DE102016124398A1 - Determination of an icefall and / or ice throw distribution of a wind energy plant - Google Patents

Determination of an icefall and / or ice throw distribution of a wind energy plant Download PDF

Info

Publication number
DE102016124398A1
DE102016124398A1 DE102016124398.1A DE102016124398A DE102016124398A1 DE 102016124398 A1 DE102016124398 A1 DE 102016124398A1 DE 102016124398 A DE102016124398 A DE 102016124398A DE 102016124398 A1 DE102016124398 A1 DE 102016124398A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
ice
icefall
wind turbine
wind
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016124398.1A
Other languages
German (de)
Inventor
Monelle Comeau
Sten Barup
Uta Zwölfer-Dorau
Nina Gabriela Weber
Wojciech Martko
Héctor Raúl Rodriguez Urdaneta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wobben Properties GmbH
Original Assignee
Wobben Properties GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wobben Properties GmbH filed Critical Wobben Properties GmbH
Priority to DE102016124398.1A priority Critical patent/DE102016124398A1/en
Priority to PCT/EP2017/082885 priority patent/WO2018109106A1/en
Publication of DE102016124398A1 publication Critical patent/DE102016124398A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/40Ice detection; De-icing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/82Forecasts
    • F05B2260/821Parameter estimation or prediction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/84Modelling or simulation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung für eine Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung Anlagendaten der Windenergieanlage, Umgebungsdaten der Windenergieanlage und eine Eisstückcharakteristik betreffend an der Windenergieanlage befindlichen Eises verwendet werden. Weiterhin ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Eisstückcharakteristik über eine Berechnung mittels eines Monte Carlo Algorithmus bestimmt wird.The invention relates to a method for determining an icefall and / or ice throw distribution for a wind energy plant, characterized in that for determining the icefall and / or ice throw distribution system data of the wind turbine, environmental data of the wind turbine and a Eisstückcharakteristik concerning located on the wind turbine ice are used. Furthermore, the method is characterized in that the icefall and / or ice throw distribution is determined on the basis of the system data, the environmental data and the Eisstückcharakteristik via a calculation by means of a Monte Carlo algorithm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall und/oder Eiswurfverteilung für eine Windenergieanlage. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage.The invention relates to a method for determining an icefall and / or ice throw distribution for a wind energy plant. The invention further relates to a method for operating a wind energy plant.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Windenergieanlage mit einer Warnvorrichtung, eine Software und einen Windpark.The invention also relates to a wind turbine with a warning device, a software and a wind farm.

Bei tiefen Umgebungstemperaturen kann es auf Rotorblättern einer Windenergieanlage zu Eisbildung kommen, die einen effizienten und sicheren Betrieb der Windenergieanlage behindert. Um dies zu vermeiden, werden üblicherweise Beheizungsvorrichtungen in die Rotorblätter einer Windenergieanlage eingebaut. So kann es bei entsprechenden Witterungsbedingungen zu gewollten oder ungewollten Ablösungen von Eisstücken von den Rotorblättern kommen, die in ein die Windenergieanlage umgebendes Gebiet fallen.At low ambient temperatures, rotor blades of a wind energy plant can form ice, which hinders the efficient and safe operation of the wind energy plant. To avoid this, usually heating devices are installed in the rotor blades of a wind turbine. Thus, under appropriate weather conditions, intentional or unintentional detachment of pieces of ice from the rotor blades may occur, which fall into an area surrounding the wind energy plant.

In diesem Gebiet besteht die Gefahr, dass externe Objekte durch herunterfallende Eisstücke beschädigt oder ein Mensch oder ein Tier verletzt werden.In this area there is a risk that external objects may be damaged by falling pieces of ice or that a human being or an animal may be injured.

Diese Gefahr wird typischerweise reduziert, indem die Windenergieanlage abgeschaltet wird.This danger is typically reduced by shutting down the wind turbine.

DE 10 2011 082 249 A1 beschreibt ein grundlegendes Verfahren zum Enteisen einer Windenergieanlage mit einer Enteisungssteuerungsvorrichtung, mittels der ein Enteisungsvorgang ausführbar ist, bei dem an der Windenergieanlage anhaftendes Eis wenigstens teilweise gelöst wird und in einen überwachten Gefahrenbereich unterhalb der Windenergieanlage fällt. Der Gefahrenbereich ist dabei großzügig bemessen. Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass herabfallendes Eis eventuell durch Wind verweht oder durch eine Drehbewegung der Rotorblätter seitlich von den Rotorblättern weggeschleudert werden kann und dadurch erst in einiger Entfernung von der Windenergieanlage auf den Boden auftrifft. DE 10 2011 082 249 A1 describes a basic method for defrosting a wind turbine with a defrost control device by means of which a de-icing process can be carried out, in which ice adhering to the wind turbine is at least partially released and falls into a monitored danger zone below the wind turbine. The danger area is generously dimensioned. In particular, it should be noted that falling ice may be blown by wind or can be thrown sideways by the rotor blades by a rotational movement of the rotor blades and thereby impinges on the ground only at some distance from the wind turbine.

Der Gefahrenbereich wird hier also allenfalls geschätzt und dann großzügig bemessen. Eine verlässliche Bestimmung des Gefahrenbereichs ist jedoch nicht gegeben, sodass man bislang auf eine großzügige Schätzung desselben angewiesen ist, um Gefahren durch Eisfall oder Eiswurf zu vermeiden.The danger area is therefore at best estimated and then generously dimensioned. A reliable determination of the danger area is not given, so that one relies so far on a generous estimate of the same, in order to avoid dangers by ice fall or ice throw.

Ein solcher Gefahrenbereich wird derzeit allenfalls unter Nutzung von Erfahrungswerten für einen Eisfall und/oder Eiswurf von den Rotorblättern geschätzt - so etwa mittels Beobachtung einer tatsächlich festgestellten Eisstückverteilung bei einer 600kW Enercon E-40 Windenergieanlage ( Cattin, R., A. Heimo, S. Kunz, G. Russi, M. Russi, M. Tiefgraber, S. Schaffner, B.E. Nygaard: Alpine Test Site Guetsch - Meteorological measurements and wind turbine performance analysis. IWAIS XII, Yokohama, October 2007 ).At best, such a danger area is currently estimated from the rotor blades by using empirical values for an icefall and / or ice throw - for example, by observing an actually determined ice piece distribution in a 600 kW Enercon E-40 wind energy plant ( Cattin, R., A. Heimo, S. Kunz, G. Russi, M. Russi, M. Tiefgraber, S. Schaffner, BE Nygaard: Alpine Test Site Guetsch - Meteorological measurements and wind turbine performance analysis. IWAIS XII, Yokohama, October 2007 ).

Baring-Gould et al. (IEA, „Wind Energy Projects in Cold Climates“, 2011) beschreibt eine Risikoabschätzung des Eiswurfs von Windenergieanlagen, um dadurch standortabhängig einen geeigneten Abstand zwischen Windenergieanlage und angrenzender Straße zu schätzen - allerdings nur im Rahmen einer Risikoangabe. Hierbei handelt es sich lediglich um eine Risikoanalyse aufgrund von bekannten Vorfällen, Eisklassifizierungen und deren Auftrittswahrscheinlichkeit sowie einfachster empirischer Formeln - etwa zur Bestimmung eines maximalen Abstands d von Eiswurf bei einer stehenden Windenergieanlage d = V D / 2 + H 15

Figure DE102016124398A1_0001
oder einer Anlage im Betrieb: d = ( D + H ) 1.5
Figure DE102016124398A1_0002
Baring-Gould et al. (IEA, "Wind Energy Projects in Cold Climates", 2011) describes a risk assessment of the ice throw of wind turbines in order to estimate a suitable distance between the wind turbine and the adjacent road depending on the location - but only within the scope of a risk statement. This is only a risk analysis based on known incidents, ice classifications and their probability of occurrence and simplest empirical formulas - for example, to determine a maximum distance d of ice in a stationary wind turbine d = V D / 2 + H 15
Figure DE102016124398A1_0001
or a plant in operation: d = ( D + H ) 1.5
Figure DE102016124398A1_0002

Es werden dazu vorbestimmte Anlagendaten für einen bestimmten Typ der Windenergieanlage mit einem Rotordurchmesser D, der Nabenhöhe H und Erfahrungswerte bzw. statistische Annahmen zur Bestimmung einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit V genutzt.For this purpose, predetermined system data for a specific type of wind turbine with a rotor diameter D, the hub height H and empirical values or statistical assumptions for determining an average wind speed V are used.

Problematisch an der bekannten Berücksichtigung eines bislang allenfalls geschätzten Gefahrenbereiches unterhalb der Windenergieanlage ist die mangelhafte Bewertungsmöglichkeit der Gefahr für Mensch und Tier am Rande des Gefahrenbereiches oder über den Gefahrenbereich hinaus. Mangels Präzision einer vollständig auf Erfahrungswerten basierenden Definition eines Gefahrenbereiches lässt sich bereits eine verlässliche und/oder konservative Bestimmung eines Gefahrenbereiches bzw. einer Grenze desselben nicht geben und erst recht nicht auf neue Modelltypen von Windenergieanlagen übertragen. Die bisher bekannten Vorgehensweisen eignen sich insofern kaum zur verlässlichen Planung von Standorten von Windenergieanlagen oder eines Windparks oder sonstigen Anwendungen, welche eine höhere Verlässlichkeit eines Gefahrenbereiches bzw. einer Grenze desselben erforderlich machen. The problem with the known consideration of a previously estimated maximum danger area below the wind turbine is the poor possibility of assessing the danger to humans and animals at the edge of the danger area or beyond the danger area. Due to the lack of precision of a danger area based entirely on empirical values, a reliable and / or conservative determination of a danger zone or its boundary can not already be given and certainly not transferred to new model types of wind turbines. The approaches known so far are hardly suitable for the reliable planning of sites of wind turbines or a wind farm or other applications, which require a higher reliability of a danger area or a limit of the same.

An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur verlässlichen und/oder konservativen Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung von Windenergieanlagen anzugeben, insbesondere dabei ein Risiko von Eisfall und/oder Eiswurf auf bestimmte Gebiete in der Umgebung einer Windenergieanlage zu bestimmen. Es ist insbesondere eine Aufgabe, ein Verfahren vorzustellen, welches eine verbesserte standortspezifische Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung erlaubt.At this point, the invention begins, whose task is to address at least one of the above-mentioned problems. In particular, it is an object of the invention to provide a method for the reliable and / or conservative determination of an icefall and / or ice throw distribution of wind turbines, in particular to determine a risk of icefall and / or ice throw on certain areas in the vicinity of a wind turbine. In particular, it is an object to provide a method which allows an improved location-specific determination of the icefall and / or ice throw distribution.

Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung gemäß Anspruch 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass

  • - zur Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung einer Windenergieanlage verwendet werden:
    • Anlagendaten, insbesondere weitgehend vorbestimmte oder bestimmbare Anlagendaten, bevorzugt statische Anlagendaten der Windenergieanlage, und
    • Umgebungsdaten, insbesondere weitgehend variable Umgebungsdaten der Windenergieanlage,
    • eine Eisstückcharakteristik, und dass
  • - die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Eisstückcharakteristik über eine Berechnung mittels eines Monte Carlo Algorithmus bestimmt wird.
The object is achieved according to a first aspect of the invention by a method for determining an icefall and / or ice throw distribution according to claim 1. According to the invention it is provided that
  • - be used to determine the icefall and / or ice throw distribution of a wind turbine:
    • Plant data, in particular largely predetermined or determinable plant data, preferably static plant data of the wind turbine, and
    • Environmental data, in particular largely variable environmental data of the wind turbine,
    • a Eisstückcharakteristik, and that
  • the icefall and / or ice throw distribution is determined on the basis of the plant data, the environmental data and the ice piece characteristic via a calculation by means of a Monte Carlo algorithm.

Die Erfindung basiert auf der Überlegung, dass im Rahmen eines Eisfalls und/oder Eiswurfes viele Parameter, wie etwa die mittlere Größe eines Eisstücks, die Windgeschwindigkeit oder die Temperatur sich über die Zeit stochastisch verhalten, so dass keine feste Grenze für den Gefahrenbereich für das Herabfallen von abgelösten Eisstücken angegeben werden kann. Es ist daher lediglich möglich, die Wahrscheinlichkeit anzugeben, wo die Gefahr des Eiswurfes eher groß und wo die Gefahr eher klein ist.The invention is based on the consideration that in the context of an icefall and / or ice throw many parameters, such as the average size of a piece of ice, the wind speed or the temperature, behave stochastically over time, so that there is no firm limit to the danger area for falling down of detached pieces of ice can be stated. It is therefore only possible to indicate the probability where the risk of ice throwing rather large and where the danger is rather small.

