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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines aus mindestens einer, bevorzugt aus mehreren Windenergieanlagen bestehenden Windparks innerhalb des Erfassungsbereichs eines Radarsystems zur Überwachung von Flugbewegungen von Flugobjekten. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung aus mindestens einer, bevorzugt aus mehreren Windenergieanlagen innerhalb des Erfassungsbereichs eines Radarsystems und mit einer Steuerungseinrichtung für die Steuerung dieser Windenergieanlagen hin zu einer Reduzierung von potentiellen Störungen des Radarsystems. Schließlich betrifft die Erfindung ein System umfassend eine solche Anordnung sowie ein Radarsystem, wobei die Windenergieanlagen innerhalb des Erfassungsbereichs des Radarsystems angeordnet sind.
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Radarsysteme zur Überwachung von Flugbewegungen von Flugobjekten sind im Stand der Technik bekannt und dienen z.B. dem sicheren und koordinierten Landen und Starten von Flugobjekten auf Flughäfen sowie zur Verhinderung von Kollisionen zwischen Flugobjekten in der Luft. Es kann sich bei den zu überwachenden Flugobjekten z.B. um zivile oder militärische Flugobjekte wie z.B. Klein-, Segel- oder Sportflugzeuge, um Hubschrauber oder aber auch um Verkehrsflugzeuge für den Nah- und Fernverkehr handeln. Solche Radarsysteme zeichnen sich in der Regel dadurch aus, dass elektromagnetische Strahlung in einem geeigneten Wellenlängenbereich emittiert wird. Dies erfolgt in der Regel in gepulster Form. Diese elektromagnetischen Pulse, die sich kugelförmig und radial vom Sender ausgehend ausbreiten, werden von Objekten reflektiert. Bei diesen Objekten kann es sich beispielsweise um Flugobjekte handeln. Aber auch Bauwerke, Geländeerhebungen oder Baumbewuchs führen zu Reflektionen, die im empfangenen Radarsignal erscheinen. Diese reflektierten Signale werden von dem Radarsystem empfangen und aus dem empfangenen Signal lassen sich Informationen über Abstand und Geschwindigkeit von reflektierenden Objekten gewinnen. Da solche Radarsysteme seit langem im Stand der Technik bekannt sind, ist eine detaillierte Beschreibung nicht erforderlich.
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Es ist ebenfalls seit langer Zeit bekannt, dass zum Beispiel auch Windenergieanlagen einen potentiell störenden Einfluss auf Radarsysteme haben. Die sich drehenden Rotorblätter führen potentiell zu Störsignalen, die sich nachteilig auf die Erkennung von Flugobjekten und auf die Bestimmbarkeit ihrer Flugbahnen auswirken können. Diese Störsignale verringern sich mit zunehmendem Abstand zwischen einer Windenergieanlage zu einem Radarsystem, sodass ab einer bestimmten Entfernung keine signifikante Störung des Radarsystems mehr eintritt. Insofern hat der Betrieb von Windenergieanlagen ab einer bestimmten Entfernung zu Radarsystemen keine Auswirkungen mehr auf die Funktionsfähigkeit des Radarsystems. In gleicher Weise stellen Windenergieanlagen außerhalb des örtlichen Zuständigkeitsbereiches oder außerhalb des technischen Erfassungsbereiches eines Radarsystems kein genehmigungsrechtliches Problem dar. Die öffentlich-rechtliche Genehmigung zur Errichtung und zum Betrieb von Windenergieanlagen in ausreichendem Abstand zu Radarsystemen erfolgt daher regelmäßig ohne Auflagen bezüglich einer Verringerung der Störung eines Radarsystems. Entsprechend unterliegen solche Windenergieanlagen keinen Betriebsbeschränkungen bezüglich einer störenden Interaktion mit Radarsystemen.
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Wenn allerdings der Abstand von Windenergieanlagen zu einem Radarsystem so gering ist, dass die Rotordrehungen potentiell zu signifikanten Störungen des Radarsystems führen, besteht regelmäßig das Problem, überhaupt eine öffentlich-rechtliche Genehmigung für die Errichtung und den Betrieb solcher Windenergieanlagen zu erhalten. Ggf. wird eine solche Genehmigung auch nur unter Auflagen erteilt. Die vorliegende Erfindung betrifft also solche Windenergieanlagen, die wegen ihrer räumlichen Nähe zu einem Radarsystem aufgrund der eingangs genannten Störwirkung problematisch sind. Betroffen sind also nur Windenergieanlagen innerhalb des örtlichen Zuständigkeitsbereiches und innerhalb des technischen Erfassungsbereiches eines Radarsystems. Die Errichtung solcher als problematisch bezeichneten Windenergieanlagen ist nur unter genehmigungsrechtlichen Auflagen möglich.
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Der störende Einfluss der Rotorbewegungen von Windenergieanlagen auf Radarsysteme ist bereits im Stand der Technik erkannt worden und der Stand der Technik schlägt zur Behebung dieser Probleme unterschiedliche technische Lösungen vor.
