispielsweise keine Steuerung zeigt, obwohl natürlich eine Steuerung vorhanden ist. Auch kann beispielsweise das Parknetz 114 anders gestaltet sein, in dem beispielsweise auch ein Transformator am Ausgang jeder Windenergieanlage 100 vorhanden ist, um nur ein anderes Ausführungsbeispiel zu nennen.
-
3 zeigt in dem untersten Diagramm schematisch einen möglichen Verlauf einer Windgeschwindigkeit. Demnach liegt die Windgeschwindigkeit VW für die ersten 180 Minuten, also drei Stunden, unterhalb einer eingezeichneten Startwindgeschwindigkeit, die hier vereinfachend mit zwei Metern pro Sekunde eingegeben ist. Auf die exakten Werte der Windgeschwindigkeit kommt es hier nicht an. Die Diagramme der 3 versuchen gleichwohl etwa ein auch den Zahlenwerten nach realistischen Verlauf darzustellen. Dennoch sind die Darstellungen schematisch und auch die gezeigten und erläuterten Zusammenhänge sind als schematische Zusammenhänge zu verstehen und besonders können auch Zeichenungenauigkeiten vorliegen.
-
Bei 180 Minuten steigt dann die Windgeschwindigkeit VW so an, dass sie die Startwindgeschwindigkeit VWStart überschreitet. Bei etwa 240 Minuten, also eine Stunde später, hat sich die Windgeschwindigkeit dann bei einem Wert von etwa 10 Metern pro Sekunde eingependelt. Bei dieser Darstellung ist eine Nennwindgeschwindigkeit mit 12 Metern pro Sekunde angesetzt und die Windgeschwindigkeit bleibt also auch nach 240 Minuten noch unter der Nennwindgeschwindigkeit. Die Darstellung zeigt also einen durchaus realistischen Fall, bei dem die Windgeschwindigkeit von sehr schwach, nämlich so schwach, dass die Windenergieanlage gar nicht betrieben werden kann, auf einen höheren Wert steigt, der aber noch unter der Nennwindgeschwindigkeit VWN liegt.
-
Das Diagramm darüber zeigt die von dem Generator der Windenergieanlage erzeugte Leistung PG. Hier wurde der Index G gewählt, um den Unterschied zur Heizleistung PH im Diagramm darüber zu verdeutlichen.
-
Der Generator kann also die ersten drei Stunden keine Leistung erzeugen, weil der Wind zu schwach ist. Nach drei Stunden ist dann die Windgeschwindigkeit stark genug, dass der Generator gestartet werden kann, was davor nicht möglich war. Der Generator wird dann also gestartet und erzeugt entsprechend der Windgeschwindigkeit VW eine entsprechende Leistung. Dieses Diagramm zeigt beispielhaft die erzeugte Leistung in MW und hier wird von einer Windenergieanlage mit einer Nennleistung PN von 2 MW ausgegangen, was heutzutage eher eine Windenergieanlage mittlerer oder sogar kleinerer Größe ist. Weil die Windgeschwindigkeit VW nicht ihre Nennwindgeschwindigkeit VWN erreicht, erreicht die vom Generator erzeugte Leistung PG auch nicht ihren Nennleistungswert PN von 2 MW.
-
Es ist bei diesen beiden unteren Diagrammen auch schon zu erkennen, dass in dem Moment, wo die Windgeschwindigkeit Vw die Startwindgeschwindigkeit VWStart von 2 Metern pro Sekunde überschreitet, sofort auch der Generator gestartet wird und Leistung PG erzeugen kann.
-
Diese Leistung PG ist zunächst gering, weil auch die Windgeschwindigkeit noch sehr gering ist. Der lineare Anstieg der Leitung PG ist dabei idealisierend. Der Verlauf könnte auch etwas anders aussehen, würde aber wohl so ähnlich verlaufen, wenn sich die Windgeschwindigkeit VW wie dargestellt verhält.
-
Das dritte Diagramm von unten zeigt einen exemplarischen Verlauf einer Heizleistung PH, die ebenfalls in MW angegeben ist, wobei dieselbe Dimensionierung gewählt wurde, wie für die Darstellung der Generatorleistung PG. Dieses Diagramm der Heizleistung PH zeigt einen Anstieg der Heizleistung PH bei 30 Minuten von Null auf 0,2 MW, also 200 kW. Diese 200 kW sind für das exemplarische Beispiel der Nennwert für die Heizleistung PHN. Diesem Diagramm liegt die Überlegung zugrunde, dass die Windenergieanlage bei den eingezeichneten 30 Minuten festgestellt hat, dass die Rotorblätter zu enteisen sind, weil ein Eisansatz erkannt wurde. Die Steuerung führt dann also eine Enteisung durch, bei der die Rotorblätter beheizt werden, was im unterstellten Beispiel 200 kW Heizleistung bedarf.
-
Dieses Beheizen der Rotorblätter wird somit durchgeführt, obwohl die Windenergieanlage gar nicht in Betrieb ist und aufgrund der geringen Windgeschwindigkeit auch gar nicht in Betriebt genommen werden kann. Der Generator kann also nicht in Betrieb genommen werden, auch nicht um die Heizleistung zur Verfügung zu stellen.