Es wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass es angesichts der stochastischen Parameter des Eisfalls bzw. Eiswurfes, also insbesondere der stochastischen Eigenschaften der Eisstückcharakteristik, vorteilhaft ist, über einen Monte Carlo Algorithmus eine Häufigkeitsverteilung für das Auftreten des Eisfalls und/oder Eiswurfes in einem Gebiet um eine Windenergieanlage zu erstellen und basierend darauf eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung um die Windenergieanlage zu bestimmen. Weiterhin wurde erkannt, dass für eine möglichst realitätsnahe Berücksichtigung von stochastisch verteilten Daten die Verwendung von entsprechenden Zufallswerten vorteilhaft ist. Hierdurch wird besonders vorteilhaft ermöglicht, nicht nur einen festen Sicherheitsabstand um eine Windenergieanlage anzugeben, sondern die konkrete Gefahr eines Eisschlags in einem Gebiet in der Umgebung der Windenergieanlage zu bestimmen.It has been recognized within the scope of the invention that, in view of the stochastic parameters of the icefall or ice throw, that is to say the stochastic properties of the ice piece characteristic, it is advantageous, via a Monte Carlo algorithm, to determine a frequency distribution for the occurrence of the icefall and / or ice throw in an area to create a wind turbine and based thereon to determine an icefall and / or ice throw distribution around the wind turbine. Furthermore, it was recognized that the use of corresponding random values is advantageous for the most realistic possible consideration of stochastically distributed data. This makes it particularly advantageous not only to specify a fixed safety distance to a wind turbine, but to determine the specific risk of icing in an area in the vicinity of the wind turbine.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vorteilhaft das bewusste Bestimmen einer Eisschlagzone basierend auf einer konkret vorgegebenen Restgefahr für den Eisfall- und/oder Eiswurf außerhalb der Eisschlagzone. So kann durch das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt werden, dass --je nach Bedarf-- im Mittel nur jeder hundertste oder nur jeder tausendste oder nur jeder zehntausendste Eisfall- und/oder Eiswurf oder nur jede andere Zahl von Eisfällen und/oder Eiswürfen wahrscheinlich außerhalb der festgelegten Eisschlagzonen zu Boden geht - d.h. je nachdem, wie anhand der berechneten Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung die Eisschlagzone festgelegt wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren berechnen, dass die Treffergefahr durch Eisfall- und/oder Eiswurf unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts liegt. Vorteilhaft ist es dazu nicht mehr oder nur noch begrenzt erforderlich, eine Eisschlagzone über die Maßen zu dimensionieren - vielmehr kann die Eisschlagzone je nach Bedarf und ggfs. auch laufend den aktuellen Gegebenheiten, insbesondere den meteorologischen Verhältnissen, verlässlich angepasst werden.The method according to the invention advantageously makes it possible to deliberately determine an icebound zone based on a concrete predetermined residual risk for the icefall and / or ice throw outside of the icebox zone. Thus, it can be ensured by the method according to the invention that on the average, only every one hundredth or every thousandth or only every ten thousandth icefall and / or ice throw, or just any other number of ice falls and / or ice throws, is likely to be outside the ice-covered zones - ie Depending on how the ice rink zone is determined on the basis of the calculated icefall and / or ice throw distribution, the method according to the invention can calculate that the risk of impact due to icefall and / or ice throw is below a predetermined limit value. Advantageously, it is no longer or only to a limited extent necessary to dimension an icebound zone beyond the dimensions - rather, the iceflon zone can be reliably adapted to current needs, and in particular to current conditions, in particular the meteorological conditions.

Vorteilhaft an dem vorgestellten Verfahren ist weiterhin, dass es zu einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung führt, die qualitativ und quantitativ überprüfbare Aussagen erlaubt. So kann die Wahl der vorbestimmten Anlagendaten oder die Abschätzung der variablen Umgebungsdaten im Rahmen des Monte Carlo Algorithmus überprüft und gegebenenfalls an die Realität angepasst werden.Another advantage of the presented method is that it leads to an icefall and / or ice throw distribution that allows qualitatively and quantitatively verifiable statements. So can the choice of the predetermined System data or the estimation of the variable environment data in the context of the Monte Carlo algorithm checked and if necessary adapted to the reality.

Die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ist vorzugsweise, beispielsweise aufgrund einer am Standort der Windenergieanlage vorherrschenden Windrichtung, nicht homogen um die Windenergieanlage verteilt.The icefall and / or ice throw distribution is preferably not distributed homogeneously around the wind energy plant, for example due to a prevailing wind direction at the location of the wind power plant.

Unter Eisfall wird das Abfallen von Eisstücken von der Windenergieanlage im Standbetrieb der Windenergieanlage verstanden. Eiswurf bezeichnet das durch eine Bewegung eines Rotorblattes der Windenergieanlage beeinflusste, vorzugsweise im Wesentlichen parabelförmige Abwerfen von Eisstücken im aktiven Betrieb der Windenergieanlage.Icefall is understood to mean the falling off of ice pieces from the wind energy plant during stationary operation of the wind energy plant. Ice casting refers to the ejection of pieces of ice, which is influenced by a movement of a rotor blade of the wind power plant, preferably ejection of ice pieces during active operation of the wind energy plant.

Als Monte Carlo Algorithmus wird im Rahmen dieser Erfindung ein randomisierter, also auf Zufallswerten basierender Algorithmus verstanden, der durch wiederholtes Ausführen einer Berechnungsvorschrift mit wechselnden Zufallswerten für einen jeweiligen Parameter der Berechnungsvorschrift ein mit einer entsprechenden Ungenauigkeit versehenes Ergebnis liefert. Typischerweise ist hierbei die Größe der Ungenauigkeit durch eine entsprechende Modellierung des Monte Carlo Algorithmus, insbesondere durch eine Anzahl von genutzten Zufallswerten, bekannt.In the context of this invention, the Monte Carlo algorithm is understood to be a randomized, ie random-based, algorithm which, by repeatedly executing a calculation rule with alternating random values for a particular parameter of the calculation specification, yields a result with a corresponding inaccuracy. Typically, the size of the inaccuracy is known by a corresponding modeling of the Monte Carlo algorithm, in particular by a number of random values used.

Die Erfindung führt gemäß einem weiteren Aspekt auf ein Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage. Im Rahmen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ermittelt, wobei abhängig von der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ein Abschalten der Windenergieanlage und/oder ein Ausgeben eines Warnsignals zur Gefahrenabwehr ausgelöst wird, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. The invention leads according to a further aspect of a method for operating a wind turbine. In the context of this method according to the invention, the icefall and / or ice throw distribution is determined according to an embodiment of the method according to the first aspect of the invention, wherein depending on the icefall and / or ice throw distribution triggers a shutdown of the wind turbine and / or issuing a warning signal for security if the probability of an ice throw and / or icefall on an external object exceeds a predetermined limit.

Die Erfindung betrifft insbesondere gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Windenergieanlage mit einer Warnvorrichtung. Die Warnvorrichtung ist dabei ausgebildet, ein Warnsignal auszulösen, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch die Windenergieanlage einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wobei die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bestimmt ist.The invention relates in particular according to a further aspect of the invention, a wind turbine with a warning device. The warning device is configured to trigger a warning signal if the probability of an ice throw and / or icefall to an external object by the wind turbine exceeds a predetermined limit, the probability of an ice throw and / or icefall on an external object by a method according to the first Aspect of the invention is determined.

Die erfindungsgemäße Windenergieanlage löst ein Warnsignal vorteilhaft dann aus, wenn sich das externe Objekt innerhalb eines Bereiches um die Windenergieanlage befindet, in dem mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit Eisfall und/oder Eiswurf zu Boden geht. Dieser Bereich ist daher vorzugsweise als Eisschlagzone, also als örtlicher Bereich mit erhöhter Eisschlaggefahr, festgelegt. Das Warnsignal kann daher vorteilhaft dazu dienen, das externe Objekt von einer weiteren Annäherung an die Windenergieanlage abzuhalten oder dafür zu sorgen, dass es sich von der Windenergieanlage entfernt. Das Warnsignal kann hierbei beispielsweise ein hörbarer Ton, ein optisch wahrnehmbares Signal, oder besonders bevorzugt eine elektronische Nachricht an einen Betreiber der Windenergieanlage sein.The wind energy plant according to the invention triggers a warning signal advantageous when the external object is within an area around the wind turbine, in which with a predetermined probability icefall and / or ice throw goes to the ground. Therefore, this area is preferably defined as an icebound zone, ie as a local area with an increased risk of ice-skating. The warning signal can therefore advantageously serve to prevent the external object from further approaching the wind turbine or to make it move away from the wind turbine. In this case, the warning signal can be, for example, an audible tone, a visually perceptible signal, or particularly preferably an electronic message to an operator of the wind energy plant.

Das Warnsignal kann dabei auch unmittelbar eine Abschaltung der Windenergieanlage auslösen.The warning signal can also trigger a shutdown of the wind turbine immediately.

Die Erfindung führt auch auf eine Software, die Programmmittel aufweist, mit einem Modul, das dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung einer Windenergieanlage über einen Monte Carlo Algorithmus gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuern.The invention also leads to software having program means with a module adapted to control a method for determining an icefall and / or ice throw distribution of a wind turbine via a Monte Carlo algorithm according to the method of the invention.

Außerdem betrifft die Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt einen Windpark mit einer Park-Eisschlagzone. Der Windpark weist eine Vielzahl von Windenergieanlagen eines oder mehrerer Parkabschnitte auf, wobei Windenergieanlagen eines oder mehrerer Parkabschnitte über mindestens einen gemeinsamen Einspeisepunkt zum Anschluss an ein Versorgungsnetz miteinander verbunden sind. Der Windpark weist eine Warnvorrichtung auf, die ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch eine Windenergieanlage des Windparks einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt wird für jede Windenergieanlage des Windparks jeweils durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bestimmt.In addition, according to another aspect, the invention relates to a wind farm having a park iceback zone. The wind farm has a plurality of wind turbines of one or more park sections, wherein wind turbines of one or more parking sections are connected to each other via at least one common feed point for connection to a supply network. The wind farm has a warning device which is designed to trigger a warning signal if the probability of an ice throw and / or ice fall on an external object by a wind turbine of the wind farm exceeds a predetermined limit. The probability of an ice throw and / or ice fall on an external object is determined for each wind turbine of the wind farm each by a method for determining an icefall and / or ice throw distribution according to the first aspect of the invention.

Der Windpark mit der Warnvorrichtung ist besonders vorteilhaft, da die Eisfall- und/oder Eiswurfwahrscheinlichkeit für alle Windenergieanlagen des Windparks zentral bestimmt und entsprechend überwacht werden kann. Weiterhin kann die Bestimmung und die dadurch ermöglichte eventuelle Überwachung einer Park-Eisschlagzone für den gesamten Windpark die Gefahr von Schäden oder Verletzungen durch Eisfall und/oder Eiswurf in der Umgebung des Windparks verringern.The wind farm with the warning device is particularly advantageous since the icefall and / or ice throw probability can be centrally determined for all wind energy installations of the wind farm and monitored accordingly. Furthermore, the determination and the possible monitoring of a parking Ice-break zone for the entire wind farm reduces the risk of damage or injury due to icing and / or ice throwing in the vicinity of the wind farm.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.Further advantageous developments of the invention can be found in the subclaims and specify in detail advantageous possibilities to realize the above-described concept within the scope of the problem as well as with regard to further advantages.

In dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird in einer vorteilhaften Weiterbildung die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung über eine Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien berechnet. Die verschiedenen Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien entsprechen dabei verschiedenen Parametern, die im Rahmen des Monte Carlo Algorithmus genutzt werden. Insbesondere ist es vorteilhaft für jeden entsprechend der Eisstückcharakteristik bestimmten Zufallswert für ein Eisstück oder für variable auf Zufallswerten basierende Umgebungsdaten eine entsprechende Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorie zu berechnen. Hierdurch kann die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung bestimmt werden, indem Treffpunkte der Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien auf den Untergrund gespeichert und zu einer Eisfall- und/oder Eiswurfhäufigkeit zusammengefügt werden, aus der sich die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ergibt. Die Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien sind typischerweise abhängig von den vorbestimmten Anlagendaten der Windenergieanlage und den Umgebungsdaten der Windenergieanlage. Vorzugsweise wird für die Berechnung der Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien ein Trajektorienmodell verwendet, das die endliche Ausdehnung der Eisstücke berücksichtigt.In the method according to the first aspect of the invention, in an advantageous development, the icefall and / or ice throw distribution is calculated via a multiplicity of icefall and / or ice throw trajectories. The various icefall and / or ice trajectories correspond to different parameters that are used within the framework of the Monte Carlo algorithm. In particular, it is advantageous to calculate a corresponding icefall and / or ice throw trajectory for each random piece of ice determined for a piece of ice or for random data based on random values. As a result, the icefall and / or ice throw distribution can be determined by storing meeting points of the icefall and / or ice throw trajectories on the ground and merging them into an icefall and / or ice throw frequency, which results in the icefall and / or ice throw distribution , The icefall and / or ice trajectories are typically dependent on the predefined plant data of the wind turbine and the environmental data of the wind turbine. Preferably, a trajectory model is used for the calculation of the icefall and / or ice trajectories that takes into account the finite extent of the ice pieces.