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Eine erste technische Lösung wird zum Beispiel in der
WO 2010/122350 A1 oder in der
WO 2010/109174 A1 beschrieben. Die Rotorblätter von Windenergieanlagen, die in Störweite zu einem Radarsystem aufgestellt werden sollen, sollen unter Verwendung eines elektromagnetisch absorbierenden Gewebes hergestellt werden. Ziel ist es dabei, störende Reflektionen an den Rotorblättern zu reduzieren. Nachteilig dabei ist, dass die Fertigung der Rotorblätter mit einem höherem Fertigungs- und Kostenaufwand verbunden ist. Nachteilig ist auch, dass keine einfache Nachrüstbarkeit gegeben ist.
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Eine weitere technische Lösung wird in der
WO 2009/144435 A1 beschrieben, nämlich das Herausfiltern von solchen Signalen, die von Windenergieanlagen herrühren. Aus dem Gesamtsignal sollen mit Windenergieanlagen zusammenhängende Signalanteile herausgefiltert bzw. herausgerechnet werden und dadurch der störende Einfluss der Windenergieanlagen verringert werden. Die Zuverlässigkeit solcher Verfahren hängt natürlich von der Trennbarkeit der von Windenergieanlagen herrührenden Reflektionen von anderen Reflektionen ab. Einen vergleichbaren Stand der Technik offenbart die
WO 2010/009773 A1 . Dort werden Windenergieanlagen als Störquelle identifiziert und lokalisiert. Nachteilig dabei ist, dass die bestehenden Radarsysteme mit entsprechender Software nachgerüstet werden müssten. Insbesondere behördliche Stellen sind in der Regel nicht bereit, in derartige Software zu investieren, um bereits in Betrieb befindliche Radarsysteme entsprechend nachzurüsten.
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Schließlich gibt es im Stand der Technik Verfahren und Vorrichtungen, um den störenden Einfluss von Windenergieanlagen auf Radarsysteme dadurch zu reduzieren, dass die Windenergieanlagen so angesteuert bzw. betrieben werden, dass ihr störender Einfluss reduziert wird. Die
US 2009/0202347 A1 beschreibt zum Beispiel ein Steuersystem, bei dem ein Betriebszustand das Radarsystems und ein Betriebszustand einer Windenergieanlage erfasst werden und bei dem in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Radarsystems die Windenergieanlage so angesteuert wird, dass die störenden Auswirkungen der Windenergieanlage auf das Radarsystem verringert werden.
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Die
EP 2 481 918 B1 zeigt Verfahren für den Betrieb einer Windenergieanlage, mit dem die Windenergieanlage effektiv betreibbar sein soll und gleichzeitig ein benachbartes Radarsystem wenig beeinflusst wird. Dies wird erreicht, indem ein Azimuthwinkelbereich festgelegt wird, in dem die Windenergieanlage ein Radarsystem besonders stark stören würde. Die Steuerung der Windenergieanlage ist so ausgeführt, dass der Rotor bei aktiver Windnachführung nicht bis in diesen definierten Azimuthwinkelbereich hineingedreht wird, sondern an den Rand des zu vermeidenden Bereiches ausgerichtet wird. Auf diese Weise wird der Bereich vermieden, in dem die Bewegung des Rotors das Radarsystem stark beeinflusst. Es soll erlaubt sein, diesen zu vermeidenden Bereich zwar bei einer Ausrichtung der Rotationsachse des Rotors in Abhängigkeit von einer Windrichtung zu durchfahren. Eine Position innerhalb dieses Bereiches länger als ein vorgegebener Zeitraum soll aber nicht eingenommen werden. Diese vorgestellte Lösung stellt im Grunde eine Modifikation einer üblichen Windrichtungsnachführung einer Windenergieanlage dar, um ein benachbartes Radarsystem weniger zu stören.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren, Anordnungen und Systeme bereitzustellen, mit denen der störende Einfluss von Windenergieanlagen auf Radarsysteme reduziert werden kann und mit denen zum Beispiel Windenergieanlagen auch in der Nähe von Radarsystemen betrieben werden können und trotz des Aufstellungsortes in Störweite eines Radarsystems eine öffentlich-rechtliche Genehmigung für die Errichtung und den Betrieb erlangen können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein System mit den Merkmalen nach Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zu Grunde, dass der störende Einfluss von Windenergieanlagen auf ein Radarsystem jedenfalls unproblematisch ist, so lange von dem Radarsystem keine Flugbewegungen von Flugobjekten verfolgt werden müssen. Die Erfindung eignet sich besonders für Windenergieanlagen im Erfassungsbereich von Radarsystemen mit wenig Flugverkehr und/oder längeren Zeiten ohne Flugbewegungen. An derartigen Standorten können Windenergieanlagen die meiste Zeit so betrieben werden, als befänden sie sich außerhalb der Störweite des jeweiligen Radarsystems. Im Ergebnis könnten die Windenergieanlagen so betrieben werden, wie dies wirtschaftlich optimal ist, nämlich wie aus dem Stand der Technik für Windenergieanlagen bekannt, die z.B. in den Energieertrag optimierender Weise betrieben werden. Diese Betriebsweise wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als erster Betriebsmodus bezeichnet. Erst zu dem Zeitpunkt, zu dem das Radarsystem seine Flugbewegungsüberwachungsaufgabe wahrnehmen muss, soll die Steuerung der Windenergieanlagen nicht mehr nach dem ersten Betriebsmodus erfolgen, sondern die Steuerung soll in einem zweiten Betriebsmodus erfolgen, in dem der störende Einfluss auf das