DE102017001357A1 - Acoustic monitoring of a wind turbine to detect ice adherence to the rotor blades. - Google Patents

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Abstract

Kommt es zu Eisanhaftungen (2) an Rotorblättern (1) von Windenergieanlagen (6), können diese sicher erkannt werden, indem das aerodynamische Betriebsgeräusch der Rotorblätter (1) überwacht wird und bei Veränderungen im aerodynamischen Betriebsgeräusch geeignete Maßnahmen getroffen werden, um eine weitere Eisanhaftung (2) oder Gefahren durch Eisabwurf zu minimieren oder zu verhindern. Die Entscheidung, ob die Windenergieanlage (6) nachdem die Eisanhaftung (2) abgetaut ist, wieder anlaufen kann, kann mittels einer fotografischen Überwachung der Rotorblätter (1) getroffen werden.

Figure DE102017001357A1_0000
If ice adhering (2) to wind turbine rotor blades (1) (6) occurs, they can be reliably detected by monitoring the aerodynamic operating noise of the rotor blades (1) and taking appropriate measures to change the aerodynamic operating noise to further adhere to the ice (2) or to minimize or prevent hazards due to ice shedding. The decision as to whether the wind energy plant (6) can start again after the ice adhesion (2) has thawed can be made by means of a photographic monitoring of the rotor blades (1).
Figure DE102017001357A1_0000

Description

Stand der Technik:State of the art:

Es ist bekannt, dass sich an Rotorblättern (1) von Windenergieanlagen (6) bei Temperaturen nahe 0°C und hoher Luftfeuchtigkeit Eisanhaftung (2) bildet.It is known that on rotor blades ( 1 ) of wind turbines ( 6 ) at temperatures close to 0 ° C and high humidity ice adhesion ( 2 ).

Nahezu alle in Deutschland errichteten Windenergieanlagen (6) haben die Betriebsauflage, bei Eisanhaftung (2) an den Rotorblättern (1) den Betrieb einzustellen und erst wieder aufzunehmen, wenn an den Rotorblättern (1) kein Eis (2) mehr anhaftet.Almost all wind turbines built in Germany ( 6 ) have the operating condition, with Eisanhaftung ( 2 ) on the rotor blades ( 1 ) to stop the operation and only resume when the rotor blades ( 1 ) no ice ( 2 ) more attached.

Um Eisanhaftungen (2) an den Rotorblättern (1) zu erkennen, sind unterschiedliche Verfahren bekannt:

  • > Ein Verfahren erkennt die Eisanhaftung (2) an durch die Eismasse verursachten kurzfristigen Änderungen in den Eigenfrequenzen der Rotorblätter (1).
  • > Ein anderes Verfahren ermittelt die wiederum kurzfristige Änderung der Rotorblattmasse aus dem sich ändernden Biegemoment des Rotorblattes (1) in Schwenkrichtung.
  • > Seit Jahren wird auf Symposien ein Verfahren vorgestellt, dass mit Hilfe von Laserlicht die Änderung der Rotorblattgeometrie (vor allem an der Blattvorderkante ) ermittelt und so auf die Eisanhaftung (2) schließt.
  • > Ein indirektes Verfahren misst auf dem Gondeldach der Windenergieanlage (6), ob Wetterbedingungen herrschen, die eine Eisanhaftung (2) an den Rotorblättern (1) ermöglichen und überwacht ob Probekörper auf dem Gondeldach tatsächlich vereisen.
  • > Ein Verfahren ermittelt die Eisanhaftung (2) durch die kapazitive Änderungen in einem an der Blattvorderkante angebrachten Sensor.
  • > Ein simples Verfahren nutzt zwei auf dem Gondeldach angebrachte Anemometer von denen nur eines beheizt wird. Das ggf. vereiste Anemometer zeigt eine deutlich geringere Windgeschwindigkeit, woraus zusammen mit einer Temperaturmessung und Luftfeuchtemessung (9) auf eine Wetterlage geschlossen wird, die bewirken kann, dass sich an den Rotorblätter (1) Eisanhaftung (2) bildet.
  • > Da die Eisanhaftung (2) die Leistungsfähigkeit der Rotorblätter (1) deutlich reduziert, kann aus einer Leistungskennlinienmessung u. U. noch ergänzt durch eine Temperaturmessung und Luftfeuchtemessung (9) geschlossen werden, dass sich an den Rotorblätter (1) Eisanhaftung (2) gebildet hat.
To ice attachments ( 2 ) on the rotor blades ( 1 ), different methods are known:
  • > A method detects ice adhesion ( 2 ) caused by the ice mass short-term changes in the natural frequencies of the rotor blades ( 1 ).
  • > Another method determines the turn short-term change in the rotor blade mass from the changing bending moment of the rotor blade ( 1 ) in the pivoting direction.
  • > For years, a procedure has been presented at symposia that uses laser light to determine the change in the rotor blade geometry (especially at the leading edge of the blade) and thus to determine the ice adhesion ( 2 ) closes.
  • > An indirect method measures on the gondola roof of the wind turbine ( 6 ), whether weather conditions prevail, an ice attachment ( 2 ) on the rotor blades ( 1 ) and monitors whether specimens on the gondola roof actually freeze.
  • > A method determines ice adhesion ( 2 ) by the capacitive changes in a sensor attached to the leading edge of the sheet.
  • > A simple procedure uses two anemometers mounted on the gondola roof, of which only one is heated. The possibly iced anemometer shows a significantly lower wind speed, which together with a temperature measurement and humidity measurement ( 9 ) is closed to a weather condition that can cause the rotor blades ( 1 ) Ice adhesion ( 2 ).
  • > Since the ice attachment ( 2 ) the performance of the rotor blades ( 1 ) can be significantly reduced from a performance curve measurement u. U. supplemented by a temperature measurement and humidity measurement ( 9 ) are closed, that at the rotor blades ( 1 ) Ice adhesion ( 2 ) has formed.