In einer Variante dieser Weiterbildung wird die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis einer mindestens zweidimensionalen Bewegungsgleichung des Eisfalls und/oder Eiswurfs in einer durch die Rotorblätter der Windenergieanlage gebildeten Ebene, insbesondere einer zwei- oder dreidimensionalen Bewegungsgleichung, bevorzugt auf Basis einer dreidimensionalen Bewegungsgleichung, berechnet. Die Bewegungsgleichung erfasst dabei durch Verwendung der Umgebungsdaten Einflüsse der Umgebung auf den Eisfall und/oder Eiswurf, wie beispielsweise eine Windgeschwindigkeit und Windrichtung, einen entsprechenden Reibungswiderstand eines Eisstücks in der Luft und die auf das Eisstück wirkende Schwerkraft. In einer besonders bevorzugten Variante der dreidimensionalen Bewegungsgleichung werden die folgenden drei Differentialgleichungen als dreidimensionale Bewegungsgleichung genutzt: M d 2 x d t 2 = 1 2 ρ C D A ( d x d t U ) | V |

Figure DE102016124398A1_0003
M d 2 y d t 2 = 1 2 ρ C D A ( d y d t ) | V |
Figure DE102016124398A1_0004
M d 2 z d t 2 = M g 1 2 ρ C D A ( d z d t U ) | V |
Figure DE102016124398A1_0005
In a variant of this development, the icefall and / or ice throw distribution is based on an at least two-dimensional equation of motion of the icefall and / or ice throw in a plane formed by the rotor blades of the wind energy plant, in particular a two- or three-dimensional equation of motion, preferably based on a three-dimensional equation of motion, calculated. By using the environmental data, the equation of motion captures influences of the surroundings on the icefall and / or ice throw, such as a wind speed and wind direction, a corresponding frictional resistance of a piece of ice in the air and the force of gravity acting on the ice piece. In a particularly preferred variant of the three-dimensional equation of motion, the following three differential equations are used as a three-dimensional equation of motion: M d 2 x d t 2 = - 1 2 ρ C D A ( d x d t - U ) | V |
Figure DE102016124398A1_0003
M d 2 y d t 2 = - 1 2 ρ C D A ( d y d t ) | V |
Figure DE102016124398A1_0004
M d 2 z d t 2 = - M G - 1 2 ρ C D A ( d z d t U ) | V |
Figure DE102016124398A1_0005

Die z-Achse beschreibt dabei eine Richtung, die senkrecht zur Erdoberfläche ist. Hierbei steht M für die Masse eines Eisstücks, g ist die Erdbeschleunigung, |V| steht für den Betrag der Geschwindigkeit des Eisstücks, insbesondere gemäß einer vereinfachten Annahme steht |V| für die Anfangsgeschwindigkeit des Eisstücks, CD steht für den Reibungskoeffizienten der Luftreibung (angenommen ist hierbei Newton-Reibung), A für die im Rahmen des Luftwiderstands relevante angeströmte Querschnittsfläche eines Eisstücks, U steht für die Windgeschwindigkeit und ρ für die Dichte der Luft.The z-axis describes a direction that is perpendicular to the Earth's surface. Here M stands for the mass of a piece of ice, g is the gravitational acceleration, | V | represents the amount of speed of the ice, in particular, according to a simplified assumption, | V | for the initial speed of the ice lump, C D stands for the coefficient of friction of the air friction (assumed Newton friction), A for the dragged cross-sectional area of a piece of ice relevant to the air resistance, U stands for the wind speed and ρ for the density of the air.

In einer weiteren Variante weist das Verfahren das Bestimmen der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis einer zweidimensionalen Bewegungsgleichung auf, wobei die obigen Gleichungen (1) und (3) zur jeweiligen Berechnung der Eiswurf-Trajektorien verwendet werden. Hierbei steht die x-Achse bevorzugt senkrecht zur z-Achse in der durch die Rotorblätter der Windenergieanlage gebildeten Ebene.In a further variant, the method comprises determining the icefall and / or ice throw distribution on the basis of a two-dimensional equation of motion, wherein the above equations (1) and (3) are used for the respective calculation of the ice throw trajectories. Here, the x-axis is preferably perpendicular to the z-axis in the plane formed by the rotor blades of the wind turbine.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Anlagendaten vorbestimmte Anlagendaten. Diese ergeben sich aus einem in der Vergangenheit liegenden Zustand der Windenergieanlage in deterministischer Weise. Insbesondere umfassen die Anlagendaten strukturelle Anlagendaten, welche den Aufbau der Windenergieanlage betreffen, wie beispielsweise einen Rotordurchmesser, eine Nabenhöhe der Windenergieanlage, eine Blattwinkelkurve oder weitere Daten zur Dimensionierung des Rotorblatts. Weitere vorbestimmte Anlagendaten können beispielsweise sein: Turbinen-Typ der Windenergieanlage, eine maximale Rotationsgeschwindigkeit der Windenergieanlage und ein Vorliegen einer Heizvorrichtung in der Windenergieanlage und gegebenenfalls ein Betriebszustand der Heizvorrichtung. In einer Variante haben die Anlagendaten auch einen nicht deterministischen Anteil, der zum Bestimmen der Anlagendaten abgeschätzt wird. In a particularly preferred development, the system data are predetermined system data. These result from a past state of the wind turbine in a deterministic manner. In particular, the plant data comprise structural plant data relating to the structure of the wind turbine, such as a rotor diameter, a hub height of the wind turbine, a blade angle curve or other data for dimensioning the rotor blade. Other predetermined system data may be, for example: turbine type of the wind turbine, a maximum rotational speed of the wind turbine and a presence of a heater in the wind turbine and optionally an operating state of the heater. In one variant, the plant data also have a non-deterministic portion, which is estimated to determine the plant data.

Weiterhin umfassen die Anlagendaten in einer Weiterbildung eingegebene und/oder gemessene Anlagendaten, die im Rahmen eines Betriebs der Windenergieanlage variieren und daher nicht vorbestimmt sind, wie beispielsweise die Drehzahl der Rotorblätter, also den Betrieb der Windenergieanlage betreffen.Furthermore, the system data include input and / or measured system data in a development, which vary within the scope of an operation of the wind turbine and are therefore not predetermined, such as the speed of the rotor blades, so affect the operation of the wind turbine.

In einer Weiterbildung umfassen die Umgebungsdaten unter anderem Wetterdaten, wie beispielsweise eine mittlere Temperatur, eine mittlere Windgeschwindigkeit, eine mittlere Windrichtung, oder eine vorbestimmte Eisklassifizierung. Diese Umgebungsdaten können vorbestimmt bereitgestellt sein, und erfordern daher keine fortlaufende Messung.In a further development, the environmental data include, among other things, weather data, such as an average temperature, an average wind speed, a mean wind direction, or a predetermined ice classification. This environment data may be provided in a predetermined manner and therefore does not require continuous measurement.

Die Eisklassifizierung eines Standortes der Windenergieanlage kann beispielsweise durch die von der Forschungskooperation IEA Wind ausgegebene Eisklassifikation gemäß Tabelle 1 erfolgen. Tabelle 1 Vereisungsklasse Meteorologische Vereisung (in % des Jahres) Instrumenten-Vereisung (in % des Jahres) Produktivitätsverlust (in % des Jahresenergieertrags für eine WEA ohne Blattheizung) 5 >10 >20 >20 4 5-10 10-30 10-25 3 3-5 6-15 3-12 2 0,5-3 1-9 0,5-5 1 0-0,5 0-1,5 0-0,5 The ice classification of a location of the wind energy plant can, for example, be carried out by the ice classification given by the research cooperation IEA Wind according to Table 1. Table 1 icing class Meteorological icing (in% of the year) Instrument icing (% of the year) Loss of productivity (% of annual energy yield for a wind turbine without blade heating) 5 > 10 > 20 > 20 4 5-10 10-30 10-25 3 3-5 6-15 3-12 2 0.5-3 1-9 0.5-5 1 0-0.5 0-1.5 0-0.5

In einer Weiterbildung sind die Umgebungsdaten der Windenergieanlage zeitlich unvorhersehbar veränderliche Umgebungsdaten, insbesondere variable Umgebungsdaten. Die variablen Umgebungsdaten entziehen sich einer deterministischen Vorhersage, wie das beispielsweise für Wetterdaten oder einen Zeitpunkt der Eisbildung auf den Rotorblättern der Fall ist. Daher ist eine Bestimmung durch Festlegung von entsprechenden Zufallswerten besonders vorteilhaft. Hierbei können die Zufallswerte beispielsweise über bekannte Zufallszahlengeneratoren oder über abgespeicherte Zufallszahlentabellen bestimmt werden.In a development, the environmental data of the wind energy installation are temporally unforeseeable variable environmental data, in particular variable environmental data. The variable environment data defies a deterministic prediction, as is the case, for example, for weather data or a time of ice formation on the rotor blades. Therefore, determination by setting corresponding random values is particularly advantageous. In this case, the random values can be determined, for example, via known random number generators or via stored random number tables.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung hängen variable Umgebungsdaten von vorbestimmten Umgebungsdaten ab. So ist beispielsweise die statistische Verteilung der mittleren Windgeschwindigkeit, die u.a. gemäß der Weibull-Verteilung angenommen werden kann, ein standortspezifischer vorbestimmbarer Wert, wohingegen die momentane Windgeschwindigkeit ein Teil der unbestimmten Umgebungsdaten ist. Es kann beispielsweise ein Zufallswert der Windgeschwindigkeit statistisch über den Monte-Carlo Algorithmus unter Nutzung der Weibull-Verteilung bestimmt werden. Zeitlich veränderliche Werte entziehen sich oft einer präzisen Vorhersage. Daher ist deren Festlegung über Zufallswerte in einem vorgegebenen statistischen Rahmen besonders vorteilhaft, da hierdurch verschiedene mögliche zeitliche Veränderungen dieser Werte, also der unbestimmten Umgebungsdaten, statistisch berücksichtigt werden.In a further preferred development, variable environmental data depend on predetermined environmental data. For example, the statistical distribution of the average wind speed, which i.a. according to the Weibull distribution, a site-specific predeterminable value, whereas the instantaneous wind speed is a part of the indefinite environment data. For example, a random value of the wind speed may be statistically determined via the Monte Carlo algorithm using the Weibull distribution. Time-varying values often elude a precise prediction. Therefore, their determination by means of random values in a given statistical framework is particularly advantageous, as it statistically takes into account various possible temporal changes of these values, that is to say the indeterminate environmental data.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Eisstückcharakteristik aus Zufallswerten für eine Fläche eines Eisstücks, ein Volumen eines Eisstücks, eine Masse eines Eisstücks, eine Position eines auf einem Rotorblatt der Windenergieanlage befindlichen Eisstücks, oder eine Kombination daraus berechnet. Die Ausprägung von Eisstücken entzieht sich einer vorhersagenden, deterministischen Betrachtung, so dass deren Berücksichtigung durch Zufallswerte besonders vorteilhaft ist. Für die Modellierung solcher Zufallswerte können bekannte Eisfragment-Modellierungen genutzt werden. Hierbei wird in einer Variante der Erfindung vorteilhaft auf die vorliegende Vereisungsklasse des Standortes der Windenergieanlage oder auf vorliegende Wetterdaten für die Eisfragment-Modellierung zurückgegriffen.In a preferred embodiment, the ice piece characteristic is calculated from random values for a surface of a piece of ice, a volume of a piece of ice, a mass of a piece of ice, a position of a piece of ice on a rotor blade of the wind turbine, or a combination thereof. The expression of ice pieces eludes a predictive, deterministic view, so that their consideration by random values is particularly advantageous. For the modeling of such random values known ice fragment modeling can be used. This is advantageous in a variant of the invention resorting to the present icing class of the location of the wind turbine or to present weather data for ice fragment modeling.