Radarsystem reduziert ist. Dieser Wechsel aus dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus soll dabei dadurch erfolgen, dass die Steuerungseinrichtung, die die Steuerung der Windenergieanlagen ausführt, über eine Schnittstelle verfügt und das Radarsystem bzw. die Anwendungsperson des Radarsystems (Fluglotse) kann über diese Schnittstelle ein Signal an die Steuerungseinrichtung geben. Dieses Signal wird in dieser Anmeldung als Triggersignal bezeichnet, weil dieses Signal von der Steuerung dahingehend umgesetzt wird, dass vom ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus gewechselt wird. Dabei soll das Radarsystem das Triggersignal über die Schnittstelle an die Steuerung geben, wenn eine Flugbewegung eines Flugobjektes zu überwachen ist, z.B. weil sich ein Flugobjekt im Landeanflug befindet. Das Abgeben des Triggersignals könnte einerseits automatisiert durch das Radarsystem erfolgen. Das Radarsystem könnte dabei automatisiert erkennen, dass ein Flugobjekt scheinbar in den vom Radarsystem überwachten Bereich eintritt und das Radarsystem könnte dann bei Erkennen einer solchen Situation das Triggersignal über die Schnittstelle an die Steuerung der Windenergieanlagen absetzen. Bevorzugt ist allerdings, dass dieses Triggersignal von einer Anwendungsperson des Radarsystems ausgelöst wird bzw. auslösbar ist. Bei dieser Anwendungsperson handelt es sich in aller Regel um einen Fluglotsen. Es lassen sich dadurch Fehltriggersignale vermeiden und es läge in der Entscheidungshoheit der Anwendungsperson (Fluglotse), ob und wann ein Triggersignal ausgelöst wird.
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Sobald die Steuerungseinrichtung das Triggersignal erhält, dass in den zweiten Betriebsmodus zu wechseln ist, werden die betroffenen Windenergieanlagen in diesem zweiten Betriebsmodus betrieben. Es kann notwendig sein, dass alle Windenergieanlagen eines Windparks in einem zweiten Betriebsmodus zu betreiben sind, nämlich dann, wenn alle Windenergieanlagen in Störweite des Radarsystems liegen. Es kann aber auch ausreichen, dass nur einzelne Windenergieanlagen aus der Mehrzahl der Windenergieanlagen des Windparks in dem zweiten Betriebsmodus betrieben werden, oder auch nur eine einzelne Windenergieanlage, wenn dies zu einer ausreichenden Reduzierung der Störung führt. In der Regel wird im Rahmen der Beteiligung der Träger öffentlicher Belange im Genehmigungsverfahren zur Erlangung einer öffentlichrechtlichen Genehmigung für die Errichtung und den Betrieb der jeweiligen Windenergieanlagen festzulegen sein, ob alle Windenergieanlagen, einzelne Windenergieanlagen oder lediglich eine einzelne Windenergieanlage eines Windparks mit einer bedarfsgerechten Steuereinrichtung auszustatten ist, um in den zweiten Betriebsmodus überführt werden zu können. Die sich daran anschließende Frage, wann eine mit einer Steuereinrichtung ausgestattete Windenergieanlage im jeweiligen Einzelfall tatsächlich bedarfsgerecht abzuschalten ist, kann unter anderem von Faktoren wie Windrichtung und Windgeschwindigkeit abhängig sein, da diese Faktoren Einfluss auf die Rotordrehzahl und auf die Lage der Rotordrehachse haben können. Der Übergang vom ersten in den vorstehend erläuterten zweiten Betriebsmodus kann also z.B. einzelfallabhängig für alle, mehrere einzelne oder eine einzige Windenergieanlage gelten, wobei die Steuerungseinrichtung auch so ausgeführt sein kann, dass die Auswahl der im zweiten Betriebsmodus zu betreibenden Windenergieanlagen von Windrichtung und Windgeschwindigkeit abhängig gemacht wird.
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Sobald von dem Radarsystem keine weiteren Flugbewegungen mehr überwacht werden müssen, können die Windenergieanlagen wieder vom zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus überführt werden, da nur der erste Betriebsmodus einen dauerhaft wirtschaftlicheren Betrieb der Windenergieanlagen ermöglicht. Die Rückführung in den ersten Betriebsmodus könnte z.B. dadurch erfolgen, dass eine Anwendungsperson des Radarsystems ein weiteres Triggersignal auslöst und die Steuerungseinrichtung bei Erhalt dieses weiteren Triggersignals aus dem zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus zurückkehrt. Dies stellt einerseits eine bevorzugte Variante dar, weil die Anwendungsperson (Fluglotse) die Entscheidungshoheit behält, ob eine Überwachung des Flugverkehrs weiterhin ohne potentiell störende Windenergieanlagen erforderlich ist. Der Nachteil dieser Variante liegt in dem Risiko, dass das Absetzen eines zweiten Triggersignals möglicherweise von der Anwendungsperson unterlassen wird. Bevorzugt ist daher, dass die Steuerungseinrichtung den zweiten Betriebsmodus für ein in der Steuerungseinrichtung hinterlegtes Zeitintervall aufrecht erhält und nach Ablauf dieses Zeitintervalls vom zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus zurückkehrt. Auf diese Weise wird die Möglichkeit ausgeschlossen, dass von der Anwendungsperson das Auslösen eines zweiten Triggersignals unterbleibt. Optional kann natürlich trotzdem vorgesehen sein, dass bei Empfang eines zweiten Triggersignals vor Ablauf des Zeitintervalls eine Rückkehr in den ersten Betriebsmodus erfolgt. Das Zeitintervall dient in diesem Fall lediglich als Backup-Lösung für den Fall, dass das Absetzen eines zweiten Triggersignals unterbleibt.
