DE102022200570A1

DE102022200570A1 - Verfahren und Windkraftanlagensystem zur Beeinflussung einer Wetterlage

Info

Publication number: DE102022200570A1
Application number: DE102022200570.8A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kümmerer; Michael Dinkelacker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-01-19
Filing date: 2022-01-19
Publication date: 2023-07-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung einer Wetterlage (2) und ein dazugehöriges Windkraftanlagensystem (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung einer Wetterlage.
Ferner betrifft die Erfindung ein Windkraftanlagensystem zur Beeinflussung einer Wetterlage.
Verfahren zur Beeinflussung einer meteorologischen Situation sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden nachfolgend zusammengefasst:

Die DE 10 2010 005 441 A1 offenbart ein Verfahren zur verbesserten Beeinflussung der meteorologischen Situation mittels Windturbinen, insbesondere zur Unterstützung erwünschter Luftbewegungen und zur Wetterverbesserung. Mit der gezielten Steuerung von Windturbinen soll eine vorteilhaftere Beeinflussung der meteorologischen Situation erreicht werden. Insbesondere erfolgt dies durch eine im Zeitverlauf unterschiedliche Ansteuerung des Blattanstellwinkels während der Stromerzeugung, womit die Windverhältnisse an benachbarten Windturbinen verbessert werden, die Bildung von Wirbelsystemen beeinflusst und gegebenenfalls weiträumig die Zugbahnen von Wetterfronten beeinflusst werden. Mittels des motorischen Betriebs von Windturbinen zu windschwachen Zeiten soll vor allem nachteiligen Einflüssen des Stadtklimas und bodennahen Wolken entgegengewirkt werden. Die Offenlegungsschrift beschreibt keine detaillierten Ausführungen wie das jeweilige Verfahren durchzuführen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Beeinflussung einer Wetterlage und ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Windkraftanlagensystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass über einem begrenzten Gebiet mittels einer Vielzahl von in dem begrenzten Gebiet angeordneten im Generatorbetrieb zur Stromerzeugung nutzbaren Windkraftanlagen, die im Motorbetrieb von einem Motor antreibbar sind und ferner mit einer eine Regelfunktionalität aufweisenden Steuereinrichtung vernetzt sind, und mit einem insbesondere in dem begrenzten Gebiet vorhandenen und Messstationen aufweisenden Messstationennetz zur Erfassung von Wetterdaten, zweckmäßigerweise Luftdruck, Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Luftdruckänderung, Windrichtung, Windstärke und/oder Niederschlag, die von den Messstationen an die Steuerungseinrichtung übermittelt werden, wo die Wetterdaten unter Berücksichtigung von in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Wetterreferenzdaten als Wetterzieldaten ausgewertet werden, wobei auf der Basis der Wetterzieldaten gezielt einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen individuell zum Zweck der Beeinflussung der Wetterlage am Wind ausgerichtet und angesteuert werden.
Vorteilhafterweise können durch das bevorzugte Verfahren Wetterlagen, insbesondere Schlechtwetterlagen, über dem begrenzten Gebiet zumindest teilweise durch ein Zusammenwirken des Messstationennetzes, der in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen und der mit diesen vernetzen Steuerungseinrichtung aufgelöst, abgemildert oder sogar ganz verhindert werden. Bevorzugt werden durch das Verfahren Wetterlagen beeinflusst, die bspw. hohe Temperaturen, schlechte Luftqualität, Frost und/oder Hagel aufweisen. Durch die mittels der Steuerungseinrichtung nach der Auswertung der Wetterdaten ausgerichteten und angesteuerten sowie motorisch betriebenen Windkraftanlagen wird eine Beeinflussung der Wetterlage ermöglicht.
So können beispielsweise durch den Einsatz des Verfahrens Sturmgeschwindigkeiten um etwa 10 km/h bis 30 km/h gesenkt werden. Ferner ist es möglich Starkregenereignisse mit daraus resultierendem Hochwasser in Überschwemmungsgebiete, also die Flächen, die bei extremen Hochwässern überflutet sein können, umgeleitet werden. Diesbezüglich können auch Gewitterwolken umgelenkt, aufgeteilt oder abgebremst werden.
Zweckmäßigerweise senden die Vielzahl an Windkraftanlagen und/oder die Messstationen des Messstationennetzes ihre Standortdaten an die Steuerungseinrichtung oder die Standortdaten der Vielzahl an Windkraftanlagen und/oder der Messstationen des Messstationennetzes werden in der Steuerungseinrichtung hinterlegt. Durch die genauen Standortdaten der Messstationen in Verbindung mit den von diesen bereitgestellten aktuellen Wetterdaten ist es möglich die aktuelle Wetterlage in dem begrenzten Gebiet abzubilden. Darüber hinaus können gleichzeitig eine einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen durch die bereitgestellten Standortdaten der Windkraftanlagen individuell und gezielt zum Zweck der Beeinflussung der Wetterlage am Wind ausgerichtet und angesteuert werden.
Diesbezüglich wird die Wetterlage, während eines begrenzten Zeitintervalls, insbesondere eines kurzen, höchstens eintägigen Zeitintervalls betrachtet. Mit kurzen Zeitintervallen sind hier insbesondere Zeiträume von etwa 30 Minuten bis zu einigen wenigen Stunden gemeint. Die kurzen Zeitintervalle erlauben auf der einen Seite ein gewisses Beobachten der Wetterlage und auf der anderen Seite das, wenn notwendig schnelle Eingreifen, also das Ausrichten und Ansteuern der Windkraftanlagen zur Beeinflussung der Wetterlage. Möglich ist aber auch die Betrachtung von längeren Zeitintervallen, zweckmäßigerweise von mehreren Tagen, bspw. bei hohen Temperaturen aufweisenden Hitzeperioden.
Nach einer vorteilhaften Fortbildung des Verfahrens weist die Steuerungseinrichtung einen Auswertungsalgorithmus auf, durch den die Wetterdaten unter Berücksichtigung von den in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Wetterreferenzdaten als Wetterzieldaten ausgewertet werden. Bevorzugt führt der Auswertungsalgorithmus einen Vergleich der Wetterdaten und der Wetterreferenzdaten durch, um die Wetterzieldaten der Wetterlage zu ermitteln. Mit den durch die Auswertung, insbesondere den Vergleich, gewonnenen Wetterzieldaten ist eine Beurteilung der aktuellen Wetterlage in dem begrenzten Gebiet möglich und die zu treffenden Maßnahmen, in Form der Ausrichtung und Ansteuerung der Windkraftanlagen, können auf Basis der Wetterzieldaten individuell für jede der Windkraftanlagen bereitgestellt und ausgeführt werden.
Diesbezüglich berechnet der Auswertungsalgorithmus unter Verwendung eines Wettermodells aus den Wetterdaten ein Wetterszenario und gleicht dieses mit wenigstens einem in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Wetterszenario ab, um die Wetterzieldaten zu berechnen. Dem in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Auswertungsalgorithmus kann hierbei sowohl ein einfaches Wettermodell oder ein komplexes Wettermodell zu Grunde gelegt werden, um die Berechnung der Wetterzieldaten durchzuführen. Die Wettermodelle unterscheiden sich dabei in der konkreten mathematischen Formulierung und deren numerischer Lösung. Die Wettermodelle beschreiben die wesentlichen physikalischen Prozesse in der Atmosphäre und am Erdboden sowie deren Einfluss auf die zeitliche Entwicklung der Wetterdaten wie Luftdruck, Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Luftdruckänderung, Windrichtung, Windstärke, Niederschlag und/oder andere. Je komplexer die Wettermodelle desto rechen- und zeitintensiver sind die in der Steuerungseinrichtung durchzuführenden Berechnungen.
Zweckmäßigerweise ist der Auswertungsalgorithmus als ein auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk basierender Auswertungsalgorithmus ausgebildet, wobei der Auswertungsalgorithmus mittels der in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Wetterszenarien trainierbar ist oder trainiert wird. Das künstliche neuronale Netzwerk ist zweckmäßigerweise als mehr lagiges Perzeptron oder als einfaches rekurrentes Netz oder als nichtlineares autoregressives exogenes Netz ausgebildet. Hierdurch besteht die Möglichkeit, dass der Auswertungsalgorithmus aus „alten“ hinterlegten Wetterszenarien lernt und hierdurch zum einen schneller Maßnahmen zur Beeinflussung der Wetterlage in dem begrenzten Gebiet liefert, die überdies noch zielgerichteter ausfallen.
Entsprechend einer weiteren Fortbildung des Verfahrens werden die Wetterdaten mittels in der Steuerungseinrichtung hinterlegter Gewichtungsfaktoren gewichtet. Durch die Gewichtungsfaktoren werden für die Berechnung der aktuellen Wetterlage die Wetterdaten stärker bewertet, die die Wetterlage stark beeinflussen. Hierdurch besteht die Möglichkeit eine Wetterlage schneller, besser und eindeutiger beurteilen zu können. Beispielsweise besteht die Möglichkeit den Niederschlag stärker zu gewichten und diesbezüglich die Windkraftanlagen bei großen zu erwartenden Niederschlägen in und um das begrenzte Gebiet schneller zur Beeinflussung der Wetterlage auszurichten und anzusteuern, sodass der Niederschlag insbesondere in dem begrenzten Gebiet gleichverteilt (Ausbremsen der Wetterlage) fällt oder sogar anderswo auf z. B. geeignete Überschwemmungsflächen niedergeht (Umlenken der Wetterlage).
Nach einer zusätzlichen Fortbildung des Verfahrens weist jede Windkraftanlage aus der Vielzahl von Windkraftanlagen eine definierte Leistung auf, die bei der Beeinflussung der Wetterlage berücksichtigt wird. Jede Windkraftanlage ist einzelnen oder im Verbund ansteuerbar. Dementsprechend wird auch die Leistung jeder einzelnen Windkraftanlage aus der Vielzahl an Windkraftanlagen zur Beeinflussung der Wetterlage herangezogen. Bspw. ist es in bestimmten Situationen nicht notwendig Windkraftanlagen mit geringer Leistung zur Beeinflussung der Wetterlage anzusteuern, da eine Windkraftanlage mit einer höheren Leistung zur Beeinflussung der Wetterlage ausreichend ist. Andererseits besteht auch die Möglichkeit viele Windkraftanlagen mit geringer Leistung zur Beeinflussung der Wetterlage anzusteuern und die Windkraftanlagen mit einer hohen Leistung nicht anzusteuern. Eine derartige Entscheidung fällt jeweils situationbedingt.
Gemäß einer zusätzlichen Fortbildung des Verfahrens weisen einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen eine Frequenzsteuerung auf, sodass die Windkraftanlagen im Motorbetrieb drehzahlgeregelt antreibbar sind. Ferner weisen einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen um eine Rotorblattlängsachse drehbar ausgebildete Rotorblätter auf, um durch Verdrehen der Rotorblätter die Leistung der Windkraftanlagen zu regeln. Durch die beiden Fortbildungen ist die Leistung der Windkraftanlagen jeweils verbessert einstellbar, wodurch eine Beeinflussung der Wetterlage über dem begrenzten Gebiet durch die in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen effektiver erfolgen kann.
Überdies wird diese Aufgabe mit einem Windkraftanlagensystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Windkraftanlagensystem in einem begrenzten Gebiet über eine Vielzahl von in dem begrenzten Gebiet angeordneten im Generatorbetrieb zur Stromerzeugung nutzbaren Windkraftanlagen verfügt, die im Motorbetrieb von einem Motor antreibbar sind und ferner mit einer eine Regelfunktionalität aufweisenden Steuereinrichtung des Windkraftanlagensystems vernetzt sind, und das Windkraftanlagensystem ein insbesondere in dem begrenzten Gebiet vorhandenes und Messstationen aufweisendes Messstationennetz zur Erfassung von Wetterdaten aufweist, zweckmäßigerweise Luftdruck, Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Luftdruckänderung, Windrichtung, Windstärke und/oder Niederschlag, wobei die Wetterdaten von den Messstationen an die Steuerungseinrichtung übermittelt werden, und die Steuerungseinrichtung konfiguriert ist, die Wetterdaten unter Berücksichtigung von in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Wetterreferenzdaten als Wetterzieldaten auszuwerten, wobei die Steuerungseinrichtung weiter konfiguriert ist, um auf der Basis der Wetterzieldaten gezielt einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen individuell zum Zweck der Beeinflussung der Wetterlage am Wind auszurichten und anzusteuern.
Vorteilhafterweise können durch das bevorzugte Windkraftanlagensystem Wetterlagen, insbesondere Schlechtwetterlagen, über dem begrenzten Gebiet zumindest teilweise durch ein Zusammenwirken des Messstationennetzes, der in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen und der mit diesen vernetzen Steuerungseinrichtung aufgelöst, abgemildert oder sogar ganz verhindert werden. Durch die mittels der Steuerungseinrichtung nach der Auswertung der Wetterdaten ausgerichteten und angesteuerten sowie motorisch betriebenen Windkraftanlagen wird eine Beeinflussung der Wetterlage ermöglicht.
So können beispielsweise durch den Einsatz des Verfahrens Sturmgeschwindigkeiten um etwa 10 km/h bis 30 km/h gesenkt werden. Ferner ist es möglich Starkregenereignisse mit daraus resultierendem Hochwasser in Überschwemmungsgebiete, also die Flächen, die bei extremen Hochwässern überflutet sein können, umgeleitet werden. Diesbezüglich können auch Gewitterwolken umgelenkt, aufgeteilt oder abgebremst werden.
Diesbezüglich weisen einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen eine Frequenzsteuerung auf, sodass der Motor der Windkraftanlagen im Motorbetrieb drehzahlgeregelt antreibbar ist. Eine Frequenzsteuerung für eine bestehende Windkraftanlage ist nachrüstbar. Vorteilhafterweise ist die Leistung der Windkraftanlagen hierdurch verbessert einstellbar, wodurch eine Beeinflussung der Wetterlage über dem begrenzten Gebiet durch die in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen effektiver erfolgen kann.
Nach einer weiteren Fortbildung des Windkraftanlagensystem weisen einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen um eine Rotorblattlängsachse drehbar ausgebildete Rotorblätter auf, um durch Verdrehen der Rotorblätter die Leistung der Windkraftanlagen zu regeln. Auch diese Fortbildung dient einer effektiveren Beeinflussung der Wetterlage mittels der in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen.
Gemäß einer zusätzlichen Fortbildung weist die Windkraftanlage eine Messstation des Messstationennetzes auf, wobei die Messstation zweckmäßigerweise an einer Gondel der Windkraftanlage angeordnet ist. Hierdurch können die Messstationen an bereits vorhandenen Windkraftanlagen in das Messstationennetz aufgenommen werden.
Entsprechend einer Fortbildung der Windkraftanlage ist eine Messstation des Messstationennetzes an Sirenen, Funkmasten oder Gebäuden oder sonstigen exponierten Standorten angeordnet. Hierdurch kann das Messstationennetz massiv ausgeweitet werden, was zu einer größeren Dichte an Wetterdaten führt und somit zu einem verbesserten Verständnis der aktuellen Wetterlage. Zweckmäßigerweise sind die Messstationen auf einer Höhe bis 250 m angeordnet, bevorzugt auf einer Höhe von 20 m bis 180 m. Hierdurch wird sichergestellt, dass die an den Messstationen erfassten Wetterdaten in etwa in der Höhe erfasst werden in der sich die Rotorblätter der Windkraftanlagen befinden. Prinzipiell können aber alle Messstationen unabhängig von ihrer Höhe, auf der sie angeordnet sind, zur Erfassung der Wetterdaten herangezogen werden.
Weiter bevorzugt weist das in dem begrenzten Gebiet vorhandene Messstationennetz auf einer Fläche von 25 km² eine Messstation auf, bevorzugt auf einer Fläche von 4 km², weiter bevorzugt auf einer Fläche von 1 km². Auch hierdurch kann das Messstationennetz massiv ausgeweitet werden, was wiederum zu einer größeren Dichte an Wetterdaten führt und somit zu einem verbesserten Verständnis der aktuellen Wetterlage.
Nach einer weiteren Fortbildung des Windkraftanlagensystems sind die Windkraftanlagen und/oder die Messstationen konfiguriert, um ihre Standortdaten an die Steuerungseinrichtung des Windkraftanlagensystems zu übermitteln. Durch die genauen Standortdaten der Messstationen in Verbindung mit den von diesen bereitgestellten aktuellen Wetterdaten ist es möglich die aktuelle Wetterlage in dem begrenzten Gebiet abzubilden.
Darüber hinaus können gleichzeitig eine einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen durch die bereitgestellten Standortdaten der Windkraftanlagen individuell und gezielt zum Zweck der Beeinflussung der Wetterlage am Wind ausgerichtet und angesteuert werden.
Ferner weisen einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen einen um eine Rotorachse verdrehbaren Rotor auf. Eine derartige ausgebildete Windkraftanlage ermöglicht eine vorteilhafte Beeinflussung der Wetterlage und bietet eine weitere Option zur Um- oder Ablenkung der Wetterlage.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert und in dieser zeigen

1 eine schematisch dargestellte Ausführungsform eines bevorzugten Windkraftanlagensystems,
2 eine schematische Darstellung eines begrenzten Gebietes mit einer aufziehenden Schlechtwetterlage,
3 eine schematische Darstellung des begrenzten Gebietes aus 2 mit einer abgebremsten Schlechtwetterlage und
4 eine schematische Darstellung des begrenzten Gebietes aus 3 mit einer umgelenkten Schlechtwetterlage.

Sofern keine anderslautenden Angaben gemacht werden, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung auf sämtliche in der Zeichnung illustrierten Ausführungsformen eines Windkraftanlagensystems 1 zur Beeinflussung einer Wetterlage 2.
Das Windkraftanlagensystem 1 zur Beeinflussung einer Wetterlage 2 verfügt in einem begrenzten Gebiet 3 über eine Vielzahl von in dem begrenzten Gebiet 3, beispielsweise einem Postleitzahlenbereich, angeordneten Windkraftanlagen 4, über eine eine Regelfunktionalität aufweisende Steuereinrichtung 5 und über ein Messstationennetz 6 zur Erfassung von Wetterdaten.
Die Windkraftanlagen 4, insbesondere Windturbinen, werden in einem herkömmlichen Generatorbetrieb zur Stromerzeugung genutzt und sind überdies auch in einem Motorbetrieb von einem Motor antreibbar. Ältere Windkraftanlagen 4 sind ggf. auf einen Motorbetrieb umrüstbar. Für den Motorbetrieb weisen einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen 4 insbesondere eine Frequenzsteuerung auf, sodass ein Motor der Windkraftanlagen 4 im Motorbetrieb drehzahlgeregelt antreibbar ist. Wie in 1 beispielhaft an der Windkraftanlage 4' dargestellt, verfügen einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen 4 ferner über um eine Rotorblattlängsachse X-X drehbar ausgebildete Rotorblätter 7. Die Windkraftanlage 4' zeigt dies exemplarisch für ein Rotorblatt 7. Sowohl durch die Frequenzsteuerung als auch durch Verdrehen der Rotorblätter 7 besteht die Möglichkeit die Leistung der Windkraftanlagen 4 des Windkraftanlagensystems 1 zu regeln.
Darüber hinaus weisen einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen 4 der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet 3 angeordneten Windkraftanlagen 4 einen um eine Rotorachse Y-Y verdrehbaren Rotor 8 auf. Exemplarisch ist eine solche Windkraftanlage 4 in 1 als Windkraftanlage 4'' gezeigt. Eine derartige ausgebildete Windkraftanlage 4 ermöglicht im Motorbetrieb durch den winklig zum Boden ausgerichteten Rotor 8 zusätzlich eine in Richtung Boden oder in Richtung Himmel gerichtet erzeugbare Luftströmung, wodurch auch höher oder niedriger gelegene Wetterlagen 2 beeinflussbar sind.
Das Windkraftanlagensystem 1 weist ein insbesondere in dem begrenzten Gebiet 3 vorhandenes Messstationennetz 6 zur Erfassung von Wetterdaten auf. Das Messstationennetz 6 verfügt dabei über eine Vielzahl an Messstationen 9. Die Messstationen 9 sind dabei bevorzugt an der Windkraftanlage 4 selbst, an Sirenen 10, an Gebäuden 11, an Funkmasten 12 und/oder sonstigen exponierten Standorten 13 angeordnet. Insbesondere sind die Messstationen hierbei an einer Gondel der jeweiligen Windkraftanlage 4 angeordnet. Dabei sind die Messstationen 9 bevorzugt auf einer Höhe bis zu 250 m angeordnet, besonders bevorzugt auf einer Höhe von 120 m bis 180 m.
Das in dem begrenzten Gebiet vorhandene Messstationennetz 6 weist auf einer Fläche von 25 km² eine Messstation 9 auf, bevorzugt auf einer Fläche von 4 km², weiter bevorzugt auf einer Fläche von 1 km². Hierdurch wird das Messstationennetz 6 massiv ausgeweitet, was wiederum aufgrund einer größeren Dichte an Messstationen 9 zu einer größeren Dichte an Wetterdaten führt und somit zu einem verbesserten Verständnis der aktuellen Wetterlage 2.
Zweckmäßigerweise messen die Messstationen 9 die Wetterdaten bevorzugt in dem begrenzten Gebiet 3. Es können auch mehrere Messstationennetze 6 zu einem großen Messstationennetz 6 zusammengefasst werden, bspw. um eine Wetterlage in aneinandergrenzenden Gebieten 3 zu beobachten. Die Messstationen 9 erfassen hierbei insbesondere als Wetterdaten den Luftdruck, die Luftgeschwindigkeit, die Luftfeuchte, die Lufttemperatur, die Luftdruckänderung, die Windrichtung, die Windstärke und/oder den Niederschlag.
Sowohl die Windkraftanlagen 4 des Windkraftanlagensystems 1 als auch die Messtationen 9 des Messstationennetzes 6 des Windkraftanlagensystems 1 sind mit einer eine Regelfunktionalität aufweisenden Steuereinrichtung 5 des Windkraftanlagensystems 1 vernetzt, um einerseits die erfassten Wetterdaten an die Steuerungseinrichtung 5 zu übergeben und andererseits damit die Steuerungseinrichtung 5 die in dem begrenzten Gebiet 3 angeordneten Windkraftanlagen 4 des Windkraftanlagensystems 1 zur Beeinflussung der Wetterlage 2 auszurichten und anzusteuern. Die Verbindungen 14 zwischen Messtationen 9 des Messstationennetzes 6 und Steuerungseinrichtung 5 sowie zwischen Windkraftanlage 4 und Steuerungseinrichtung 5 sind in 1 als gestrichelte Linien dargestellt.
Darüber hinaus sind die Windkraftanlagen 4 und/oder die Messstationen 9 derart konfiguriert, dass diese ihre Standortdaten an die Steuerungseinrichtung 5 des Windkraftanlagensystems 1 übermitteln können. Durch die genauen Standortdaten der Messstationen 9 in Verbindung mit den von diesen bereitgestellten aktuellen Wetterdaten ist es möglich die aktuelle Wetterlage 2 in dem begrenzten Gebiet 3 abzubilden. Darüber hinaus können gleichzeitig eine einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen 4 der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet 3 angeordneten Windkraftanlagen 4 durch die bereitgestellten Standortdaten der Windkraftanlagen 4 individuell und gezielt zum Zweck der Beeinflussung der Wetterlage 2 am Wind ausgerichtet und angesteuert werden.
Die von den Messstationen 9 erfassten Wetterdaten werden an die Steuerungseinrichtung übermittelt. Die Steuerungseinrichtung 5 ist konfiguriert, um die Wetterdaten unter Berücksichtigung von in der Steuerungseinrichtung 5 hinterlegten Wetterreferenzdaten als Wetterzieldaten auszuwerten, wobei die Steuerungseinrichtung 5 weiter konfiguriert ist, um auf der Basis der Wetterzieldaten gezielt einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen 4 der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet 3 angeordneten Windkraftanlagen 4 individuell zum Zweck der Beeinflussung der Wetterlage 2 am Wind auszurichten und anzusteuern.
Hierzu weist die Steuerungseinrichtung 5 bevorzugt einen Auswertungsalgorithmus auf, durch den die Wetterdaten unter Berücksichtigung von den in der Steuerungseinrichtung 5 hinterlegten Wetterreferenzdaten als Wetterzieldaten ausgewertet werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Auswertung durch einen Vergleich der Wetterdaten und der Wetterreferenzdaten, um die Wetterzieldaten der Wetterlage 2 zu ermitteln. In einer bevorzugten Ausführungsform berechnet der Auswertungsalgorithmus unter Verwendung eines Wettermodells aus den Wetterdaten ein Wetterszenario und gleicht dieses mit wenigstens einem in der Steuerungseinrichtung hinterlegten Wetterszenario ab, um die Wetterzieldaten zu berechnen. Es besteht zudem die Möglichkeit die Wetterdaten mittels in der Steuerungseinrichtung 5 hinterlegter Gewichtungsfaktoren zu gewichten. Der Auswertungsalgorithmus ist dabei insbesondere als ein auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk basierender Auswertungsalgorithmus ausgebildet, wobei der Auswertungsalgorithmus mittels der in der Steuerungseinrichtung 5 hinterlegten Wetterszenarien trainiert wird.
Das bevorzugte Verfahren wird anhand der in den 2 bis 4 gezeigten schematisch dargestellten Ausführungsform eines bevorzugten Windkraftanlagensystems 1 näher erläutert.
Die 2 bis 4 zeigen allesamt das gleiche begrenzte Gebiet 3. In dem begrenzten Gebiet 3 verlaufen mehrere Flüsse 15, die alle in den Fluss 15a münden, der wiederum in Richtung Norden fließt. Die Flüsse werden zur einfacheren Unterscheidung zusätzlich neben der Bezugszahl 15 mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet.
Zudem sind drei Ortschaften 16 gezeigt, die zur besseren Unterscheidung ebenfalls neben der Bezugszahl 16 mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet sind.
In dem begrenzten Gebiet 3 sind Windkraftanlagen 4 angeordnet, die zur einfacheren Unterscheidung neben der Bezugszahl 4 mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet sind. Die Windkraftanlagen 4 sind zu Windparks 17 mit einer unterschiedlichen Anzahl an Windkraftanlagen 4 zusammengeschlossen. Die Windparks sind mit den Bezugszeichen 17a und 17b versehen. Des Weiteren sind die in dem begrenzten Gebiet angeordneten Windkraftanlagen 4 im Generatorbetrieb zur Stromerzeugung nutzbar und im Motorbetrieb von einem Motor antreibbar.
Ferner wird das Messstationennetz 6 mit einer Vielzahl an Messstationen 9 gezeigt. Auch die Messstationen 9 sind zur einfacheren Unterscheidung neben der Bezugszahl 9 mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet. Die Messstationen 9 in dem begrenzten Gebiet 3 sind dem Messstationennetz 6 zugeordnet. Die weitere Messstation 9' ist nicht dem Messstationennetz 6, sondern einem benachbarten Messstationennetz 6' zugeordnet.
Die Messstationen 9 des Messstationennetzes 6 sind wie auch die Windkraftanlagen 4 mit der Steuerungseinrichtung 5 vernetzt.
Wie in 2 gezeigt, zieht aus südwestlicher Richtung eine Wetterlage 2 als Schlechtwetterlage 18 mit bspw. drohendem Starkregen über das begrenzte Gebiet 3. Die Wetterlage 2 zieht in Richtung der an der Schematisch dargestellten Wetterlage 2 angeordneten Pfeile 19.
Die Messstationen 9, 9' erfassen die Wetterdaten, insbesondere Luftdruck, Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Luftdruckänderung, Windrichtung, Windstärke und/oder Niederschlag und übermitteln die Wetterdaten an die Steuerungseinrichtung 5. Die Erfassung und Übermittelung der Wetterdaten erfolgt in regelmäßigen und geeigneten Zeitintervallen mit einer Taktung von bspw. 1 min, 5 min, 10 min, 15 min, 30 min oder dergleichen. In der eine Regelfunktionalität aufweisenden Steuerungseinrichtung 5 wird aus den erfassten Wetterdaten mittels eines Wettermodells die aktuelle Wetterlage 2 berechnet. Zweckmäßigerweise wird die Wetterlage 2 nur während eines kurzen, höchstens eintägigen Zeitintervalls beobachtet.
Weiter werden die erfassten Wetterdaten in der Steuerungseinrichtung 5 unter Berücksichtigung von in der Steuerungseinrichtung 5 hinterlegten Wetterreferenzdaten als Wetterzieldaten ausgewertet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 2 bis 4 ergeben die berechneten Wetterzieldaten, dass eine Beeinflussung der als Schlechtwetterlage 18 ausgebildeten Wetterlage 2 sinnvoll ist, damit die Flüsse 15 bei drohendem Starkregen nicht über die Ufer treten und in den Ortschaften 16 einen Schaden anrichten.
Aus diesem Grund werden auf der Basis der Wetterzieldaten gezielt einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen 4 der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet 3 angeordneten Windkraftanlagen 4 individuell zum Zweck der Beeinflussung der Wetterlage 2 am Wind ausgerichtet und angesteuert werden. Die Windkraftanlagen 4 werden entsprechend am Wind ausgerichtet und erzeugen auf die Wetterlage entweder einen Staudruck (Windkraftanlagen 4a bis 4c) oder einen Sog (Windkraftanlage 4d). Die von den Windkraftanlagen 4 erzeugte Richtung der Luftströmung ist durch die Pfeile 20 dargestellt. Wie in 3 dargestellt, beginnt daraufhin die als Schlechtwetterlage 18 ausgebildete Wetterlage 2 in südöstlicher Richtung abzudrehen.
Aufgrund der ständigen Erfassung der Wetterdaten und der damit verbundenen ständigen Aktualisierung des Wettermodells werden die Windkraftanlagen 4 gezielt individuell angesteuert. In 4 ist dargestellt, wie die Wetterlage 2 weiter Richtung Süden umgelenkt wird. Hierbei ist die Windkraftanlage 4b nicht mehr beteiligt. Die Windkraftanlagen 4a, 4b und 4d erzeugen nunmehr einen Staudruck, d. h. diese Erzeugen eine Luftströmung in eine der Strömungsrichtung der Wetterlage entgegengesetzten Richtung. Hierdurch wird ein Weiterziehen der Wetterlage 2 in der ursprüngliche Strömungsrichtung zumindest abgebremst.
Das Windkraftanlagensystem 1 wird nach der Beeinflussung der Wetterlage 2 wieder zur Erzeugung von Strom eingesetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010005441 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Beeinflussung einer Wetterlage (2), dadurch gekennzeichnet, dass über einem begrenzten Gebiet (3) mittels einer Vielzahl von in dem begrenzten Gebiet (3) angeordneten im Generatorbetrieb zur Stromerzeugung nutzbaren Windkraftanlagen (4), die im Motorbetrieb von einem Motor antreibbar sind und ferner mit einer eine Regelfunktionalität aufweisenden Steuereinrichtung (5) vernetzt sind, und mit einem insbesondere in dem begrenzten Gebiet (3) vorhandenen und Messstationen (9) aufweisenden Messstationennetz (6) zur Erfassung von Wetterdaten, zweckmäßigerweise Luftdruck, Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Luftdruckänderung, Windrichtung, Windstärke und/oder Niederschlag, die von den Messstationen (9) an die Steuerungseinrichtung (5) übermittelt werden, wo die Wetterdaten unter Berücksichtigung von in der Steuerungseinrichtung (5) hinterlegten Wetterreferenzdaten als Wetterzieldaten ausgewertet werden, wobei auf der Basis der Wetterzieldaten gezielt einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen (4) der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet (3) angeordneten Windkraftanlagen (4) individuell zum Zweck der Beeinflussung der Wetterlage am Wind ausgerichtet und angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wetterlage (2), während eines begrenzten Zeitintervalls, insbesondere eines kurzen, höchstens eintägigen Zeitintervalls, betrachtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (5) einen Auswertungsalgorithmus aufweist, durch den die Wetterdaten unter Berücksichtigung von den in der Steuerungseinrichtung (5) hinterlegten Wetterreferenzdaten als Wetterzieldaten ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertungsalgorithmus einen Vergleich der Wetterdaten und der Wetterreferenzdaten durchführt, um die Wetterzieldaten der Wetterlage (2) zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertungsalgorithmus unter Verwendung eines Wettermodells aus den Wetterdaten ein Wetterszenario berechnet und dieses mit wenigstens einem in der Steuerungseinrichtung (5) hinterlegten Wetterszenario abgleicht, um die Wetterzieldaten zu berechnen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Auswertungsalgorithmus als ein auf einem künstlichen neuronalen Netzwerk basierender Auswertungsalgorithmus ausgebildet ist, wobei der Auswertungsalgorithmus mittels der in der Steuerungseinrichtung (5) hinterlegten Wetterszenarien trainierbar ist oder trainiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wetterdaten mittels in der Steuerungseinrichtung (5) hinterlegter Gewichtungsfaktoren gewichtet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen (4) eine Frequenzsteuerung aufweisen, sodass die Windkraftanlagen (4) im Motorbetrieb drehzahlgeregelt antreibbar sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Windkraftanlage (4) aus der Vielzahl von Windkraftanlagen (4) eine definierte Leistung aufweist, die bei der Beeinflussung der Wetterlage (2) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen (4) um eine Rotorblattlängsachse (X-X) drehbar ausgebildete Rotorblätter (7) aufweisen, um durch Verdrehen der Rotorblätter (7) die Leistung der Windkraftanlagen (4) zu regeln.
Windkraftanlagensystem (1) zur Beeinflussung einer Wetterlage (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Windkraftanlagensystem (1) in einem begrenzten Gebiet (3) über eine Vielzahl von in dem begrenzten Gebiet (3) angeordneten im Generatorbetrieb zur Stromerzeugung nutzbaren Windkraftanlagen (4) verfügt, die im Motorbetrieb von einem Motor antreibbar sind und ferner mit einer eine Regelfunktionalität aufweisenden Steuereinrichtung (5) des Windkraftanlagensystems (1) vernetzt sind, und das Windkraftanlagensystem (1) ein insbesondere in dem begrenzten Gebiet (3) vorhandenes und Messstationen (9) aufweisendes Messstationennetz (6) zur Erfassung von Wetterdaten aufweist, zweckmäßigerweise Luftdruck, Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Luftdruckänderung, Windrichtung, Windstärke und/oder Niederschlag, wobei die Wetterdaten von den Messstationen (9) an die Steuerungseinrichtung (5) übermittelt werden, und die Steuerungseinrichtung (5) konfiguriert ist, die Wetterdaten unter Berücksichtigung von in der Steuerungseinrichtung (5) hinterlegten Wetterreferenzdaten als Wetterzieldaten auszuwerten, wobei die Steuerungseinrichtung (5) weiter konfiguriert ist, um auf der Basis der Wetterzieldaten gezielt einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen (4) der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet (3) angeordneten Windkraftanlagen (4) individuell zum Zweck der Beeinflussung der Wetterlage (2) am Wind auszurichten und anzusteuern.
Windkraftanlagensystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen (4) eine Frequenzsteuerung aufweisen, sodass der Motor der Windkraftanlagen (4) im Motorbetrieb drehzahlgeregelt antreibbar ist.
Windkraftanlagensystem (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen (4) um eine Rotorblattlängsachse (X-X) drehbar ausgebildete Rotorblätter (7) aufweisen, um durch Verdrehen der Rotorblätter (7) die Leistung der Windkraftanlagen (4) zu regeln.
Windkraftanlagensystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlage (4) eine Messstation (9) des Messstationennetzes (6) aufweist, wobei die Messstation (9) zweckmäßigerweise an einer Gondel der Windkraftanlage (4) angeordnet ist.
Windkraftanlagensystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messstation (9) des Messstationennetzes (6) an Sirenen (10), Funkmasten (12) oder Gebäuden (11) oder sonstigen exponierten Standorten (13) angeordnet ist.
Windkraftanlagensystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstationen (9) auf einer Höhe bis 250 m angeordnet sind, bevorzugt auf einer Höhe von 20 m bis 180 m.
Windkraftanlagensystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem begrenzten Gebiet (3) vorhandene Messstationennetz (6) auf einer Fläche von 25 km² eine Messstation (9) aufweist, bevorzugt auf einer Fläche von 4 km², weiter bevorzugt auf einer Fläche von 1 km².
Windkraftanlagensystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Windkraftanlagen (4) und/oder die Messstationen (6) konfiguriert sind, um ihre Standortdaten an die Steuerungseinrichtung (5) des Windkraftanlagensystems (1) zu übermitteln.
Windkraftanlagensystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder sämtliche Windkraftanlagen (4) der Vielzahl der in dem begrenzten Gebiet (3) angeordneten Windkraftanlagen (4) einen um eine Rotorachse (Y-Y) verdrehbaren Rotor (8) aufweisen.