In einer bevorzugten Weiterbildung basiert die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Zufallswerten für die Fläche und die Masse eines Eisstückes. Entsprechend der bekannten Dichte von Eis können anstelle der Masse auch Zufallswerte für das Volumen bestimmt werden.In a preferred development, the determination of the icefall and / or ice throw distribution is based on random values for the area and the mass of a piece of ice. In accordance with the known density of ice, instead of the mass, random values for the volume can also be determined.

In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung basiert die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Zufallswerten für das Verhältnis von Fläche zu Masse, A/M eines Eisstücks. In dieser Weiterbildung kann eine notwendige Anzahl von zu bestimmenden Zufallswerten dadurch reduziert werden, dass A und M nicht einzeln über Zufallswerte festgelegt werden, sondern nur ein einziger Zufallswert für das Verhältnis beider Größen der Eisstückcharakteristik genutzt wird.In a further particularly preferred development, the determination of the icefall and / or ice throw distribution is based on random values for the ratio of area to mass, A / M of a piece of ice. In this development, a necessary number of random values to be determined can be reduced in that A and M are not determined individually via random values, but only a single random value is used for the ratio of the two sizes of the ice piece characteristic.

Vorzugsweise basiert die Eisstückcharakteristik auf einer Eisklassifizierung des Standorts der Windenergieanlage. Eine derartige Eisklassifizierung kann beispielsweise die von der Forschungskooperation IEA Wind ausgegebene Eisklassifikation gemäß Tabelle 1 sein.Preferably, the ice piece characteristic is based on an ice classification of the location of the wind turbine. Such an ice classification can be, for example, the ice classification given by the IEA Wind research cooperation in accordance with Table 1.

Die Eisstückcharakteristik umfasst in einer Weiterbildung auch vorbestimmte Daten, beispielsweise: ein Durchschnittsgewicht von Eisstücken, eine mittleren Anzahl von Eisstücken auf einem Rotorblatt der Windenergieanlage, einen Anteil von geworfenen Eisstücken des Rotorblatts oder eine mittlere Verweildauer von Eisstücken auf dem Rotorblatt. Besonders bevorzugt sind derartige vorbestimmte Daten der Eisstückcharakteristik abhängig von der am Standort der Windenergieanlage vorherrschenden Eisklassifizierung.The Eisstückcharakteristik includes in a development also predetermined data, for example: an average weight of ice pieces, an average number of pieces of ice on a rotor blade of the wind turbine, a proportion of thrown ice pieces of the rotor blade or a mean residence time of ice pieces on the rotor blade. Such predetermined data of the ice piece characteristic are particularly preferably dependent on the ice classification prevailing at the location of the wind energy plant.

Bevorzugt erfolgt die Bestimmung von Zufallswerten hierbei durch ein Festlegen eines Mittelwertes beispielsweise für die Masse und/oder ein A/M-Verhältnis eines Eisstückes, entsprechend einer genutzten Eisfragment-Modellierung und einer zufällig bestimmten Abweichung von diesem Mittelwert. Eine Varianz dieser Abweichung ist in einem Beispiel dieser Weiterbildung ebenfalls im Rahmen der Eisfragment-Modellierung oder durch Erfahrungswerte aus früheren Messungen vorgegeben.The determination of random values preferably takes place here by setting an average value, for example for the mass and / or an A / M ratio of a piece of ice, corresponding to a used ice fragment modeling and a randomly determined deviation from this mean value. A variance of this deviation is also given in the context of ice fragment modeling or by empirical values from earlier measurements in an example of this development.

Grundsätzlich sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt solche Annahmen für die Eisbildung und/oder für Umgebungseinflüsse und entsprechende unbestimmte Umgebungsdaten zu nutzen, die durch im Fachgebiet bekannte Annahmen gestützt sind oder aus der Industrie durch langfristig gemessene entsprechende Zeitreihen belegt werden können.In principle, in the context of the method according to the invention, it is preferable to use such assumptions for ice formation and / or environmental influences and corresponding indeterminate environmental data, which are based on assumptions known in the field or can be substantiated by industry by long-term corresponding time series.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die folgenden Schritte auf

  • - Bereitstellen der, insbesondere vorbestimmten, Anlagendaten der Windenergieanlage;
  • - Festlegen oder Messen der Umgebungsdaten der Windenergieanlage;
  • - Festlegen einer Vielzahl von Zufallswerten für die Eisstückcharakteristik, zumindest teilweise basierend auf den Umgebungsdaten;
  • - Berechnen einer Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien, auf Basis der, insbesondere vorbestimmten, Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Vielzahl von Zufallswerten für die Eisstückcharakteristik;
  • - Bestimmen der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung aus der Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien.
In a particularly preferred development, the method according to the first aspect of the invention comprises the following steps
  • - Providing the, in particular predetermined, system data of the wind turbine;
  • - determining or measuring the environmental data of the wind turbine;
  • Setting a plurality of ice piece characteristic random values based, at least in part, on the environmental data;
  • Calculating a plurality of icefall and / or ice trajectories based on, in particular predetermined, system data, the environmental data, and the plurality of ice pieces characteristic random values;
  • Determining the icefall and / or ice throw distribution from the plurality of icefall and / or ice throw trajectories.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Verfahren auch ein Aufnehmen aktueller oder über einen zurückliegenden Zeitraum gemittelter Wetterdaten für das Bereitstellen der, insbesondere vorbestimmten, Umgebungsdaten auf. Hierdurch kann die berechnete Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung an meteorologische Gegebenheiten des Standortes der Windenergieanlage angepasst werden.Preferably, the method according to the invention also includes recording current weather data averaged over a previous period of time for providing the, in particular predetermined, environmental data. In this way, the calculated icefall and / or ice throw distribution can be adapted to meteorological conditions of the location of the wind energy plant.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird weiterhin anhand der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung eine Eisschlagzone um die Windenergieanlage festgelegt. Die Eisschlagzone stellt dabei ein Gebiet um die Windenergieanlage dar, in welchem die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch die Windenergieanlage einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.In a further development of the method according to the invention, an ice-floe zone around the wind energy plant is furthermore determined on the basis of the icefall and / or ice throw distribution. In this case, the ice-rink zone represents an area around the wind energy plant, in which the probability of an ice throw and / or ice fall on an external object by the wind energy plant exceeds a predetermined limit value.

Da die Gondel der Windenergieanlage üblicherweise drehbar gelagert ist, ist die Eisschlagzone, abhängig von der Windverteilung, beispielsweise annähernd kreisförmig um die Windenergieanlage festgelegt. Alternativ kann sie auch annähernd rechteckig, ellipsoid oder polygonal sein. Hierbei sind die Abmessungen der Eisschlagzone über Eigenschaften der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung festgelegt.Since the nacelle of the wind turbine is usually rotatably mounted, the icicle zone, depending on the wind distribution, for example, set approximately circularly around the wind turbine. Alternatively, it may also be approximately rectangular, ellipsoidal or polygonal. In this case, the dimensions of the icebreaking zone are determined by properties of the icefall and / or ice throw distribution.

In einer Weiterbildung weist das Verfahren den Schritt eines Vergleichens der anhand der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung festgelegten Eisschlagzone mit einer, auf Basis von insbesondere vorbestimmten Anlagendaten, deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone auf. Es erfolgt ein Sichern derjenigen Eisschlagzone der Windenergieanlage, ausgewählt aus der anhand der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung festgelegten Eisschlagzone und der deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone, die eine kleinere Fläche um die Windenergieanlage aufweist. In dieser Weiterbildung wird eine eventuell um die Windenergieanlagen bestehende nutzbare Fläche vergrößert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist so zuverlässig, dass bei einer Eisschlagzone, die kleiner als eine konventionell geschätzte Eisschlagzone ist, die erfindungsgemäß bestimmte Eisschlagzone aufgrund ihrer standortspezifischen Parameter zu bevorzugen ist. Die Verkleinerung des für den Betrieb einer Windenergieanlage zu schützenden Bereichs um die Windenergieanlage ist ein zentraler Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in allen Weiterbildungen. Hierbei tritt keine Reduzierung des Schutzes vor Eisschlag unterhalb eines vertretbaren Maßes auf. Ein Vergleich der erfindungsgemäß festgelegten Eisschlagzone mit der auf Basis von vorbestimmten Anlagendaten deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone ist auch dadurch vorteilhaft, dass falsche Annahmen oder Fehler im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens schnell erkannt werden können. Die deterministisch berechnete konventionelle Eisschlagzone kann beispielsweise über die bekannte Sicherheitsabstands-Berechnung nach Publikationen von Baring-Gould et al. (IEA, „Wind Energy Projects in Cold Climates“, 2011) erfolgen. Hierbei werden zur Berechnung der konventionellen Eisschlagzone alle für die Analyse genutzten Parameter vorbestimmt, wie oben im Rahmen der Gleichungen (1) und (2) diskutiert.In a further development, the method comprises the step of comparing the ice-breaking zone determined on the basis of the icefall and / or ice throw distribution with a conventional icebreaking zone that is deterministically calculated on the basis of in particular predetermined system data. The icebreaking zone of the wind energy installation is selected, selected from the ice impact zone determined on the basis of the icefall and / or ice throw distribution, and the deterministically calculated conventional ice impact zone, which has a smaller area around the wind energy installation. In this development, an existing possibly to the wind turbines usable area is increased. The method according to the invention is so reliable that, given an ice-rink zone which is smaller than a conventionally estimated ice-rinking zone, the ice-rinking zone determined according to the invention is to be preferred due to its location-specific parameters. The reduction of the area to be protected for the operation of a wind power plant around the wind power plant is a central advantage of the method according to the invention in all developments. In this case, there is no reduction in protection against icing below a reasonable level. A comparison of the ice-hammertone zone determined according to the invention with the conventional icebreaking zone deterministically calculated on the basis of predetermined plant data is also advantageous in that incorrect assumptions or errors can be quickly recognized in the context of the method according to the invention. The deterministically calculated conventional ice-floe zone can be determined, for example, via the known safety distance calculation according to publications by Baring-Gould et al. (IEA, "Wind Energy Projects in Cold Climates", 2011) respectively. In this case, all parameters used for the analysis are predetermined for the calculation of the conventional ice-floe zone, as discussed above in the context of equations (1) and (2).

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Zufallswerte randomisiert, insbesondere wird die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis von bevorzugt über 1.000.000 Wiederholungen des Festlegens randomisierter Zufallswerte geschätzt. Je größer die Anzahl an Wiederholungen ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die ermittelte Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung, im Rahmen der für den Monte Carlo Algorithmus getroffenen Annahmen hinsichtlich der Umgebungseinflüsse und der Eigenschaften der Windenergieanlage, genau ist und folglich die Umgebungseinflüsse und die Eigenschaften der Windenergieanlage realitätsnah abbildet. In einer anderen, alternativen Weiterbildung wird nur eine geringe Anzahl an Wiederholungen genutzt, um die Dauer der Berechnung im Rahmen des Monte Carlo Algorithmus zu verkürzen.In a particularly preferred embodiment, the random values are randomized, in particular the icefall and / or ice throw distribution is estimated on the basis of preferably more than 1,000,000 repetitions of specifying randomized random values. The greater the number of repetitions, the higher the likelihood that the determined icefall and / or ice throw distribution, within the framework of the Monte Carlo algorithm's assumptions regarding the environmental influences and the properties of the wind turbine, will be exact and hence the environmental influences and The properties of the wind turbine realistic. In another alternative development, only a small number of repetitions are used to shorten the duration of the calculation under the Monte Carlo algorithm.

Bevorzugt wird die Eisschlagzone oder die Eisfall- und/oder Eiswurfwahrscheinlichkeit im Rahmen der Planung des Standorts einer Windenergieanlage verwendet, um den Standort entsprechend der regional vorliegenden Wetterdaten und der in der Umgebung der Windenergieanlage vorliegenden externen Objekte zu planen. So können für die Windenergieanlage, insbesondere für eine Vielzahl von Windenergieanlagen, bereitgestellte Flächen effektiv genutzt werden, ohne dass dadurch eine Gefahr durch Eisfall und/oder Eiswurf vergrößert wird. So kann die Eisfall- und/oder Eiswurfcharakteristik vorteilhaft für eine Auslegung, Erweiterung oder Planung eines Windparks genutzt werden.The ice-rink zone or the icefall and / or ice-throw probability is preferably used in the planning of the location of a wind energy plant in order to plan the location in accordance with the regionally available weather data and the external objects present in the vicinity of the wind energy plant. Thus, surfaces provided for the wind power plant, in particular for a large number of wind energy installations, can be used effectively without thereby increasing the risk of icefall and / or icing. Thus, the icefall and / or ice throw characteristics can be used advantageously for a design, expansion or planning of a wind farm.