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Mit Vorteil wird dabei vorgeschlagen, dass die Steuerungseinrichtung noch innerhalb des oben genannten Zeitintervalls und mit einem vorgegebenen Zeitabstand vom Ende des Zeitintervalls ein Meldesignal (z.B. visuell und/oder akustisch) über die Schnittstelle der Steuerungseinrichtung an das Radarsystem bzw. die Anwendungsperson des Radarsystems versendet, dass der Übergang vom zweiten Betriebsmodus in den ersten Betriebsmodus in Kürze erfolgt. Das Radarsystem bzw. die Anwendungsperson des Radarsystems könnte dann z.B. durch erneutes Auslösen des Triggersignals diese Rückkehr in den ersten Betriebsmodus unterbinden. Wenn die Steuerungseinrichtung über ihre Schnittstelle innerhalb des noch laufenden Zeitintervalls ein solches zweites Triggersignal erhält, würde z.B. das Zeitintervall neu zu laufen beginnen und die Steuerungseinrichtung würde erneut mit einem Zeitabstand vor Ablauf des Zeitintervalls ein Signal absetzen, dass in Kürze in den ersten Betriebsmodus zurückgekehrt wird. Soweit das Triggersignal z.B. nicht von einer Anwendungsperson (Fluglotse) ausgelöst werden soll, sondern z.B. automatisiert vom Radarsystem, müsste auch das automatisierte Radarsystem mit Vorteil das erneute Triggersignal auslösen, um die Rückkehr in den zweiten Betriebsmodus zum Ende des Zeitintervalls zu unterbinden.
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Es ist denkbar, dass z.B. das Zeitintervall nicht vollständig neu gestartet wird, sondern z.B. ein verkürztes Zeitintervall, wenn die Steuerung ein weiteres Triggersignal erhält, um die Rückkehr in den ersten Betriebsmodus mit Ablauf des ersten Zeitintervalls zu verhindern. Auf diese Weise lassen sich unnötig lange Verweildauern im zweiten Betriebsmodus verhindern.
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Mit Vorteil ist vorgesehen, dass im zweiten Betriebsmodus eine Aufzeichnung von Betriebsparametern erfolgt. Dies kann z.B. in bestimmten Zeitabständen erfolgen, also z.B. in Sekundenzeitabständen, z.B. alle 10 Sekunden. Diese aufzuzeichnenden Parameter können z.B. die Zeit und/oder die Drehzahl des Rotors und/oder der Azimuthwinkel des Rotors sein. Die Aufzeichnung dient einerseits der Überprüfbarkeit, dass die Steuerung in der gewünschten Art funktioniert und andererseits als Nachweismöglichkeit gegenüber Genehmigungsbehörden, dass z.B. Auflagen einer Genehmigung eingehalten werden und eingehalten worden sind. Diese geschilderte Aufzeichnung von Betriebsparametern im zweiten Betriebsmodus schließt nicht aus, dass auch im ersten Betriebsmodus bereits Aufzeichnungen erfolgen. Jedenfalls sollen aber im zweiten Betriebsmodus solche Betriebsparameter aufgezeichnet werden, die erkennen lassen, dass der Betrieb im zweiten Betriebsmodus erfolgt und nicht im ersten Betriebsmodus. Mit Vorteil sollte z.B. auch aufgezeichnet werden, wann Triggersignale erhalten wurden und/oder wann Signale von der Steuerungseinrichtung an das Radarsystem bzw. die Anwendungsperson des Radarsystems gegeben wurden. Die Aufzeichnung von Parametern sollte für mindestens einen vorbestimmten Zeitraum gespeichert werden, z.B. für ein Jahr, um in jährlichen Auswertungszyklen die ordnungsgemäße Funktion der Steuerungseinrichtung nachvollziehbar zu machen. Entsprechend sollte die Steuerungseinrichtung eine Speichereinrichtung aufweisen. Diese geschilderte Aufzeichnung sollte auch anlagenspezifisch erfolgen, also unter Zuordenbarkeit der gespeicherten Werte zu einzelnen Windenergieanlagen.