-
Die Darstellung geht nun davon aus, dass diese Heizleistung für anderthalb Stunden, also von 30 bis 120 Minuten, erforderlich ist. Bei 120 Minuten ist dann die Enteisung erfolgreich beendet und die Beheizung der Rotorblätter wird abgeschaltet, so dass die Heizleistung PH wieder den Wert Null annimmt. Die Windgeschwindigkeit ist nun noch immer auf einem Wert, bei dem der Generator nicht gestartet werden kann.
-
Das oberste Diagramm soll die Energiebilanz der Windenergieanlage darstellen, berücksichtigt hierbei vereinfachend aber nur die von dem Generator erzeugte Leistung PG und die von der Heizeinrichtung verbrauchte Heizleistung PH. Es wird davon ausgegangen, dass bei 30 Minuten als Startwert die Energiebilanz Null ist. Der Verlauf der Energie ist mit E gekennzeichnet.
-
Bei 30 Minuten beginnt also der Heizvorgang und hält für anderthalb Stunden an. Entsprechend werden 300 kWh verbraucht. Bei 120 Minuten ist also die Energiebilanz negativ mit diesen –300 kWh. Dieser Wert bleibt für eine weitere Stunde, nämlich bis 180 Minuten, bestehen, weil in dieser Zeit weder Heizleistung PH verbraucht wird, noch Generatorleistung PG erzeugt wird.
-
Bei 180 Minuten kann nun der Generator gestartet werden, weil die Windgeschwindigkeit gerade die Startwindgeschwindigkeit VWStart überschritten hat. Die Rotorblätter sind enteist und im Übrigen ist auch ansonsten die Windenergieanlage erfindungsgemäß startklar und die Leistung kann somit sofort entsprechend der vorhandenen Windgeschwindigkeit erzeugt werden. Dies wurde weiter oben bereits beschrieben.
-
Ab 180 Minuten steigt dann also die Energie E bzw. Energiebilanz an. Nach etwas mehr als 40 Minuten hat der Generator dann so viel Energie erzeugt, wie durch das Beheizen der Rotorblätter verbraucht wurde. Dabei steigt die Leistung noch weiter an und die Energie, als integral der Leistung über die Zeit, steigt entsprechend noch etwas stärker an. Bei 270 Minuten, also anderthalb Stunden nach Start des Generators, ist die Energie dann etwa bei 900 kWh.
-
Es ist zu beachten, dass die Energiebilanz nun, anderthalb Stunden nachdem die Windgeschwindigkeit ausreichend hoch war, um die Windenergieanlage zu betreiben, eine deutlich positive Energiebilanz vorliegt. Anderthalb Stunden ist auch die Zeit, die die Rotorblätter beheizt wurden, nämlich von 30 bis 120 Minuten, so dass also in dieser Darstellung anderthalb Stunden benötigt wurden, um die Blätter zu enteisen und somit um die Windenergieanlage startklar zu machen. Hätte das Heizen und damit Enteisen der Rotorblätter nicht bereits stattgefunden, hätte die Windenergieanlage damit bei 180 Minuten zunächst beginnen müssen. Da bereits der gezeigte Heizvorgang mit Nennleistung, also Nennleistung PHN der Heizeinrichtung geheizt hat, wäre ein Enteisen, das bei 180 Minuten startet, auch nicht schneller gewesen. Mit anderen Worten wäre die Windenergieanlage dann also frühestens bei 270 Minuten startklar gewesen. Sie hätte also frühestens bei 270 Minuten Leistung erzeugen können und hätte frühestens dann zu einer positiven Energiebilanz beitragen können.
-
Tatsächlich hätte sie aber auch zunächst Heizleistung benötigt und hätte somit zunächst selbst auch Energie verbraucht. Der Übersichtlichkeit halber ist diese Variante nicht eingezeichnet, aber es dürfte unmittelbar ersichtlich sein, dass bei einem Start des Beheizens erst bei 180 Minuten die Energie bis 270 Minuten auf –300 kWh abgefallen wäre. Die vorgeschlagene Lösung führt in diesem Beispiel also zu einem Energievorsprung von 1,2 MWh.
-
Besonders effizient ist dieser schematisch veranschaulichte Prozess der 3 dann, wenn die zum Heizen benötigte Energie aus einem Energiespeicher genommen werden kann, den die Windenergieanlage zunächst selber mit elektrischer Energie aufgeladen hat. In diesem Fall müsste nämlich für den Heizvorgang keine teure Energie aus dem Netz eingekauft werden. Im Übrigen wäre es auch nicht unbedingt hilfreich, bei schwachen Windgeschwindigkeiten, bei denen also ohnehin wenig Windleistung ins Netz eingespeist wird, noch Energie aus dem Netz zum Beheizen zu entnehmen. Dennoch wäre das natürlich eine Option, sollte kein Energiespeicher vorhanden sein oder der Energiespeicher nicht gefüllt sein.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2007-0108769 A1 [0006]