Die Windenergieanlage mit einer Warnvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist in einer Weiterbildung eine Speichereinheit auf, die ausgebildet ist, Eisschlagzonendaten, welche Informationen zu Eigenschaften einer durch die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) festgelegten Eisschlagzone aufweisen, zu speichern und auszugeben.The wind energy installation with a warning device according to a further aspect of the invention has, in a further development, a storage unit which is designed to store and output ice impact zone data which has information on properties of an ice impact zone defined by the icefall and / or ice throw distribution (80).

Die Software gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bevorzugt auf einem externen Gerät ausgeführt, das mit der Windenergieanlage nicht verbunden ist. In alternativen Weiterbildungen wird die Software von einem innerhalb der Windenergieanlage befindlichen oder mit der Windenergieanlage elektronisch verbundenen Rechner ausgeführt, der Zugriff auf aktuelle Anlagendaten, wie etwa eine aktuelle Drehzahl des Rotors hat und entsprechend der aktuellen Anlagendaten die vorbestimmten Anlagendaten der Windenergieanlage für die Durchführung des Monte Carlo Algorithmus bestimmt. Dies ist insbesondere vorteilhaft für eine Weiterbildung, in der die Eisschlagzone in regelmäßigen, beispielsweise täglichen oder wöchentlichen, Zeitabständen neu festgelegt wird und dabei an aktuelle Wetterdaten und Anlagendaten angepasst wird, wie beispielsweise einen Zustand einer Heizvorrichtung der Windenergieanlage. Hierdurch kann vorteilhaft eine Anpassung der Eisschlagzone an die aktuelle Großwetterlage oder andere saisonale oder temporäre Einflüsse auf die Anlagendaten erfolgen. Im Rahmen einer regelmäßigen Bestimmung der Eisschlagzone kann auch abgeschätzt werden, ob eine Heizvorrichtung der Windenergieanlage eingesetzt werden sollte bzw. ob auch der Betriebszustand einer eventuell vorhandenen Blattheizvorrichtung angepasst werden sollte. Es kann die für den Monte-Carlo Algorithmus verwendete Drehzahl allerdings auch unter Berücksichtigung des Anlagendesigns und des Anlagenstandorts festgelegt werden, ohne aktuelle Anlagendaten auszuwerten.The software according to another aspect of the invention is preferably performed on an external device that is not connected to the wind turbine. In alternative developments, the software is executed by a computer located within the wind turbine or electronically connected to the wind turbine, the access to current system data, such as a current speed of the rotor and according to the current system data, the predetermined system data of the wind turbine for the implementation of the Monte Carlo algorithm determines. This is particularly advantageous for a further development in which the ice-rink zone is newly set at regular intervals, for example daily or weekly, and is adapted to current weather data and system data, such as a state of a heating device of the wind energy plant. As a result, an adaptation of the icicle zone to the current weather situation or other seasonal or temporary influences on the plant data can advantageously take place. As part of a regular determination of the icing zone can also be estimated whether a heater of the wind turbine should be used or whether the operating condition of any existing leaf heater should be adjusted. However, the speed used for the Monte Carlo algorithm can also be determined taking into account the plant design and the plant location, without evaluating current plant data.

Die Software gemäß dem weiteren Aspekt der Erfindung ist bevorzugt angepasst, eine Parkauslegung eines Windparks zu verbessern, oder die Standortfestlegung einer Windenergieanlage an eine vorliegende Standortcharakteristik anzupassen. In einer Weiterbildung ist die Software ausgebildet, einen Betriebsstopp der Windenergieanlage und/oder ein Warnsignal auszulösen, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch die Windenergieanlage einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. The software according to the further aspect of the invention is preferably adapted to improve a park design of a wind farm, or to adapt the location specification of a wind turbine to a present location characteristic. In a further development, the software is designed to trigger an operation stop of the wind energy plant and / or a warning signal if the probability of an ice throw and / or ice fall on an external object by the wind energy plant exceeds a predetermined limit.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend der Form und des Details einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.Embodiments of the invention will now be described below with reference to the drawing. These are not necessarily to scale the embodiments, but the drawing, where appropriate for explanation, executed in a schematized and / or slightly distorted form. With regard to additions to the teachings directly recognizable from the drawing reference is made to the relevant prior art. It should be understood that various modifications and changes may be made in the form and detail of an embodiment without departing from the general spirit of the invention. The disclosed in the description, in the drawing and in the claims features of the invention may be essential both individually and in any combination for the development of the invention. In addition, all combinations of at least two of the features disclosed in the description, the drawings and / or the claims fall within the scope of the invention. The general idea of the invention is not limited to the exact form or detail of the preferred embodiment shown and described below or limited to an article that would be limited in comparison with the subject matter claimed in the claims. For the given design ranges, values within the stated limits should also be disclosed as limit values and be arbitrarily usable and claimable. For simplicity, the same reference numerals are used below for identical or similar parts or parts with identical or similar function.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of the preferred embodiments and from the drawing.

Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:

  • 1 ein Schema eines Verfahrens zur Bestimmung einer Eisschlagzone für eine Windenergieanlage betreffend Eisfall und/oder Eiswurf, im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
  • 2a, 2b eine Illustration einer bekannten deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone (2a) und einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung berechnet wurde (2b);
  • 3 den Aufbau einer Windenergieanlage mit einem Turm und einer Gondel -vorliegend mit einer Warnvorrichtung, die ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen-- im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 den Aufbau einer Windenergieanlage mit einem Turm und einer Gondel -vorliegend mit einem Schutzmittel, das ausgebildet ist, eine Eisschlagzone der Windenergieanlage gegen unbefugtes Betreten zu sichern-- im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 5 den Aufbau eines Windparks mit einem Parkabschnitt und mindestens einem gemeinsamen Einspeisepunkt zum Anschluss an ein Versorgungsnetz -- vorliegend mit einer Park-Eisschlagzone, die anhand von Eisschlagzonen der einzelnen Windenergieanlagen festgelegt ist -- im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In detail, the drawing shows in:
  • 1 a schematic of a method for determining an icing zone for a wind turbine concerning icefall and / or ice throw, in a preferred embodiment according to a first aspect of the invention;
  • 2a . 2 B an illustration of a known deterministically calculated conventional ice-floe zone ( 2a ) and an icefall and / or ice throw distribution, which was calculated in the context of the method according to the first aspect of the invention ( 2 B );
  • 3 the construction of a wind turbine with a tower and a gondola-present with a warning device which is designed to trigger a warning signal - in a preferred embodiment of the invention;
  • 4 the construction of a wind turbine with a tower and a gondola present with a protective means, which is designed to secure an icebreaking zone of the wind turbine against unauthorized entry - in the context of a further embodiment of the invention;
  • 5 the construction of a wind farm with a parking section and at least one common feed point for connection to a supply network - in the present case with a park icebreaker zone, which is determined on the basis of ice rinks of the individual wind turbines - in a particularly preferred embodiment of the invention.

1 zeigt ein Schema eines Verfahrens 5 zur Bestimmung einer Eisschlagzone für eine Windenergieanlage betreffend Eisfall und/oder Eiswurf, im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung. 1 shows a schematic of a method 5 for determining an icebreaking zone for a wind energy installation concerning icefall and / or ice throw, within the scope of a preferred embodiment according to a first aspect of the invention.

Das Verfahren 5 weist in einem ersten Schritt 10 ein Bereitstellen von Anlagendaten der Windenergieanlage auf. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich dabei um eingegebene und gemessene Anlagendaten. Eingegebene vorbestimmte Anlagendaten sind dabei eine Nabenhöhe der Windenergieanlage, eine maximale Rotationsgeschwindigkeit von Rotorblättern der Windenergieanlage und der Rotorblattdurchmesser. Gemessene Anlagendaten sind die Drehzahlen der Rotorblätter, ein vorliegender Heizmodus einer Heizvorrichtung in der Windenergieanlage und eine Angabe, ob die Rotorblätter der Windenergieanlage rotieren.The procedure 5 points in a first step 10 providing plant data of the wind turbine. In the present embodiment, these are entered and measured system data. Entered predetermined plant data are a hub height of the wind turbine, a maximum rotational speed of rotor blades of the wind turbine and the rotor blade diameter. Measured system data are the rotational speeds of the rotor blades, a present heating mode of a heater in the wind turbine and an indication of whether the rotor blades of the wind turbine rotate.

In einem weiteren Schritt 20 werden, insbesondere unbestimmte, Umgebungsdaten der Windenergieanlage über Zufallswerte festgelegt und bereitgestellt. Bei den Umgebungsdaten handelt es sich zumindest teilweise um zeitlich veränderliche Umgebungsdaten, wie etwa um eine Windrichtung, eine Windgeschwindigkeit oder eine Außentemperatur. Im Detail kann beispielsweise ein Zufallswert für einen Rotorblattwinkel festgelegt werden, indem ein Zufallswert P zwischen 0 und 1 bestimmt wird, dieser Zufallswert P mit 2*Pi multipliziert wird, und somit ein zufälliger Wert zwischen 0 und 2*Pi erhalten wird. Analog kann eine zufällige normalverteilte Abweichung von einem bekannten Mittelwert beispielsweise über die bekannte Box-Müller-Methode realisiert werden.In a further step 20 are, in particular indefinite, environmental data of the wind turbine via random values set and provided. The environmental data is at least partially around time-varying environmental data, such as a wind direction, a wind speed or an outside temperature. In detail, for example, a random value for a rotor blade angle can be set by determining a random value P between 0 and 1, multiplying this random value P by 2 * Pi, and thus obtaining a random value between 0 and 2 * Pi. Analogously, a random, normally distributed deviation from a known average can be realized, for example, via the known Box-Müller method.

In einem weiteren Schritt 30 werden Zufallswerte basierend auf einer auf den Umgebungsdaten basierenden Eisstückcharakteristik bestimmt. Hierbei werden insbesondere Zufallsdaten für ein Gewicht, eine Position eines auf dem Rotorblatt der Windenergieanlage befindlichen Eisstücks und für eine äußere Fläche des Eisstücks bestimmt.In a further step 30 Random values are determined based on an ice piece characteristic based on the environmental data. In this case, in particular random data for a weight, a position of a piece of ice located on the rotor blade of the wind turbine and for an outer surface of the ice block are determined.

Ein nächster Schritt 40 umfasst ein Bestimmen einer Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorie eines Eisstückes auf Basis der Anlagendaten, der Zufallswerte der Umgebungsdaten und der über die Eisstückcharakteristik bestimmten Zufallswerte über einen Monte Carlo Algorithmus.A next step 40 includes determining an icefall and / or ice throw trajectory of a piece of ice based on the plant data, the random values of the environmental data and the random values determined via the ice piece characteristic via a Monte Carlo algorithm.

Hierbei werden vor allem die vorbestimmten Anlagendaten und die insbesondere unbestimmten Umgebungsdaten genutzt, um durch wiederholtes Ausführen der Schritte 20 und 30 eine Vielzahl von Eiswurf-Trajektorien zu berechnen. Die Berechnung der Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorie erfolgt über die oben angegebene dreidimensionale Bewegungsgleichung, die sich aus der komponentenweisen Darstellung der Gleichungen (1), (2) und (3) ergibt. Nach der Berechnung einer einzelnen Eisfall-und/oder Eiswurf-Trajektorie erfolgt eine Bestimmung von neuen Zufallswerten und eine entsprechende, auf den neuen Zufallswerten basierende, Berechnung einer nächsten Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorie. Eine solche Wiederholung der Berechnung einer Eisfall-und/oder Eiswurf-Trajektorie erfolgt bevorzugt über 1.000.000 Mal im Rahmen des Bestimmens der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung.In this case, above all, the predetermined system data and, in particular, the undetermined environmental data are used in order to carry out the steps repeatedly 20 and 30 to calculate a variety of ice trajectories. The icefall and / or ice throw trajectory is calculated using the three-dimensional equation of motion given above, which results from the component-by-component representation of equations (1), (2) and (3). After the calculation of a single icefall and / or ice throw trajectory, a determination of new random values and a corresponding calculation of a next icefall and / or ice throw trajectory based on the new random values takes place. Such a repetition of the calculation of an icefall and / or ice throw trajectory preferably takes place over 1,000,000 times in the course of determining the icefall and / or ice throw distribution.