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Der Unterschied zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus kann z.B. darin liegen, dass im zweiten Betriebsmodus die Rotordrehzahl aller Windenergieanlagen, einzelner Windenergieanlagen oder nur einer einzelnen Windenergieanlage unterhalb einer vordefinierten maximalen Rotordrehzahl gehalten wird, bevorzugt in gesteuerter oder geregelter Weise, und dies erfasst und dokumentiert wird. Die vordefinierte maximale Rotordrehzahl ist z.B. in der Steuerungseinrichtung hinterlegt, insbesondere. in Übereinstimmung mit Genehmigungsauflagen, wobei diese vordefinierte maximale Rotordrehzahl unterhalb der Drehzahl liegt, die der Rotor bei Betrieb im ersten Betriebsmodus einnehmen würde bzw. einnehmen könnte. Ausnahmen hiervon gelten für den Fall, dass die Rotordrehzahl auch im ersten Betriebsmodus unterhalb der für den zweiten Betriebsmodus vordefinierten maximalen Drehzahl liegt (z.B. bei Windstille, einer Abschaltung der Windenergieanlage aufgrund von Eisansatz oder wegen Schattenwurf, aufgrund von Wartungs- oder Instandhaltungsarbeiten, bei einem technischen Defekt, bei Abschaltungen durch den Netzbetreiber aufgrund von Einspeisemanagementmaßnahmen etc.). In diesen Ausnahmefällen tritt der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus nicht in der Rotordrehzahl in Erscheinung, obgleich ein Wechsel im Betriebsmodus erfolgt ist. Der vollzogene Betriebsmoduswechsel sollte anhand der Aufzeichnungen feststellbar und/oder nachvollziehbar dokumentiert sein, z.B. durch Erfassung und/oder Dokumentierung der Triggersignale und/oder der einzuhaltenden Parameter im jeweiligen Betriebsmodus und/oder des eingenommenen Betriebsmodus, und dies bevorzugt anlagenspezifisch.
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Alternativ oder ergänzend könnte der Unterschied zwischen den beiden Betriebsmodi auch oder zusätzlich darin bestehen, dass der Rotor im zweiten Betriebsmodus vorbestimmte Azimuthwinkel einzunehmen hat. Diese Vorgabe vorbestimmter Azimuthwinkel umfasst auch die Möglichkeit, dass ein vorbestimmter Winkelbereich vorgegeben wird, der z.B. kleiner als 120°, weiterhin bevorzugt kleiner als 45° ist.
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Diese vorbestimmte maximale Rotordrehzahl oder diese vorbestimmte Azimuthwinkel können z.B. durch theoretische Berechnungen oder Simulationen oder anhand von Messungen ermittelt und vorgegeben werden. Anschließend können die vorbestimmten Werte dann in der Steuerungseinrichtung hinterlegt werden. Dabei umfasst der Begriff der Messung auch die Möglichkeit, dass der Störeinfluss auf das Radarsystem im praktischen Betrieb ermittelt und daraufhin z.B. die oben genannten Vorgabewerte modifiziert werden, sprich die maximalen Rotordrehzahlen und/oder die Azimuthwinkel geändert werden. Die hinterlegten Werte können ferner auch verändert werden, z.B. wenn sich Genehmigungsauflagen verändern oder z.B. das Radarsystem gegenüber Störungen künftig empfindlicher oder unempfindlicher wird oder aber das Radarsystem technisch verändert wird oder im Umfeld der zu steuernden Windenergieanlage weitere Windenergieanlagen errichtet oder zurückgebaut werden.
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Eine weitere Verbesserung lässt sich mit Vorteil dadurch erreichen, dass die vordefinierte Rotordrehzahl für den zweiten Betriebsmodus abhängig vom Azimuthwinkel der Rotornarbe vorgegeben wird, z.B. in der Form einer Kennlinie oder einer Tabelle, auch in Abhängigkeit von der jeweiligen Windgeschwindigkeit. Es wird dadurch dem Umstand Rechnung getragen, dass der Störeinfluss des Rotors einer Windenergieanlage abhängt von der relativen Lage der Drehachse der Rotornabe zur Radarstation. Im Hinblick auf störungsunkritischere Stellungen der Rotornabe könnte z.B. der zweite Betriebsmodus die Windenergieanlagen bei einer höheren vordefinierten Rotordrehzahl betreiben, als in Bezug auf eine störungskritischere Stellung der Rotordrehachse. Diese azimuthabhängige Vorgabe könnte z.B. auch sektoriell erfolgen, das heißt der Gesamtazimuthwinkelbereich könnte in mehrere Sektoren unterteilt werden und jedem Sektor eine vordefinierte maximale Rotordrehzahl, auch in Abhängigkeit von der jeweiligen Windgeschwindigkeit, zugewiesen werden. Auch diese Zuweisung könnte anhand von Messungen, Berechnungen und/oder Simulationen erfolgen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen, die in Verbindung mit den Figuren erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems und eines erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Kommunikation zwischen einem Windpark und einem Radarsystem; sowie