Weitere Verfahren wird es geben.There will be other methods.

Ziel der Erfindung:Object of the invention:

Ziel der Erfindung ist es, durch einen sehr preiswerten, dauerhaften und betriebssicheren Sensor rasch und zuverlässig auf eine Eisanhaftung (2) an den Rotorblättern (1) zu schließen und ggf. eine Alarmmeldung zu erzeugen oder die Windenergieanlage (6) direkt abzuschalten. Die Erfindung kann durch eine optische Überwachung (10) der Rotorblätter (1) ergänzt werden, mit der geprüft werden kann wie dick die Eisanhaftung ist oder ob die Eisanhaftung wieder abgetaut ist.The aim of the invention is, by a very inexpensive, durable and reliable sensor, quickly and reliably to ice adhesion ( 2 ) on the rotor blades ( 1 ) and, if necessary, generate an alarm message or the wind energy plant ( 6 ) switch off directly. The invention can be achieved by optical monitoring ( 10 ) of the rotor blades ( 1 ), with which it can be checked how thick the ice adhesion is or whether the Eisanhaftung is defrosted again.

Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:

Durch Eisanhaftung (2) an Rotorblättern (1) von Windenergieanlagen (6) ändert sich deren Betriebsgeräusch nachhaltig. Es entsteht ein zischendes, rauschendes und scharfes Geräusch, das sich deutlich von dem üblichen Betriebsgeräusch der Rotorblätter (1) unterscheidet. Das durch die Eisanhaftung (2) entstehende Geräusch ist in der Regel lauter als das normale Betriebsgeräusch aber vor allem andersartig.By ice adhesion ( 2 ) on rotor blades ( 1 ) of wind turbines ( 6 ) their operating noise changes sustainably. The result is a hissing, rushing and sharp noise, which is clearly different from the usual operating noise of the rotor blades ( 1 ) is different. The ice attachment ( 2 ) noise is usually louder than the normal operating noise but above all different.

Die Eisanhaftung (2) lagert sich vorrangig an der Rotorblattvorderkante ab und verändert dadurch deren Geometrie und aerodynamische Eigenschaften. Die Eisanhaftung (2) ist nicht glatt und eben, sondern in ihrer Form eher zufällig, rau, porös und stark zerklüftet, wodurch das deutlich hörbare veränderte Betriebsgeräusch entsteht.The ice attachment ( 2 ) deposits primarily on the rotor blade leading edge, thereby changing its geometry and aerodynamic properties. The ice attachment ( 2 ) is not smooth and even, but in its shape rather random, rough, porous and heavily fissured, creating the clearly audible altered operating noise.