Im vorliegenden Fall ist vorgesehen, dass im Schritt 40 eine Eiswurf-Trajektorie berechnet wird unter Verwendung der in den Schritten 20 und 30 bestimmten Zufallswerte, also insbesondere unter Verwendung einer Eisstückcharakteristik. Die Eisstückcharakteristik berücksichtigt vor allem eine oder mehrere der folgenden Parameter allein oder in Kombination: eine Fläche eines Eisstücks, eine Masse eines Eisstücks, eine Position eines auf einem Rotorblatt 108 der Windenergieanlage 100 befindlichen Eisstücks. Es kann insbesondere die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung 80 auf Zufallswerten für die Fläche und die Masse eines Eisstückes basieren.In the present case, it is provided that in step 40 an ice throw trajectory is calculated using the in steps 20 and 30 certain random values, ie in particular using a Eisstückcharakteristik. Specifically, the ice piece characteristic takes into account one or more of the following parameters alone or in combination: a surface of a piece of ice, a mass of a piece of ice, a position of one on a rotor blade 108 the wind turbine 100 ice piece. It can in particular the determination of the icefall and / or ice throw distribution 80 based on random values for the area and mass of a piece of ice.

Eine Kombination aus diesen Parametern hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen und betrifft insbesondere eine Kennzahl wie die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung 80 aufgrund von Zufallswerten für das Verhältnis von Fläche zu Masse A/M eines Eisstücks.A combination of these parameters has proved to be particularly advantageous and relates in particular to a ratio such as the determination of icefall and / or ice throw distribution 80 due to random values for the area to mass ratio A / M of a piece of ice.

Die Eisstückcharakteristik kann --vorteilhaft basierend auf den Werten für ein Verhältnis von Fläche zu Masse A/M eines Eisstücks-- eine Eisklassifizierung des Standorts der Windenergieanlage berücksichtigen. Eine Eisklassifizierung ordnet eine bestimmte Sorte von Eis z.B. nach einem bestimmten Verhältnis von Fläche zu Masse A/M eines Eisstücks, aber auch in alternativen Ausführungsformen nach Form, Oberfläche oder Struktur. Vorteilhaft kann das Auftreten einer gewissen Eisklasse bestimmten Umgebungsbedingungen wie beispielsweise einer Menge von Eis auf einem Rotorblatt der Windenergieanlage zugeordnet werden.The ice lump characteristic may advantageously take into account ice classification of the location of the wind turbine, based on the values of area to mass A / M ratio of a lump of ice. Ice classification orders a particular type of ice, e.g. according to a specific ratio of area to mass A / M of a piece of ice, but also in alternative embodiments according to shape, surface or structure. Advantageously, the occurrence of a certain ice class can be assigned to specific environmental conditions, such as, for example, a quantity of ice on a rotor blade of the wind energy plant.

Im darauffolgenden Schritt 50 werden Auftreffpunkte der Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien auf dem Erdboden berechnet und auf Basis dieser Auftreffpunkte wird die Eisfall- und/oder Eiswurf-Verteilung der Windenergieanlage berechnet. Die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung liegt in dieser Ausführungsform als zweidimensionale Wahrscheinlichkeitsverteilung für ein Auftreffen eines Eisstückes in einem die Windenergieanlage umgebenden Gebiet vor. Eine genauere Beschreibung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ist im Rahmen von 2b dargestellt.In the following step 50 Impact points of the icefall and / or ice trajectories are calculated on the ground and based on these impact points, the icefall and / or ice throw distribution of the wind turbine is calculated. The icefall and / or ice throw distribution in this embodiment is a two-dimensional probability distribution for an ice block impact in an area surrounding the wind turbine. A more detailed description of the icefall and / or ice throw distribution is within the scope of 2 B shown.

In einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform, werden die Schritte 20 und 30 nicht wiederholt ausgeführt, sondern sämtliche Zufallswerte werden im Rahmen eines Schrittes bestimmt, und daraufhin werden Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien für sämtliche bestimmte Zufallswerte berechnet.In an alternative embodiment not shown, the steps become 20 and 30 not randomly executed, but all random values are determined in one step, and then icefall and / or ice throw trajectories are calculated for all particular random values.

Die Bestimmung der Eischarakteristik erfolgt unter Verwendung von bekannten Eisfragment-Modellen. Hierbei kann anhand einer am Standort der Windenergieanlage vorherrschenden Vereisungsklasse und anhand einer aufgenommenen Wetterinformation, wie beispielsweise Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Windhäufigkeit, auf eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Gewicht eines sich von den Rotorblättern ablösenden Eisstücks geschlossen werden. Außerdem kann vorteilhaft die erhaltene Eisschlagzone oder die bestimmte Eiswurfverteilung mit experimentellen Ergebnissen verglichen werden.The determination of the egg characteristic is carried out using known ice fragment models. Here, on the basis of an icing class prevailing at the location of the wind energy plant and based on recorded weather information, such as, for example, wind speed, wind direction and wind frequency, a probability distribution for the weight of one of the rotor blades be separated from the detaching piece of ice. In addition, it is advantageous to compare the obtained iceback zone or ice distribution with experimental results.

2 illustriert im Rahmen von 2a eine deterministisch berechnete konventionelle Eisschlagzone 70 um eine Windenergieanlage 100. Hierbei wurde der Schutzbereich über die deterministische Berechnung von vorbestimmten Daten, nämlich Nabenhöhe und Rotordurchmesser der Windenergieanlage 100, und mittlerer Windgeschwindigkeit am Standort gemäß den oben angegebenen Gleichungen (1) und (2) abgeschätzt. Hieraus ergibt sich aufgrund empirischer Ergebnisse, dass außerhalb eines äußeren Schutzbereiches 74 die Gefahr von Unfällen durch Eisfall- und/oder Eiswurf sehr gering ist, und außerhalb eines inneren Schutzbereiches 78 die Gefahr von Unfällen durch Eisfall- und/oder Eiswurf immer noch klein ist. Das dargestellte Ergebnis basiert somit wesentlich auf in der Vergangenheit ausgeführten Beobachtungen, d.h. die Modellierung beruht auf zufallsverteilten Werten und des Ergebnis auf der Modellierung. Auf eine Verteilungsfunktion von zufallsverteilten Werten im Ergebnis selbst kann somit weitestgehend verzichtet werden - dies macht das Ergebnis vergleichsweise genau und verlässlich. 2 illustrated in the context of 2a a deterministically calculated conventional icebreaking zone 70 around a wind turbine 100 , In this case, the scope of protection became the deterministic calculation of predetermined data, namely hub height and rotor diameter of the wind turbine 100 , and mean wind speed at the location estimated according to equations (1) and (2) given above. It follows from empirical results that outside of an outer protection area 74 the risk of accidents due to icefall and / or ice is very low, and outside of an inner protected area 78 the risk of accidents due to icefall and / or ice is still small. The presented result is thus essentially based on observations made in the past, ie the modeling is based on randomly distributed values and the result on the modeling. A distribution function of randomly distributed values in the result itself can therefore be largely dispensed with - this makes the result relatively accurate and reliable.

2b zeigt eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung 80, wie sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung berechnet wurde. 2 B shows an icefall and / or ice throw distribution 80 as calculated in the method according to the first aspect of the invention.

Man erkennt um die Windenergieanlage 100 einen hell dargestellten Bereich 90, in dem die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Eiswurf bereits deutlich geringer ist als in unmittelbarer Nähe zur Windenergieanlage 100. Es ist ebenfalls anhand eines Vergleichs zwischen 2a und 2b erkennbar, dass die Ergebnisse für eine jeweilige Gefahreneinschätzung vergleichbar sind, jedoch Unterschiede bei detaillierter Betrachtung auftreten. Insbesondere ist die bestimmte Eiswurfverteilung 80 nicht isotrop um die Windenergieanlage 100 ausgebildet, sodass sich östlich von der Windenergieanlage 100 ein größerer Gefahrenbereich bezüglich Eisfall-/ Eiswurf ergibt, als dies südlich von der Windenergieanlage 100 der Fall ist. Eine solche, auf standortspezifischen Daten beruhende Asymmetrie wurde mit der in 2a dargestellten deterministisch geschätzten konventionellen Eisschlagzone 70 mit innerem und äußerem Schutzbereich 74, 78 nicht erfasst.One recognizes the wind energy plant 100 a bright area 90 , in which the probability of occurrence of ice is already significantly lower than in the immediate vicinity of the wind turbine 100 , It is also based on a comparison between 2a and 2 B recognizable that the results are comparable for a respective risk assessment, but differences in detailed consideration occur. In particular, the specific ice throw distribution 80 not isotropic around the wind turbine 100 formed so that is east of the wind turbine 100 a larger danger area with respect to icefall / ice throw results than this south of the wind turbine 100 the case is. Such asymmetry based on site-specific data has been identified with the in 2a shown deterministically estimated conventional icefall zone 70 with inner and outer protection area 74 . 78 not recorded.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wird in einem letzten Schritt des Verfahrens ein Vergleich zwischen der auf Basis einer probabilistischen Berechnung festgelegten Eisschlagzone und einer deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone durchgeführt, und diejenige Eisschlagzone mit einer kleineren um die Windenergieanlage verteilten Fläche wird abschließend als finale Eisschlagzone festgelegt. Hierbei bildet der Vergleich eine vorteilhafte Überprüfungsinstanz, um Fehler in genutzten Datensätzen zu finden und zu korrigieren. Die erfindungsgemäß bestimmte Eisschlagzone ist durch den genutzten Standortbezug besonders vertrauenswürdig und dabei dennoch gemäß bisheriger Erfahrungen geringer als die konventionell geschätzte Eisschlagzone.In an unillustrated embodiment of the method according to the first aspect of the invention, in a final step of the method, a comparison is made between the icing zone determined on the basis of a probabilistic calculation and a deterministically calculated conventional icebreaking zone, and that icicle zone with a smaller one distributed around the wind turbine Surface is finally determined as the final ice-break zone. In this case, the comparison forms an advantageous checking instance in order to find and correct errors in utilized data records. The icicle zone determined according to the invention is particularly trustworthy due to the location reference used and nevertheless, according to previous experience, is lower than the conventionally estimated icicle zone.

3 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 einer Nabe 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. 3 shows a wind turbine 100 with a tower 102 and a gondola 104 , At the gondola 104 is a rotor 106 with three rotor blades 108 and a hub 110 arranged. The rotor 106 is set in operation by the wind in a rotary motion and thereby drives a generator in the nacelle 104 at.

Außerdem weist die Windenergieanlage 100 eine Warnvorrichtung 140 auf, wobei die Warnvorrichtung 140 ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen, falls ein sich bewegendes Objekt sich innerhalb einer Eisschlagzone 130 der Windenergieanlage 100 befindet. Die Eisschlagzone 130 wurde dabei gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung festgelegt. Die illustrierte Ausführungsform der Windenergieanlage 100 zeigt, dass die Eisschlagzone 130 eine rechteckige Form haben kann. Jede andere geometrische Form, insbesondere eine elliptische oder polygonale Form, ist ebenfalls möglich, wobei die Ausmaße dieser jeweiligen geometrischen Form, also insbesondere der vorliegenden rechteckigen Form, gemäß der ermittelten Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung festgelegt wurden.In addition, the wind turbine indicates 100 a warning device 140 on, with the warning device 140 is designed to trigger a warning signal, if a moving object is within an icebreaking zone 130 the wind turbine 100 located. The icicle zone 130 was determined according to an embodiment of the method according to the first aspect of the invention. The illustrated embodiment of the wind turbine 100 shows that the icicle zone 130 can have a rectangular shape. Any other geometric shape, in particular an elliptical or polygonal shape, is likewise possible, the dimensions of this respective geometric shape, that is to say in particular the present rectangular shape, having been determined in accordance with the determined icefall and / or ice throw distribution.