- 3 ein schematisches Ablaufdiagramm zu einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein System 10, das einerseits mehrere Windenergieanlagen 12 mit einem Anlagenturm 13 und einen um eine Rotornabe 15 drehenden Rotor 17 mit mehreren Rotorblättern 19 umfasst. Der auf dem Anlagenturm 13 angeordnete und von dem drehenden Rotor 17 angetriebene Generator ist zeichnerisch nicht dargestellt. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit und rein beispielhaft sind in 1 zwei Windenergieanlagen 12 dargestellt. Durch den gestrichelt gezeichneten Kreis ist angedeutet, dass die Windenergieanlagen 12 Teil eines Windparks 14 sind. Eine Steuerung des Windparks 14 und schlussendlich auch der einzelnen Windenergieanlagen 12 erfolgt über eine Steuerungseinrichtung 16. Es ist dabei denkbar, dass diese Steuerungseinrichtung 16 als übergeordnete Steuerung ausgebildet ist und z.B. jede einzelne Windenergieanlage 12 über eine eigene Windenergieanlagensteuereinrichtung 18 verfügt. Die Steuerungseinrichtung 16 könnte z. B. über eine Kommunikationsverbindung 20 kommunizierend mit den Windenergieanlagensteuerungseinrichtungen 18 verbunden sein und z. B. Daten übertragen und/oder empfangen. Zum Beispiel könnte die Steuerungseinrichtung 16 an die Windenergieanlagensteurungseinrichtungen 18 Parameter übermitteln, die für die Steuerung der einzelnen Windenergieanlage einzuhalten sind. Die Windenergieanlagensteuerungseinrichtung 18 könnte z.B. an die Steuerungseinrichtung 16 Parameter über Betriebszustände übermitteln oder sonstige Informationen, die z.B. von der Steuerungseinrichtung 16 verarbeitet und/oder gespeichert und/oder weitergeleitet werden. Derartige Steuerungseinrichtungen für einen gesamten Windpark 14 und auch für einzelne Windenergieanlagen 12 sind im Stand der Technik bekannt und üblich und es ist auch bekannt und üblich, dass die Möglichkeit einer zentralisierten Steuerung realisiert ist oder eine dezentrale, lokale Einzelanlagensteuerung oder Mischformen davon. Für die Erfindung ist die genaue Art der Steuerung des Windparks und der einzelnen Windenergieanlagen allerdings nicht wesentlich.
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Das in 1 dargestellte System 10 weist weiterhin ein Radarsystem 22 auf. Stilisiert ist eine Radarantenne 24 dargestellt. Dieses Radarsystem 22 und auch eine zugeordnete Radarantenne 24 können in beliebiger, aus dem Stand der Technik bekannter Art ausgebildet sein. Auch das Radarsystem verfügt über eine Radarsystemsteuerungseinrichtung 26. Das Radarsystem 22 soll dabei der Überwachung von Flugbewegungen von Flugobjekten dienen.
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Die Windenergieanlagen 12 des Windparks 14 sollen sich dabei räumlich zumindest teilweise derart innerhalb des technischen Erfassungsbereiches des Radarsystems 22 befinden, dass sie einen potentiell störenden Einfluss auf das Radarsystem 22 haben, das heißt der Überwachungsbereich des Radarsystems 22 ist so bemessen, dass die Windenergieanlagen 12 des Windparks 14 zumindest teilweise in diesem Überwachungsbereich liegen und einen potentiell störenden Einfluss auf das Radarsystem haben. Einzelne oder alle Windenergieanlagen 12 des Windparks 14 befinden sich also im Störbereich des Radarsystems 22, worunter verstanden wird, dass durch diese Windenergieanlagen 12 potentiell signifikante Störsignale ausgehen, die eine zuverlässige Luftraumüberwachung beeinträchtigen können. Diese potentielle Beeinträchtigung soll auch derart sein, dass bei einem üblichen Betrieb einer Windenergieanlage 12, der nämlich nicht leistungsreduziert und damit energieertragsoptimiert ausgerichtet ist, die zuverlässige Luftraumüberwachung nicht vollständig gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen der Steuerungseinrichtung 16 des Windparks 14 und der Radarsystemsteuereinrichtung 26 des Radarsystems 22 eine Kommunikationsverbindung 28 besteht. Diese Kommunikationsverbindung 28 soll mindestens die Übertragung eines Triggersignals 58 vom Radarsystem 22 zur Steuerungseinrichtung 16 des Windparks 14 erlauben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel soll eine bidirektionale Kommunikationsverbindung 28 bestehen, d.h. es sollen nicht nur vom Radarsystem 22 aus Signale an die Steuerungseinrichtung 16 versendet werden können, sondern auch in umgekehrter Richtung soll die Steuerungseinrichtung 16 Signale an das Radarsystem 22 übertragen können.