Mit einem oder mehreren Mikrofonen (3) kann das Betriebsgeräusch der Rotorblätter (1) einfach und dauerhaft erfasst werden. Durch eine automatische Auswerteeinheit (z.B. ein Computer) wird das Betriebsgeräusch der Rotorblätter (1) kontinuierlich analysiert und sofort nachdem die signifikante Änderung erkannt wurde eine Meldung an z.B. eine Leitstelle, Fernwarte, Betriebszentrale ... gesandt und/oder die Windenergieanlage (6) direkt abgeschaltet.With one or more microphones (3), the operating noise of the rotor blades ( 1 ) are recorded easily and permanently. By an automatic evaluation unit (eg a computer) the operating noise of the rotor blades ( 1 ) continuously analyzed and immediately after the significant change has been detected a message is sent to eg a control center, remote control, control center ... and / or the wind energy plant ( 6 ) switched off directly.

Mit heutiger Computertechnik ist es leicht, mit der Meldung „Eis am Rotorblatt“ auch gleich die „Beweistonfolge“ an die Leitstelle zu senden, wo sich eine Person das Geräusch anhört und die Entscheidung des Computers bestätigt oder aufhebt.With today's computer technology, it is easy with the message "Ice on the rotor blade" to send the "proof sequence" to the control center, where a person sounds the noise and confirms or removes the decision of the computer.

Es ist sinnvoll, das System mit einer Temperaturmessung und Luftfeuchtemessung (9) zu kombinieren, um Eisanhaftungsmeldungen auf Grund einer Änderung des Betriebsgeräusches der Rotorblätter (1) bei Wetterlagen, die dies nicht ermöglichen, erst gar nicht zu versenden. Jedoch auch in diesem Fall kann es sinnvoll sein, eine Meldung und die „Beweistonfolge“ an die Leitstelle zu senden. Vielleicht lässt sich so ein Schaden am Rotorblatt (1) frühzeitig erkennen.It makes sense to use the system with a temperature measurement and humidity measurement ( 9 ), ice adhesion messages due to a change in the operating noise of the rotor blades ( 1 ) in weather conditions that do not allow, not even to ship. However, even in this case, it may be useful to send a message and the "proof sequence" to the control center. Maybe this will damage the rotor blade ( 1 ) recognize it early.

Das Mikrofon (3) bzw. die Mikrofone (3) können an geeigneter Stelle angebracht werden. Denkbar ist das Dach der Gondel (3A), der Turm etwa auf Höhe des unteren Blattdurchganges (3B), eine geeignete Stelle auf dem Erdboden (3C), die Vorderkante (3D) des Rotorblattes (1) oder andere geeignete Stellen.The microphone (3) or the microphones (3) can be attached at a suitable location. Conceivable is the roof of the nacelle (3A), the tower approximately at the level of the lower leaf passage (3B), a suitable point on the ground (3C), the leading edge (3D) of the rotor blade (3 1 ) or other appropriate bodies.

Wurde die Windenergieanlage (6) wegen erkannter Eisanhaftung (2) abgeschaltet, ist es nötig, zumindest bequem, in der Betriebswarte zu erkennen, wie dick die Eisanhaftung ist und wann die Eisanhaftung (2) wieder abgetaut ist und der Betrieb fortgesetzt werden kann. Hierzu ist es sinnvoll, die Vorderkante der Rotorblätter (1) mit einer Kamera (10) zu betrachten.Was the wind turbine ( 6 ) because of recognized ice adhesion ( 2 ), it is necessary, at least conveniently, to recognize in the control room how thick the ice adhesion is and when the ice adherence ( 2 ) is defrosted again and the operation can be continued. For this purpose, it makes sense, the leading edge of the rotor blades ( 1 ) with a camera ( 10 ) consider.

Ist die Kamera (10) schnell genug, kann die Eisanhaftung (2) bei Ausfall der akustischen Geräte durch geeignete Bildverarbeitung erkannt werden, wodurch die Kamera (10) zum Backup-System der akustischen Überwachung wird.Is the camera ( 10 ) fast enough, the ice adhesion ( 2 ) are detected by suitable image processing in case of failure of the acoustic devices, whereby the camera ( 10 ) to the acoustic monitoring backup system.

Akustische Überwachung einer Windenergieanlage, um Eisanhaftung an den Rotorblättern zu erkennen.Acoustic monitoring of a wind turbine to detect ice adherence to the rotor blades.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Rotorblattrotor blade
22
Eisanhaftungice adhesion
3a, 3b, 3c, 3d3a, 3b, 3c, 3d
Mikrofon an geeigneter PositionMicrophone at a suitable position
44
Auswertung, kurzfristige Änderung im BetriebsgeräuschEvaluation, short-term change in the operating noise
55
Steuerung der WindenergieanlageControl of the wind energy plant
66
WindenergieanlageWind turbine
77
Funkmodulradio module
88th
Fernüberwachung der WindenergieanlageRemote monitoring of the wind turbine
99
Temperaturmessung und FeuchtemessungTemperature measurement and humidity measurement
1010
Kameracamera

Claims (6)

Akustische Überwachung einer Windenergieanlage, um Eisanhaftung (2) an den Rotorblättern (1) zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, dass das sich durch die Eisanhaftung (2) verändernde Betriebsgeräusch der Rotorblätter (1) genutzt wird, um eine Alarmmeldung zu erzeugen oder die Windenergieanlage (6) unmittelbar abzuschalten.Acoustic monitoring of a wind energy plant to detect ice adhesion (2) on the rotor blades (1), characterized in that the operating noise of the rotor blades (1) which changes as a result of ice adhesion (2) is used to generate an alarm message or the wind energy plant (2). 6) switch off immediately. Akustische Überwachung einer Windenergieanlage, um Eisanhaftung (2) an den Rotorblättern (1) zu erkennen .... nach Anspruch 1 darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, dass Bilder von den vereisten Rotorblättern (1) gemacht werden, um den Grad der Eisanhaftung (2) zu erkennen und zu prüfen, ob die Eisanhaftung (2) wieder abgetaut ist.Acoustic monitoring of a wind turbine to detect ice adhesion (2) on the rotor blades (1) Claim 1 moreover characterized in that images are taken of the iced rotor blades (1) to detect the degree of ice adherence (2) and to check whether the ice adherence (2) is defrosted again. Akustische Überwachung einer Windenergieanlage, um Eisanhaftung (2) an den Rotorblättern (1) zu erkennen .... nach Anspruch 1 und 2 darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, dass die Alarmmeldung durch eine Temperaturmessung und Luftfeuchtemessung (9) plausibilisiert wird und eine Alarmmeldung erzeugt wird, die auf Eisanhaftung (2) oder eine andersartige Änderung der Rotorblattgeräusche hinweist.Acoustic monitoring of a wind turbine to detect ice adhesion (2) on the rotor blades (1) Claim 1 and 2 Moreover, characterized in that the alarm message by a temperature measurement and humidity measurement (9) is made plausible and an alarm message is generated, which indicates ice adhesion (2) or a different change in the rotor blade noise. Akustische Überwachung einer Windenergieanlage, um Eisanhaftung (2) an den Rotorblättern (1) zu erkennen, .... nach Anspruch 1 bis 3, darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, dass, sollte die akustische Überwachung ausfallen, die Auswertung der Kamerabilder alleine zu erkennen gibt, ob die Rotorblätter (1) vereist sind oder eine geometrische Veränderung erfahren haben.Acoustic monitoring of a wind turbine to detect ice adhesion (2) on the rotor blades (1), .... after Claim 1 to 3 , Moreover, characterized in that, should the acoustic monitoring fail, the evaluation of the camera images alone indicates whether the rotor blades (1) are icy or have undergone a geometric change. Akustische Überwachung einer Windenergieanlage, um Eisanhaftung (2) an den Rotorblättern (1) zu erkennen .... nach obigen Ansprüchen darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, dass das entstehende Alarmsignal und ggf. die Beweistonfolge und die Kamerabilder an die Steuerung (5) der Windenergieanlage (6) geleitet wird.Acoustic monitoring of a wind turbine to detect ice adhesion (2) on the rotor blades (1) .... according to the above claims in addition characterized in that the resulting alarm signal and possibly the proof sequence and the camera images to the controller (5) of the wind turbine (6). Akustische Überwachung einer Windenergieanlage, um Eisanhaftung (2) an den Rotorblättern (1) zu erkennen .... nach obigen Ansprüchen darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, dass das entstehende Alarmsignal und ggf. die Beweistonfolge und die Kamerabilder durch eine drahtlose Meldeeinrichtung (7) ( z.B. SMS - Funkmodem ) an die Fernüberwachung (8) der Windenergieanlage (6) weitergeleitet wird.Acoustic monitoring of a wind turbine in order to detect adhesion of ice (2) to the rotor blades (1) according to the above claims, further characterized in that the resulting alarm signal and, if necessary, the proof sequence and the camera images are detected by a wireless signaling device (7) (7). eg SMS radio modem) to the remote monitoring (8) of the wind turbine (6) is forwarded.
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