Die Warnvorrichtung 140 ist in dieser Ausführungsform als Kamerasystem 144 ausgebildet, welches an dem Turm 102 befestigt ist. Das Kamerasystem 144 umfasst zwei schwenkbare Kameras 146, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine Kamera in 3 dargestellt ist. Die Datenerfassung durch die Kamera sowie die entsprechende Auswertung erfolgen automatisch.The warning device 140 is in this embodiment as a camera system 144 formed, which at the tower 102 is attached. The camera system 144 includes two swiveling cameras 146 , for reasons of clarity, only one camera in 3 is shown. The data acquisition by the camera and the corresponding evaluation are carried out automatically.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nicht dargestellt, dass die Warnvorrichtung 140 eine Speichereinheit aufweist. Die Speichereinheit ist ausgebildet, Eisschlagzonendaten, welche Informationen zu Eigenschaften der Eisschlagzone 130 aufweisen, zu speichern und auszugeben. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Eisschlagzonendaten an eine Verarbeitungseinheit der Warnvorrichtung ausgegeben, die zusätzlich durch das Kamerasystem 144 aufgenommene Daten empfängt. Falls ein Betreten der Eisschlagzone 130 durch ein Objekt durch die Verarbeitungseinheit festgestellt wird, ist diese ausgebildet, das Warnsignal auszulösen.For the sake of clarity, it is not shown that the warning device 140 a memory unit. The storage unit is designed, ice-rink zone data, which information about properties of the icebreaker zone 130 have to store and output. In the present embodiment, the ice impact zone data is output to a processing unit of the warning device, which is additionally controlled by the camera system 144 recorded data receives. If entering the icicle zone 130 is detected by an object by the processing unit, it is designed to trigger the warning signal.

Das Warnsignal ist in der dargestellten Ausführungsform eine blinkende Lampe 148, welche ausgebildet ist, eine sich innerhalb der Eisschlagzone befindliche Person darauf aufmerksam zu machen, dass sie sich in einem bezüglich Eisschlag gefährlichen Gebiet befindet.The warning signal is a flashing lamp in the illustrated embodiment 148 which is adapted to alert a person located within the icebreaker zone to being in an area that is dangerous for icing.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist das Warnsignal ein elektrisches Signal, welches an einen Betreiber der Windenergieanlage gesendet wird. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist das Warnsignal ein akustisches Signal.In one embodiment, not shown, the warning signal is an electrical signal, which is sent to an operator of the wind turbine. In a further embodiment, not shown, the warning signal is an acoustic signal.

4 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Schutzmittel 135, wobei das Schutzmittel 135 ausgebildet ist, eine Eisschlagzone 130 der Windenergieanlage 100 gegen unbefugtes Betreten zu sichern. Die Eisschlagzone 130 ist dabei gemäß einem Verfahren entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung festgelegt worden. Das Schutzmittel 135 ist in der dargestellten Ausführungsform ein Zaun, in anderen nicht dargestellten Ausführungsform ist das Schutzmittel 135 ein Warnschild, ein Graben oder eine Mauer. 4 shows a wind turbine 100 with a protective agent 135 where the protective agent 135 is formed, an icebound zone 130 the wind turbine 100 secure against unauthorized entry. The icicle zone 130 has been determined according to a method according to the first aspect of the invention. The protective agent 135 is a fence in the illustrated embodiment, in other non-illustrated embodiment is the protection means 135 a warning sign, a ditch or a wall.

Die in 4 dargestellte Windenergieanlage unterscheidet sich mithin von der Windenergieanlage aus 3 dadurch, dass kein Warnsignal ausgelöst wird, falls ein bewegtes Objekt sich innerhalb der Eisschlagzone 130 der Windenergieanlage befindet, da dies bereits durch das Schutzmittel 135 verhindert werden kann. Das Schutzmittel 135 weist einen in 4 nicht dargestellten Durchgang auf, durch den Fachpersonal, beispielsweise im Falle einer Wartung, die Windenergieanlage erreichen kann.In the 4 shown wind turbine thus differs from the wind turbine 3 in that no warning signal is triggered if a moving object is within the icing zone 130 the wind turbine is already there, because of the protection 135 can be prevented. The protective agent 135 has an in 4 not shown passage through which specialist personnel, for example in the case of maintenance, can reach the wind turbine.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform weist die Windenergieanlage sowohl ein Schutzmittel, wie beispielsweise einen Zaun, als auch eine Warnvorrichtung zum Auslösen eines Warnsignals auf. Hierdurch kann die Gefahr eines durch Eisfall- und/oder Eiswurf verursachten Unfalls für Mensch und Tier verringert werden.In one embodiment, not shown, the wind turbine both a protective means, such as a fence, as well as a warning device for triggering a warning signal. As a result, the risk of an accident caused by icefall and / or ice throw for humans and animals can be reduced.

5 zeigt einen Windpark 112 mit beispielhaft drei Windenergieanlagen 100 eines Parkabschnitts, die gleich oder verschieden sein können. Die drei Windenergieanlagen 100 stehen somit repräsentativ für im Grunde eine beliebige Anzahl von Windenergieanlagen eines Windparks 112 mit einem oder mehreren Parkabschnitten. 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 mindestens einen gemeinsamen Einspeisepunkt 118, der auch allgemein als PCC bezeichnet wird, in das Versorgungsnetz 120 einzuspeisen. 5 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, indem beispielsweise auch ein Transformator am Ausgang jeder Windenergieanlage 100 vorhanden ist, um nur ein anderes Ausführungsbeispiel zu nennen. 5 shows a wind farm 112 with exemplary three wind turbines 100 a park section that can be the same or different. The three wind turbines 100 are therefore representative of virtually any number of wind turbines of a wind farm 112 with one or more parking sections. The wind turbines 100 put their power, namely in particular the electricity generated via an electric parking network 114 ready. In this case, the currents or outputs of the individual wind turbines are generated 100 added up and usually a transformer 116 is provided which transforms the voltage in the park, then at the at least one common feed point 118 , also commonly referred to as PCC, into the utility grid 120 feed. 5 is only a simplified representation of a wind farm 112 which does not show control, for example, although of course a controller is present. Also, for example, the parking network 114 be designed differently, for example, by a transformer at the output of each wind turbine 100 is present, to name just another embodiment.

Der Windpark 112 weist eine Park-Eisschlagzone 150 auf, wobei alle Windenergieanlagen 100 des Windparks 112 innerhalb der Park-Eisschlagzone 150 liegen. Die Park-Eisschlagzone 150 ist anhand von Eisschlagzonen 130 der einzelnen Windenergieanlagen 100 festgelegt, wobei die Eisschlagzonen 130 jeweils durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisschlagzone für Windenergieanlagen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bestimmt sind. Hierbei können Eisschlagzonen 130 verschiedener Windenergieanlagen 100 entsprechend unterschiedlicher Eigenschaften der jeweiligen Windenergieanlage 100 auch unterschiedlich ausgebildet sein.The wind farm 112 has a park icebound zone 150 on, with all wind turbines 100 of the wind farm 112 within the park icebound zone 150 lie. The park icebound zone 150 is based on ice-hitting zones 130 the individual wind turbines 100 set, with the icicles 130 each determined by a method for determining an icing zone for wind turbines according to the first aspect of the invention. This can be ice rinks 130 various wind turbines 100 according to different properties of the respective wind turbine 100 also be designed differently.

In der dargestellten Ausführungsform ist eine rechteckige Form der Park-Eisschlagzone 150 genutzt. Die Ausmaße dieser rechteckigen Form sind anhand der Eisschlagzonen 130 der einzelnen Windenergieanlagen 100 festgelegt.In the illustrated embodiment, a rectangular shape of the park icebox 150 is utilized. The dimensions of this rectangular shape are based on the icicles 130 of the individual wind turbines 100 established.

In nicht dargestellten Ausführungsformen hat die Park-Eisschlagzone eine runde Form, eine ellipsoide Form, eine quadratische Form oder eine polygonale Form.In non-illustrated embodiments, the park iceback zone has a round shape, an ellipsoidal shape, a square shape, or a polygonal shape.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist die Park-Eisschlagzone aus einer Vereinigung sämtlicher Eisschlagzonen der jeweiligen Windenergieanlagen gebildet.In another embodiment, not shown, the park icing zone is formed from a combination of all the icing zones of the respective wind turbines.

Die Park-Eisschlagzone verfügt in einer nicht dargestellten Ausführungsform über ein Schutzmittel und einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform über eine Warnvorrichtung, wie sie in 3 für eine Windenergieanlage dargestellt ist. The park icebox has in a non-illustrated embodiment, a protective means and another embodiment not shown about a warning device, as in 3 is shown for a wind turbine.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

55
Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder EiswurfverteilungMethod for determining an icefall and / or ice throw distribution
10, 20, 30, 40, 5010, 20, 30, 40, 50
Schritte des Verfahrens zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eis wurfverteilungSteps of the method for determining an icefall and / or ice throw distribution
7070
deterministisch geschätzte konventionelle Eisschlagzonedeterministically estimated conventional icefall zone
7474
äußerer Schutzbereichouter protection area
7878
innerer Schutzbereichinner protection area
8080
EiswurfverteilungEiswurfverteilung
9090
Bereich mit geringer EiswurfgefahrArea with low ice risk
100100
WindenergieanlageWind turbine
102102
Turmtower
104104
Gondelgondola
106106
Rotorrotor
108108
Rotorblätterrotor blades
110110
Nabehub
112112
Windparkwind farm
114114
ParknetzPark network
116116
Transformatortransformer
118118
Einspeisepunktentry point
120120
Versorgungsnetzsupply network
130130
EisschlagzoneEisschlagzone
135135
Schutzmittelpreservative
140140
Warnvorrichtungwarning device
144144
Kamerasystemcamera system
146146
Kameracamera
148148
Lampelamp
150150
Park-EisschlagzonePark Eisschlagzone

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011082249 A1 [0006]DE 102011082249 A1 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Cattin, R., A. Heimo, S. Kunz, G. Russi, M. Russi, M. Tiefgraber, S. Schaffner, B.E. Nygaard: Alpine Test Site Guetsch - Meteorological measurements and wind turbine performance analysis. IWAIS XII, Yokohama, October 2007 [0008]Cattin, R., A. Heimo, S. Kunz, G. Russi, M. Russi, M. Tiefgraber, S. Schaffner, B.E. Nygaard: Alpine Test Site Guetsch - Meteorological measurements and wind turbine performance analysis. IWAIS XII, Yokohama, October 2007 [0008]
  • Baring-Gould et al. (IEA, „Wind Energy Projects in Cold Climates“, 2011) [0009, 0050]Baring-Gould et al. (IEA, "Wind Energy Projects in Cold Climates", 2011) [0009, 0050]

Claims (19)