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2 zeigt in schematischer Weise anhand eines Ausführungsbeispieles etwas detaillierter, wie die Kommunikationsverbindung 28 ausgeführt sein kann. Die Kommunikationsverbindung 28 besteht zwischen dem Radarsystem 22 und der Steuerungseinrichtung 16 des Windparks 14. Auch in 2 ist die bevorzugte Ausführungsform einer bidirektionalen Kommunikationsverbindung 28 dargestellt. Mindestens vorgesehen ist die Möglichkeit einer Signalübertragung vom Radarsystem 22 zu der Steuerungseinrichtung 16, welche dafür eine Schnittstelle 30 aufweist. Eine konkrete Ausführungsform der Kommunikationsverbindung 28 kann z.B. so aussehen, dass radarsystemseitig eine Firewall 32 realisiert ist. Als Kommunikationsnetz kann z. B. eine verschlüsselte VPN-Verbindung 34 vorgesehen sein. Weiterhin ist eine windparkseitige Firewall 36 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Windenergieanlagen 12 jeweils eigene Windenergieanlagensteuerungseinrichtungen 18 auf und die Steuerungseinrichtung 16 steht in Kommunikationsverbindung mit diesen einzelnen Windenergieanlagensteuerungseinrichtungen 18. Die Kommunikation zwischen dem Radarsystem 22 und der Steuerungseinrichtung 16 des Windparks 14 erfolgt z. B. so, dass ein Steuersignal 58 radarsystemseitig durch die Firewall 32 und über die verschlüsselte VPN-Verbindung 34 sowie durch die windparkseitige Firewall 36 zur Schnittstelle 30 der Steuerungseinrichtung 16 versendet wird. Dieses Signal 58 wird in der Steuerungseinrichtung 16 empfangen und verarbeitet und gegebenenfalls werden Signale zu den Windenergieanlagensteuerungseinrichtungen 18 kommuniziert. Die Steuerungseinrichtung 16 kann z.B. als ein Web-SQL-Server ausgeführt sein, der mit geeigneter Software ausgestattet ist und der geeignete Speichermittel 38 und Rechnereinrichtungen aufweist. Die Windenergiesteuerungseinrichtungen 18 können z.B. als SPS-Steuerung ausgeführt sein und die Windenergieanlage 12 in ihrem Betrieb regeln. Es ist möglich und es ist bevorzugt, dass die Windenergiesteuerungseinrichtungen 18 eine Rückmeldung an die Steuerungseinrichtung 16 über den Zustand der zugehörigen Windenergieanlage 12 geben, z.B. durch Übertragung relevanter Betriebsparameter, z.B. durch Übertragung einer Rotordrehzahl, bestimmter Azimuthwinkel oder anderer steuerungsrelevanter Daten. Solche Daten können z.B. in einer Speichereinheit 38 der Steuereinrichtung 16 gespeichert werden, z.B. für eine vordefinierte Zeitdauer und z.B. für Dokumentationszwecke. Es ist auch möglich, dass diese Daten einer Auswertung in der Steuerungseinrichtung 16 unterzogen werden und daraus resultierend steuernd und/oder regelnd auf die Windenergieanlagensteuerungseinrichtungen 18 eingewirkt wird.
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Eine Kommunikation von der Steuerungseinrichtung 16 zum Radarsystem 22 erfolgt dadurch, dass von der Schnittstelle 30 durch die Firewall 36 und über eine verschlüsselte VPN-Verbindung sowie durch die Firewall 32 hindurch Signale 56 an das Radarsystem 22 gesendet werden. Das Radarsystem 22 bzw. die Radarsystemsteuerungseinrichtung 26 weist ebenfalls eine geeignete Kommunikationsschnittstelle auf und ist ausgeführt, die erhaltenen Signale 56 zu verarbeiten, gegebenenfalls zu speichern und gegebenenfalls weiter zu geben.
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In 3 ist in beispielhafter und schematischer Art dargestellt, wie ein erfindungsgemäßes Verfahren ablaufen kann. Im linken Teil der 3 ist der Zustand des Windparks 14 gezeigt. Im rechten Teil der 3 ist das Radarsystem 22 dargestellt. Ausgangspunkt ist, dass eine Windenergieanlage 12 eines Windparks 14 in einem ersten Betriebsmodus 50 betrieben wird. Dabei handelt es sich um einen üblichen Betriebsmodus einer solchen Windenergieanlage, der nicht leistungsreduziert, also ertragsoptimiert ausgerichtet ist. In üblicher Weise kann also in diesem ersten Betriebsmodus 50 eine Windrichtungsnachführung erfolgen, der Anstellwinkel der Rotorblätter 19 geregelt werden oder andere Regelungseingriffe erfolgen, die im energieerzeugenden Betrieb einer Windenergieanlage 12 üblich sind. Bei der Windenergieanlage 12 kann es sich z.B. um eine drehzahlvariable Windenergieanlage handeln. Es ist aber auch möglich, dass eine Windenergieanlage mit fester Drehzahl vorliegt.
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Wenn seitens des Radarsystems 22 festgestellt wird, dass ein Flugobjekt in den überwachten Bereich eindringt und wenn das Radarsystem 22 für die Überwachung der Flugbewegung benötigt wird, wird vom Radarsystem 22 eine Triggersignal 58 zur Steuerungseinrichtung 16 des Windparks 14 übertragen. Gemäß bevorzugter Ausführungsform wird dieses Triggersignal 58 dabei von einer Anwendungsperson (Fluglotse) des Radarsystems 22 ausgelöst, sobald diese Anwendungsperson (Fluglotse) erkennt, dass die Störungen des Radarsystems 22 durch den Windpark 14 bzw. durch einzelne Anlagen 12 des Windparks 14 bzw. durch eine einzige Anlage 12 des Windparks 14 reduziert werden muss. Grundsätzlich denkbar ist aber auch, dass dieses Triggersignal 58 automatisiert vom Radarsystem 22 generiert wird, wenn automatisiert festgestellt wird, dass eine Überwachung der Flugbewegung eines Flugobjektes eine Reduzierung des Störeinflusses des Windparks 14 erforderlich macht.
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Nach Erhalt dieses Triggersignals 58 gehen die betroffenen Windenergieanlagen 12 oder geht die betroffene Windenergieanlage 12 aus dem vorstehend beschriebenen ersten Betriebsmodus 50 in einen zweiten Betriebsmodus 52 über. Dieser zweite Betriebsmodus 52 ist dadurch charakterisiert, dass der Störeinfluss auf das Radarsystem 22 gegenüber dem Betrieb im ersten Betriebsmodus 50 reduziert ist. Dies kann einerseits dadurch realisiert sein, dass die betroffene Windenergieanlage 12 oder alle betroffenen Windenergieanlagen 12 in eine vordefinierte Rotorstellung (Azimuthwinkel) bewegt werden, die durch eine geringe Störung des Radarsystems 22 ausgezeichnet ist. Es ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Einhaltung der vordefinierten Rotorstellung (Azimuthwinkel) von der Windenergieanlagensteuerungseinrichtung 18 überwacht und von dem Speichermedium 38 dokumentiert wird. Es ist auch denkbar, dass in diesem zweiten Betriebsmodus 52 die betroffene Windenergieanlage 12 oder die betroffenen Windenergieanlagen 12 mit reduzierten maximalen Rotordrehzahlen betrieben werden. Dies ist z.B. möglich bei drehzahlvariablen Windenergieanlagen und es ist z.B. möglich, dass die betroffenen Windenergieanlagen 12 nur noch bis zu einer vordefinierten maximalen Rotordrehzahl betrieben werden dürfen, wobei diese maximale Rotordrehzahl unterhalb derjenigen Drehzahl liegt, die im ersten Betriebsmodus 50 eingestellt werden würde. Es ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Einhaltung der vordefinierten maximalen Rotordrehzahl von der Windenergieanlagensteuerungseinrichtung 18 überwacht und von dem Speichermedium 38 dokumentiert wird. Die beiden genannten Alternativen (Vorgabe eines zulässigen Azimuthwinkelbereichs und einer vordefinierten maximalen Rotordrehzahl einschließlich Überwachung und Dokumentation) können auch zusammen realisiert sein.
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In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel soll der zweite Betriebsmodus 52 zunächst lediglich für ein vordefiniertes Zeitintervall 54 beibehalten werden. Dieses Zeitintervall 54 kann z.B. einige Minuten betragen, z.B. 10 Minuten. Dabei ist dieses Zeitintervall 54 so gewählt, dass übliche Flugobjekte z.B. gestartet oder gelandet sind oder den Zuständigkeitsbereich des Radarsystems verlassen haben oder in sonstiger Weise vom Radarsystem 22 bearbeitet werden konnten. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin vorgesehen, dass in einem vordefinierten zeitlichen Abstand vor Ablauf des Zeitintervalls 54 ein Signal 56 an das Radarsystem 22 abgegeben wird.
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Dieses Signal 56 teilt dem Radarsystem 22 mit, dass das vordefinierte Zeitintervall 54 in Kürze abläuft und somit eine Rückkehr in den ersten Betriebsmodus 50 erfolgen wird. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann vom Radarsystem 22 aus ein weiteres Triggersignal 60 zur Steuerungseinrichtung 16 abgegeben werden und dieses weitere Triggersignal 60 soll dazu führen, dass der zweite Betriebsmodus 52 nach Ablauf des Zeitintervalls 54 nicht verlassen wird, sondern dass der zweite Betriebsmodus 52 über dieses Zeitintervall 54 hinaus beizubehalten ist. Dargestellt ist dies im rechten Zweig des Ablaufschemas zum Windpark 14. Möglich ist z.B., dass bei Empfang dieses zweiten Triggersignals 60 das vordefinierte Zeitintervall 54 neu anläuft und dass vor Ablauf dieses erneut angelaufenen Zeitintervalls 54 erneut ein Signal 56 zum Radarsystem 22 übertragen wird. Denkbar ist aber auch, dass bei Erhalt des zweiten Triggersignals 60 ein zweites Zeitintervall anläuft, das zum Beispiel kürzer als das erste Zeitintervall 54 sein kann. Auch zu diesem zweiten Zeitintervall ist denkbar und vorzugswürdig, dass vor Ablauf des Zeitintervalls ein Signal 56 zum Radarsystem 22 übertragen wird.
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Wenn vom Radarsystem 22 kein zweites Triggersignal 60 abgegeben wird, wird der zweite Betriebsmodus 52 verlassen und es erfolgt eine Rückkehr in den ersten Betriebsmodus 50. Dies ist einerseits dargestellt im linken Zweig des Ablaufdiagramms zum Windpark 14 und im unteren Teil des rechten Zweiges im Ablaufdiagramm zum Windpark 14.
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Es ist möglich, wenn auch nicht zeichnerisch dargestellt, dass der zweite Betriebsmodus 52 auch dadurch beendet und in den ersten Betriebsmodus 50 zurückgekehrt wird, dass vom Radarsystem 22 innerhalb der laufenden Zeitintervalls 54 ein Freigabesignal an die Steuerungseinrichtung 16 abgeben wird, z. B. ausgelöst von einer Anwendungsperson (Fluglotse).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/122350 A1 [0006]
- WO 2010/109174 A1 [0006]
- WO 2009/144435 A1 [0007]
- WO 2010/009773 A1 [0007]
- US 2009/0202347 A1 [0008]
- EP 2481918 B1 [0009]