Verfahren (5) zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) für eine Windenergieanlage (100), insbesondere für eine einzelne Windenergieanlage (100) und/oder für ein Kollektiv einer Vielzahl von Windenergieanlagen (100) oder eines Windparks (112) als Ganzes, dadurch gekennzeichnet, dass - zur Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) verwendet werden: Anlagendaten der Windenergieanlage (100), und Umgebungsdaten der Windenergieanlage (100), und eine Eisstückcharakteristik, und dass - die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Eisstückcharakteristik über eine Berechnung mittels eines Monte Carlo Algorithmus bestimmt wird.Method (5) for determining an icefall and / or ice throw distribution (80) for a wind energy plant (100), in particular for a single wind energy plant (100) and / or for a collective of a plurality of wind energy plants (100) or a wind farm (112) as a whole, characterized in that - to determine the icefall and / or ice throw distribution (80) are used: plant data of the wind turbine (100), and environmental data of the wind turbine (100), and a Eisstückcharakteristik, and that - the icefall and / or ice throw distribution (80) is determined based on the plant data, the environmental data and the Eisstückcharakteristik via a calculation using a Monte Carlo algorithm. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Anlagedaten, insbesondere vorbestimmten Anlagedaten, strukturelle Anlagedaten umfassen.Method according to Claim 1 , wherein the system data, in particular predetermined system data, comprise structural system data. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Anlagendaten, eingegebene und/oder gemessene Anlagendaten umfassen, die im Rahmen eines Betriebs der Windenergieanlage variieren.Method according to Claim 1 or 2 wherein the plant data include input and / or measured plant data that varies as part of an operation of the wind turbine. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Umgebungsdaten, insbesondere variable Umgebungsdaten, zeitlich unvorhersehbar veränderliche Umgebungsdaten umfassen.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the environment data, in particular variable environment data, temporally unpredictably variable environmental data include. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) über eine Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien unter Berücksichtigung einer endlichen Ausdehnung entsprechender Eisstücke berechnet wird.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the icefall and / or ice throw distribution (80) is calculated via a multiplicity of icefall and / or ice throw trajectories taking into account a finite extent of corresponding ice pieces. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) auf Basis einer drei-dimensionalen Bewegungsgleichung berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the icefall and / or ice throw distribution (80) is calculated on the basis of a three-dimensional equation of motion. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisstückcharakteristik aus einer Kombination von Zufallswerten für eine Fläche eines Eisstücks, eine Masse eines Eisstücks und eine Position eines auf einem Rotorblatt (108) der Windenergieanlage (100) befindlichen Eisstücks berechnet wird.A method according to any one of the preceding claims, wherein the ice piece characteristic is calculated from a combination of random values for an area of a piece of ice, a mass of a piece of ice and a position of a piece of ice on a rotor blade (108) of the wind turbine (100). Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) auf Zufallswerten für die Fläche und die Masse eines Eisstückes basiert.Method according to one of the preceding claims, wherein the determination of the icefall and / or ice throw distribution (80) is based on random values for the area and the mass of a piece of ice. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) auf Zufallswerten für das Verhältnis von Fläche zu Masse A/M eines Eisstücks basiert.The method of any one of the preceding claims, wherein the determination of the icefall and / or ice throw distribution (80) is based on random values for the area to mass ratio A / M of a piece of ice. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisstückcharakteristik auf einer Eisklassifizierung des Standorts der Windenergieanlage basiert.Method according to one of the preceding claims, wherein the Eisstückcharakteristik based on an ice classification of the location of the wind turbine. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisstückcharakteristik Daten umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einem Durchschnittsgewicht von Eisstücken, einer mittleren Anzahl von Eisstücken auf einem Rotorblatt (108) der Windenergieanlage, einem Anteil von geworfenen Eisstücken auf dem Rotorblatt (108), eine Verweildauer von Eisstücken auf dem Rotorblatt (108).The method of at least one of the preceding claims, wherein the ice piece characteristic comprises data selected from the group consisting of: an average weight of ice pieces, an average number of ice pieces on a rotor blade (108) of the wind turbine, a proportion of thrown ice pieces on the rotor blade (108), a residence time of ice pieces on the rotor blade (108). Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte aufweist - Bereitstellen der, insbesondere vorbestimmten, Anlagendaten der Windenergieanlage (100); - Festlegen oder Messen der Umgebungsdaten der Windenergieanlage (100); - Festlegen einer Vielzahl von Zufallswerten für die Eisstückcharakteristik, zumindest teilweise basierend auf den Umgebungsdaten; - Berechnen einer Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien, auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Vielzahl von Zufallswerten für die Eisstückcharakteristik; - Bestimmen der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) aus der Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien.Method according to at least one of the preceding claims, wherein the method further comprises the following steps - Providing the, in particular predetermined, system data of the wind turbine (100); - determining or measuring the environmental data of the wind turbine (100); Setting a plurality of ice piece characteristic random values based, at least in part, on the environmental data; Calculating a plurality of icefall and / or ice trajectories based on the plant data, the environmental data and the plurality of ice pieces characteristic random values; Determining the icefall and / or ice throw distribution (80) from the plurality of icefall and / or ice throw trajectories. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin aufweisend ein Aufnehmen von über einen zurückliegenden Zeitraum gemittelter Wetterdaten für das Bereitstellen der Umgebungsdaten. The method of at least one of the preceding claims, further comprising capturing weather data averaged over a past period of time to provide the environmental data. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei weiterhin anhand der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) eine Eisschlagzone (130) um die Windenergieanlage (100) festgelegt wird.Method according to at least one of the preceding claims, wherein furthermore on the basis of the icefall and / or ice throw distribution (80), an iceblogging zone (130) around the wind energy plant (100) is determined. Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage (100), wobei für die Windenergieanlage (100) eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ermittelt wird, insbesondere laufend ermittelt wird, gemäß dem Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung für eine Windenergieanlage (100) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei abhängig von der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ein Abschalten der Windenergieanlage (100) und/oder ein Ausgeben eines Warnsignals ausgelöst wird, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.Method for operating a wind energy plant (100), wherein for the wind energy plant (100) an icefall and / or ice throw distribution is determined, in particular continuously determined, according to the method for determining an icefall and / or ice throw distribution for a wind energy plant (100) according to at least one of Claims 1 to 14 wherein, depending on the icefall and / or ice throw distribution, turning off the wind turbine (100) and / or issuing a warning signal is triggered if the probability of an ice throw and / or icefall to an external object exceeds a predetermined limit. Windenergieanlage (100) mit einer Warnvorrichtung (140), wobei die Warnvorrichtung (140) ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch die Windenergieanlage (100) einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) für die Windenergieanlagen (100) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 bestimmt ist.A wind turbine (100) having a warning device (140), wherein the warning device (140) is arranged to trigger a warning signal if the probability of an ice throw and / or icefall to an external object by the wind turbine (100) exceeds a predetermined limit, characterized in that the probability of an ice throw and / or ice fall on an external object is determined by a method for determining an icefall and / or ice throw distribution (80) for the wind energy installations (100) according to at least one of Claims 1 to 14 is determined. Windenergieanlage (100) mit einer Warnvorrichtung (140) gemäß Anspruch 16, wobei die Warnvorrichtung (140) eine Speichereinheit aufweist, wobei die Speichereinheit ausgebildet ist, Eisschlagzonendaten, welche Informationen zu Eigenschaften einer durch die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) festgelegten Eisschlagzone (130) aufweisen, zu speichern und auszugeben.Wind turbine (100) with a warning device (140) according to Claim 16 wherein the warning device (140) comprises a storage unit, wherein the storage unit is configured to store and output ice rink zone data having information about characteristics of an icebox (130) defined by the icefall and / or ice throw distribution (80). Software mit Programmmittel aufweisend ein Modul, das dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung einer Windenergieanlage über einen Monte Carlo Algorithmus gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 zu steuern.Software with program means comprising a module which is designed to provide a method for determining an icefall and / or ice throw distribution of a wind energy plant via a Monte Carlo algorithm according to at least one of Claims 1 to 14 to control. Windpark (112), aufweisend eine Vielzahl von Windenergieanlagen (100) eines oder mehrerer Parkabschnitte, wobei Windenergieanlagen (100) eines oder mehrerer Parkabschnitte über mindestens einen gemeinsamen Einspeisepunkt (118) zum Anschluss an ein Versorgungsnetz mit einander verbunden sind, wobei - der Windpark (112) eine Warnvorrichtung aufweist, die ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch eine Windenergieanlage (100) des Windparks (112) einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wobei - die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt für jede Windenergieanlage des Windparks jeweils durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 bestimmt ist.A wind farm (112) comprising a plurality of wind turbines (100) of one or more parking sections, wherein wind turbines (100) of one or more parking sections are interconnected via at least one common feed point (118) for connection to a utility grid, wherein - the wind farm ( 112) comprises a warning device configured to trigger a warning signal if the probability of an ice throw and / or icefall to an external object by a wind turbine (100) of the wind farm (112) exceeds a predetermined limit, wherein - the probability of an ice throw and or Eisfalls on an external object for each wind turbine of the wind farm each by a method for determining an icefall and / or ice throw distribution (80) according to at least one of Claims 1 to 14 is determined.
DE102016124398.1A 2016-12-14 2016-12-14 Determination of an icefall and / or ice throw distribution of a wind energy plant Withdrawn DE102016124398A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016124398.1A DE102016124398A1 (en) 2016-12-14 2016-12-14 Determination of an icefall and / or ice throw distribution of a wind energy plant
PCT/EP2017/082885 WO2018109106A1 (en) 2016-12-14 2017-12-14 Determination of an ice shedding and/or ice throw distribution of a wind turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016124398.1A DE102016124398A1 (en) 2016-12-14 2016-12-14 Determination of an icefall and / or ice throw distribution of a wind energy plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016124398A1 true DE102016124398A1 (en) 2018-06-14

Family

ID=61094373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016124398.1A Withdrawn DE102016124398A1 (en) 2016-12-14 2016-12-14 Determination of an icefall and / or ice throw distribution of a wind energy plant

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102016124398A1 (en)
WO (1) WO2018109106A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11168670B2 (en) * 2016-12-22 2021-11-09 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine safety system

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109322802B (en) * 2018-09-05 2020-04-17 许继集团有限公司 Method and system for predicting blade icing of wind driven generator
DE102019120632A1 (en) * 2019-07-31 2021-02-04 Rwe Renewables Gmbh Wind turbine and method for monitoring a wind turbine
CN113217301A (en) * 2021-05-31 2021-08-06 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Ice throwing early warning range distinguishing device, method, system and equipment for wind power plant in ice area
CN114756999B (en) * 2022-06-14 2022-09-02 成都安世亚太科技有限公司 High-precision intelligent evaluation system for blade ice impact damage of aero-engine
CN116658382B (en) * 2023-07-28 2023-10-27 傲拓科技股份有限公司 Wind power generation fan blade deicing control system based on environmental data analysis

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011082249A1 (en) 2011-09-07 2013-03-07 Repower Systems Se Method and system for de-icing a wind turbine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011082249A1 (en) 2011-09-07 2013-03-07 Repower Systems Se Method and system for de-icing a wind turbine

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Baring-Gould et al. (IEA, „Wind Energy Projects in Cold Climates", 2011)
BARING-GOULD, I. [u.a.]: Wind energy Projects in cold climates. In: International Energy Agency (Hrsg.): IEA Wind Recommended Practice 13. 1. Edition, 2011, S. 1-43. URL: https://ieawind.org/index_page_postings/June%207%20posts/task%2019%20cold_climate_%20rp_approved05.12.pdf [abgerufen am 08.05.2017]. *
Cattin, R., A. Heimo, S. Kunz, G. Russi, M. Russi, M. Tiefgraber, S. Schaffner, B.E. Nygaard: Alpine Test Site Guetsch - Meteorological measurements and wind turbine performance analysis. IWAIS XII, Yokohama, October 2007
CATTIN, René [u.a.]: Alpine test site Guetsch - Meteorological measurements and wind turbine Performance analysis. In: The Japanese Society of Snow and Ice (Hrsg.): Proceedings of IWAIS XII. 2007, S. 1-6. URL: https://www.researchgate.net/profile/Rene_Cattin/publication/242602090_Alpine_Test_Site_Guetsch_Meteorological_measurements_and_wind_turbine_performance_analysis/links/5808938508ae5ed04bfe9b4b/Alpine-Test-Site-Guetsch-Meteorological-measurements-and-wind-turbine-performance-analysis.pdf [abgerufen am 08.05.2017]. *
Dr. Thomas Hahm, Dr. Nicole Stoffels: "Ice Throw HazardExperiences and Recent Developments in Germany", 2016 *
F2E GmbH & Co. KG, Dr. Thomas Hahm: "Gefahr durch Eiswurf? Risiken realistisch bewerten" 24. Windenergietage 2015 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11168670B2 (en) * 2016-12-22 2021-11-09 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine safety system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018109106A1 (en) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016124398A1 (en) Determination of an icefall and / or ice throw distribution of a wind energy plant
EP3072197B1 (en) Method and wind turbine for warning of lightning
EP2985459B1 (en) Unmanned aerial vehicle and method for performing a lightning protection measurement on a wind turbine
EP2771570B1 (en) Method for controlling a wind turbine
EP2028369B1 (en) Method and device for determining a characteristic curve for an electric variable of a wind turbine
DE102013217129A1 (en) Method for monitoring a lightning arrester device
EP2981719B1 (en) Wind turbine and method for operating a wind turbine
EP3397861B1 (en) Method for predicting the accumulation of ice on a rotor blade of a wind turbine and the use thereof
DE102007027849A1 (en) Method for operating a wind energy plant
EP3555466A1 (en) Device and method for recognising the attachment of ice to a structure of a construction
EP3397860B1 (en) Method for ascertaining a value of an ice buildup quantity on at least one rotor blade of a wind turbine, and use thereof
DE102019205226A1 (en) Arrester with aging detection device
CN103427367A (en) Overhauling method for power transmission line
Drapalik et al. Ice aggregation and ice throw from small wind turbines
WO2010094631A2 (en) Method and device for monitoring a photovoltaic unit
DE102018100789A1 (en) Lightning protection system with a sensor system for recording environmental parameters including electrical, electromagnetic and / or electrostatic fields
DE102011003974A1 (en) Method for operating a wind turbine and wind turbine
DE102013004318B4 (en) Temperature measuring lance, in particular for depth measurements, use thereof for measuring the temperature (s) in a (supply) rent, in particular a peat supply, remote temperature monitoring system and use thereof and methods for remote monitoring of the temperature in a (supply) rent, in particular a peat supply rent
EP3737859A1 (en) Method for detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade and lightning strike measurement system
DE102013216344A1 (en) Method for monitoring a lightning arrester device
DE202010009461U1 (en) Device for heating weather masts
DE102017109781A1 (en) Sensor arrangement and method for ice prediction
AT523068B1 (en) Method for monitoring lightning activity in a surveillance area
WO2015078823A1 (en) Method for operating a noise-emitting installation and installation for performing the method
DE102022212224A1 (en) Device and method for monitoring a compressor

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee