WO2016139082A1 - Verfahren zum betreiben einer windenergieanlage - Google Patents

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Alfred Beekmann
Marcel Kruse
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Wobben Properties Gmbh
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
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    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a wind energy plant. Moreover, the present invention relates to a wind turbine and a park with multiple wind turbines.
  • Wind turbines in particular horizontal axis wind turbines according to the present invention, are known. They extract energy from the wind and convert it into electrical energy, which can be referred to simply as the generation of electrical energy or the generation of electrical power.
  • wind turbines As long as such wind turbines are in operation, they thus generate power that is usually fed into an electrical supply network. However, part of the power generated is used to supply operating facilities. In addition to the supply of the control system, so a control computer or the like, and operating equipment are available, which sometimes require a little more power.
  • This includes an azimuth adjusting device, ie an adjusting device with which the wind energy plant can be tracked in its orientation to the wind.
  • means for adjusting the rotor blades include this, so with which the rotor blades can be adjusted in their angle of attack, which is also referred to as pitching or adjusting the pitch angle.
  • German Patent and Trademark Office has in the priority application for the present application the following state of the art research: DE 10 2012 204 239 A1, US 2008/0084070 A1, the article “offshore wind farm Riffgat launches without cable”, magazin magazin and the Article “The sign citizens send their regards Diesel engines power wind turbines", n-tv.de.
  • the present invention is therefore based on the object to address at least one of the above-mentioned problems.
  • a solution is to be proposed which is suitable that as much power as possible can be taken from the wind and as little as possible power or energy is given away from the wind.
  • At least an alternative solution should be proposed over previously known solutions.
  • a method according to claim 1 is proposed. This method is thus provided for operating a wind power installation which has an aerodynamic rotor with an approximately horizontal axis of rotation, an electric generator and a wind turbine. comprises driving devices.
  • the wind turbine is designed to feed electrical energy into an electrical supply network and it is kept ready in a starting state for starting the generator, while the generator can not be started.
  • the reason why the generator can not be started may be that there is not enough wind.
  • Another or additional possibility is that it can not or must not be fed into the electrical supply network. It can not be fed into the electrical supply network, especially if at least temporarily there is no connection. It can not be fed even if there is a fault in the network, in particular the network has collapsed in the electrical engineering sense.
  • a wind energy plant may not feed into the grid when the grid frequency deviates, for example, by 2% from the rated frequency.
  • the wind turbine uses energy from at least one energy store to be held in the starting state for starting the generator.
  • energy storage can be filled during operation of the wind turbine by this, so that the removal of expensive electricity from the electrical supply network is avoided.
  • the wind turbine can therefore be started immediately as soon as boundary conditions permit and immediately generate energy. This is so far additional energy to a type of operation, in which the wind turbine only makes ready for starting when the conditions for starting already exist.
  • keeping the wind turbine in the starting state includes at least one of the following actions: heating the wind turbine, in particular rotor blades of the rotor to prevent ice accumulation or defrosting ice and aligning the wind turbine in the wind. Aligning the wind turbine with the wind, thus adjusting the azimuth position to the wind, does not necessarily require a great deal of energy, especially not when there are stable weather conditions in which the wind direction does not change constantly.
  • a tolerance angle by which the current orientation can deviate from the optimum orientation of the azimuth position until the azimuthal position is readjusted can be selected greater than in normal operation.
  • this angle here at least 10 degrees, preferably at least 20 degrees.
  • the wind turbine could then start immediately with sufficient wind or the elimination of other obstacles, possibly with a not quite optimal len azimuth position. However, this can then be adjusted very quickly and possibly also already with energy that the wind energy plant can already generate itself.
  • heating generally requires comparatively much energy and, on the other hand, modern wind energy plants have very large rotor blades and thus very large areas where ice accumulation can occur, which leads to correspondingly large-area heating.
  • the proposed method is characterized in that the wind turbine is adjusted to align with the wind in its azimuth angle as soon as its azimuth orientation deviates from an optimal orientation in the wind by more than a tolerance angle, and / or deviates longer than a predetermined waiting time in which the size of the tolerance angle and / or the size of the waiting time depends on whether the generator is in operation and / or how large the wind speed is, in particular the size of the tolerance angle and / or the size of the waiting time is the greater the smaller the wind speed.
  • the assumption of a larger tolerance angle may be sufficient and, in addition or in addition, it may be sufficient to wait a while until the tracking is performed. At particularly low wind speeds, a longer time may be required to adjust the position. The same applies to the tolerance angle, which can be set larger. Especially if the wind speed is so small that the wind turbine can not yet be put into operation at present, the wind speed is at most so great that you can even determine their direction, a very restrained tracking can be sufficient.
  • the tracking should be less restrained, especially since there is already enough wind to operate the system. So in this case, if an obstacle that opposes the operation is omitted, for example, if a cloud ends a shadow, the system can be operated immediately and with good azimuth setting.
  • the wind turbine is oriented in the wind, ie an adjustment of the azimuth position, based on a wind direction transmitted by a measuring mast or a value station.
  • the method is characterized in that a first tolerance angle and / or a first waiting time are selected when the generator is in operation, and a second tolerance angle and / or a second waiting time are selected when the generator is not in operation, and optionally a third tolerance angle and / or a third waiting time are selected when the generator is not in operation and the wind speed direction is obtained from a measuring mast or a weather station.
  • the third tolerance angle is greater than the second and the second tolerance angle is greater than the first one.
  • the third waiting time is greater than the second and the second waiting time is greater than the first.
  • a heating device in particular of the rotor blades, be started if, based on a weather forecast, sufficient wind for operating the wind turbine including the generator within a preparation period is to be expected, in particular so strong and lasting wind that the wind Heating the rotor blades needed energy can be generated again.
  • a heating device in particular a heating device of the rotor blades, is thus started, especially in anticipation of the fact that the wind energy plant can probably soon be put into operation.
  • energy is first invested in the heating of the plant, especially the rotor blades, assuming that the plant can soon be operated and that the energy used for this has also been generated again soon.
  • An essential aspect of the invention is therefore to make the wind turbine, in particular the generator, ready to start at a time and / or ready to start, to which he can not even start. This can take place deliberately in anticipation of a quick start, and / or permanently.
  • the start-up of the generator is ultimately a start clearing the wind turbine as a whole.
  • the start-up of the generator is also to make the wind turbine ready to go.
  • the alignment of the nacelle of the wind turbine especially if this is somewhat more restrained than in normal operation, also permanently possible.
  • energy-intensive preparation measures such as the heating of the rotor blades, is considered to make this only if it is expected to start the generator before another or many more times the sheet must be heated.
  • ice accumulation occurs especially at temperatures around and just below freezing.
  • humid air is needed for such an ice accumulation and usually wind is required to expect such an ice accumulation.
  • a control to prevent ice accumulation could also be operated permanently, even if the system is not operated.
  • the Ice Prevention Control takes into account whether ice formation is to be expected at all. Taking into account that wind is often required in order for an ice accumulation to occur, it is also frequently to be expected that suitable environmental conditions for operating the wind energy plant, ie for switching on the generator, are not very far away, if an ice accumulation suspects.
  • a method is proposed in which a controller for preventing and / or removing an ice accumulation is also operated when the generator is not in operation.
  • the method is characterized in that a starting time is calculated or predicted, in which it is to be expected that the wind turbine, in particular the generator can be started and a predetermined lead time before the start time, the wind turbine is brought into a start state for starting the generator and is kept therein until the start of the generator.
  • a start time is first calculated or predicted. This may, for example, be based on a weather forecast if the start time is the time at which sufficient wind is available again. However, this can also be a time when non-operation is based on a noise emission ban and this noise emission ban is eliminated at a certain point in time.
  • This start time which is calculated or predicted there, can later deviate from an actually possible start time. Possibly contrary to such a calculation, the start of the wind turbine completely or initially at least for a long time eliminated. In any case, such a start time is calculated, especially in the case of the basis of a weather forecast could also be spoken by the prognosis of such a start time.
  • a lead time is predefined, which can always be the same for each specific plant and thus can form a constant.
  • this lead time may also depend on boundary conditions, for example, it may be larger in winter than in summer, to take into account the process of deicing.
  • the wind turbine is then proposed to make the wind turbine ready earlier than at the start time with this lead time.
  • This may mean, for example, to start with a de-icing, to align the wind turbine in its azimuth position to the wind and / or adjust the rotor blades in their angle of attack to the wind accordingly.
  • the wind turbine is ready to start and is kept in this state until it can actually be started.
  • the lead time is chosen to be greater, in particular at least twice as large as would be necessary for preparing the wind turbine for starting.
  • the lead time is chosen to be greater, in particular at least twice as large as would be necessary for preparing the wind turbine for starting.
  • a wind turbine is also proposed, which is prepared to carry out at least one method according to one of the embodiments described above.
  • the wind turbine or an associated electrical system network has at least one energy storage for storing energy and for delivering electrical energy, wherein the energy storage is dimensioned so that it has sufficient energy to heat the Can store rotor blades of the wind turbine, in particular so much energy can store that completely iced rotor blades can be defrosted, and / or store so much energy that the rotor blades with maximum heat output for a predetermined heating period can be heated, the heating period preferably at least one hour, in particular at least 3 hours.
  • the wind turbine with an energy storage, which may also be available via a connected electrical system network of the wind turbine to provide sufficient energy therein to heat the rotor blades.
  • an energy store is preferably sufficiently large to also operate further operating devices of the wind energy plant, while the wind energy plant itself is not in operation. This includes in particular the operation of an azimuth adjustment and / or the operation of pitch adjustments for the rotor blades in order to align them in their angle of attack to the wind.
  • the proportion of energy required to heat the rotor blades should be significantly higher than the energy for other applications. Accordingly, it is proposed here to dimension the size of the energy store at the required energy for the heating of rotor blades.
  • a dimensioning is carried out so that sufficient energy for heating the rotor blades with maximum heating power for a predetermined heating period can be stored.
  • This heating period is preferably set to at least one hour, in particular at least three hours.
  • the maximum heating power for the existing heating devices for the rotor blades is a predetermined known value of each wind turbine and over the predetermined period of time thus the energy storage is clearly dimensioned.
  • a wind farm which has at least two wind turbines, as described above according to the embodiment.
  • this wind farm has one or more energy storage.
  • This one energy storage or the sum of all available energy storage of the wind farm is dimensioned so that all the rotor blades of all wind turbines in the park can be heated for a correspondingly predetermined heating period and / or that sufficient with the energy of such a sum of the energy of all energy storage in the park to defrost all rotor blades of all wind turbines in the park.
  • Figure 1 shows a wind turbine schematically.
  • FIG. 2 shows a wind farm schematically.
  • FIG. 3 shows four timing diagrams for illustrating an example heating process according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a wind energy plant 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is arranged on the nacelle 104.
  • the rotor 106 is set into rotary motion by the wind and thereby drives a generator in the nacelle 104.
  • FIG. 2 shows a wind farm 1 12 with, by way of example, three wind turbines 100, which may be the same or different.
  • the three wind turbines 100 are therefore representative of virtually any number of wind turbines of a wind farm 1 12.
  • the wind turbines 100 make their performance, namely in particular the generated electricity via an electric parking network 1 14 ready.
  • the respective generated currents or outputs of the individual wind turbines 100 are added up and usually a transformer 1 16 is provided, which transforms the voltage in the park, to then at the feed point 1 18, which is also commonly referred to as PCC, in the supply network 120th feed.
  • Fig. 2 is only a simplified representation of a wind farm 1 12, for example, shows no control, although of course there is a controller.
  • FIG. 3 shows schematically in the bottom diagram a possible course of a wind speed. Accordingly, the wind speed V w for the first 180 minutes, so three hours, below a recorded starting wind speed, which is given here simplifying with two meters per second. The exact values of the wind speed are not important here. Nevertheless, the diagrams of FIG. 3 attempt to represent a course which is realistic even for the numerical values. Nevertheless, the representations are schematic and also the relationships shown and explained are to be understood as schematic relationships and in particular can also be inaccurate character.
  • the wind speed V w then increases so that it exceeds the starting wind speed V wst art.
  • the wind speed has settled at a value of about 10 meters per second.
  • a nominal wind speed is set at 12 meters per second and the wind speed remains so even after 240 minutes still below the rated wind speed.
  • the illustration thus shows a quite realistic case in which the wind speed increases from very weak, namely so weak that the wind energy plant can not even be operated, to a higher value, but which is still below the nominal wind speed V WN .
  • the diagram above shows the power P G generated by the generator of the wind turbine.
  • the index G was chosen to illustrate the difference to the heating power P H in the diagram above.
  • the generator can not generate power for the first three hours because the wind is too weak. After three hours, then the wind speed is strong enough that the generator can be started, which was not possible before. The generator will So then started and generated according to the wind speed V w a corresponding performance.
  • This diagram shows an example of the generated power in MW and here it is assumed that a wind turbine with a nominal power P N of 2 MW, which today is more of a wind turbine of medium or even smaller size. Also, because the wind speed V w does not reach its rated wind speed V WN , the power P G generated by the generator does not reach its rated power value P N of 2 MW.
  • This power P G is initially low, because the wind speed is still very low.
  • the linear increase of the line P G is idealizing. The course could also look a bit different, but would probably run so similar when the wind speed V w behaves as shown.
  • the third diagram from below shows an exemplary course of a heating power P H , which is also indicated in MW, wherein the same dimensioning was selected as for the representation of the generator power P G.
  • This diagram of the heating power P H shows an increase in the heating power P H at 30 minutes from zero to 0.2 MW, ie 200 kW. These 200 kW are for the exemplary example the nominal value for the heating power P H N-
  • This diagram is based on the consideration that the wind turbine has determined at the marked 30 minutes that the rotor blades are to be de-iced, because an ice accumulation was detected.
  • the controller then performs defrosting, in which the rotor blades are heated, which in the assumed example requires 200 kW heating power.
  • This heating of the rotor blades is thus carried out, although the wind turbine is not in operation and due to the low wind speed can not be put into operation.
  • the generator can therefore not be put into operation, not even to provide the heating power available.
  • This heating power is required for one and a half hours, ie from 30 to 120 minutes. At 120 minutes, the deicing is completed successfully and the heating of the rotor blades is turned off, so that the Heating power P H again assumes the value zero.
  • the wind speed is still at a value at which the generator can not be started.
  • the uppermost diagram is intended to represent the energy balance of the wind energy plant, taking into account only the power P G generated by the generator and the heating power P H consumed by the heating device. It is assumed that at 30 minutes as start value the energy balance is zero. The course of the energy is marked with E.
  • the heating process begins and lasts for one and a half hours. Accordingly, 300 kWh are consumed. At 120 minutes, the energy balance is negative with this -300 kWh. This value remains for another hour, namely up to 180 minutes, because in this time neither heating power P H is consumed, nor generator power P G is generated.
  • the generator can now be started because the wind speed has just exceeded the starting wind speed V WS tart.
  • the rotor blades are ent, and otherwise the wind turbine is otherwise ready for use according to the invention and the power can thus be generated immediately according to the existing wind speed. This has already been described above.
  • the energy E or energy balance increases. After a little more than 40 minutes, the generator has generated as much energy as was consumed by the heating of the rotor blades. The performance increases even further and the energy, as integral of the performance over time, increases accordingly a little more. At 270 minutes, ie one and a half hours after the start of the generator, the energy is then at about 900 kWh.
  • the energy balance is now one and a half hours after the wind speed was high enough to run the wind turbine, a clearly positive energy balance.
  • One and a half hours is also the time that the rotor blades were heated, namely from 30 to 120 minutes, so that in this presentation, one and a half hours were needed to de-ice the leaves and thus make the wind turbine ready to go. If the heating and defrosting of the rotor blades had not already taken place, the wind turbine would have had to start at 180 minutes. Since the heating process shown has already heated at nominal power, that is to say nominal power P H N of the heating device, a deicing iron would be at 180 minutes, not faster. In other words, the wind turbine would have been ready for launch at 270 minutes at the earliest.
  • This process of FIG. 3, which is illustrated schematically, is particularly efficient when the energy required for heating can be taken from an energy store which the wind energy plant initially charged itself with electrical energy. In this case, no expensive energy would have to be purchased from the network for the heating process. Incidentally, it would also not necessarily be helpful to remove energy from the network for heating at low wind speeds, which means that little wind power is fed into the grid anyway. Nevertheless, this would of course be an option, should there be no energy storage or the energy storage is not filled.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage umfassend einen aerodynamischen Rotor mit etwa horizontaler Drehachse, einen elektrischen Generator sowie Betriebseinrichtungen, wobei die Windenergieanlage zum Einspeisen elektrischer Energie in ein elektrisches Versorgungsnetz vorgesehen ist, und in einem Startzustand zum Starten des Generators bereitgehalten wird, während die Windenergieanlage nicht vollständig in Betrieb genommen wer- den kann, insbesondere der Generator nicht gestartet werden kann.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Windenergieanlage sowie einen Park mit mehreren Windenergieanlagen.
Windenergieanlagen, gemäß der vorliegenden Erfindung besonders Horizontalachsen- windenergieanlagen, sind bekannt. Sie entnehmen Energie aus dem Wind und wandeln diese in elektrische Energie um, was vereinfachend als Erzeugung elektrischer Energie bzw. Erzeugung elektrischer Leistung bezeichnet werden kann.
Solange solche Windenergieanlagen in Betrieb sind, erzeugen sie somit Leistung, die üblicherweise in ein elektrisches Versorgungsnetz eingespeist wird. Ein Teil der erzeug- ten Leistung wird allerdings verwendet, um Betriebseinrichtungen zu versorgen. Neben der Versorgung des Steuersystems, also eines Steuercomputers oder dergleichen, sind auch Betriebseinrichtungen vorhanden, die mitunter etwas mehr Leistung benötigen. Hierzu gehört eine Azimutverstelleinrichtung, also eine Versteileinrichtung, mit der die Windenergieanlage in ihrer Ausrichtung dem Wind nachgeführt werden kann. Diese beinhaltet üblicherweise mehrere Azimutmotoren zum Verstellen der Gondel der Windenergieanlage. Auch Einrichtungen zum Verstellen der Rotorblätter gehören hierzu, mit denen also die Rotorblätter in ihrem Anstellwinkel verstellt werden können, was auch als Pitchen oder Verstellen des Pitchwinkels bezeichnet wird. Außerdem können Vorrichtungen zum Beheizen vorhanden sein, insbesondere zum Beheizen der Rotorblätter, um einen Eisansatz zu verhindern oder vorhandenes Eis abzutauen.
Sobald die Windenergieanlage, besonders wegen zu schwachen Windes, zum Stehen kommt, werden all diese Einrichtungen nicht mehr benötigt. Die Windenergieanlage kann dann ohnehin diese Einrichtungen nicht mehr mit selbst erzeugter Leistung versorgen und eine Versorgung mit elektrischer Leistung aus dem Netz, in das die Windenergiean- läge sonst, wenn sie in Betrieb ist, einspeist, ist sehr kostspielig. Die Kosten für die Entnahme von Strom aus dem Netz sind häufig um ein Vielfaches höher als die Vergütung, die ein Windenergieanlagenbetreiber für die gleiche Menge eingespeisten Stroms erhält. Wenn also die Windenergieanlage wieder in Betrieb genommen werden soll, wenn beispielsweise der Wind wieder zunimmt, muss häufig zunächst Leistung teuer aus dem Netz eingekauft werden, um die notwendigen Betriebseinrichtungen entsprechend zu betreiben. Für Windparks sind bereits Lösungen vorgeschlagen worden, bei denen Windenergieanlagen beim Herunterfahren bei entsprechend abschwächendem Wind in unterschiedliche Azimutausrichtungen verstellt werden, so dass bei später wieder zunehmendem Wind zumindest eine der Windenergieanlagen halbwegs günstig zum Wind ausgerichtet ist. Dies beschreibt das Dokument US-2007-0108769-A1. Dort wird auch der Vorschlag gemacht, nur für eine Windenergieanlage in dem Windpark, insbesondere eine möglichst kleine, Leistung aus dem Netz zum Hochfahren zu verwenden. Wenn diese Windenergieanlage dann in Betrieb ist, kann die von ihr erzeugte Leistung zum Betreiben von Betriebseinrichtungen weiterer Windenergieanlagen des Parks verwendet werden, damit dann diese hochfahren können. Nachteilig ist hierbei, dass die übrigen Windenergieanlagen somit zunächst abwarten müssen, bis diese eine Windenergieanlage hochgefahren ist. Die Erzeugung von Leistung durch diesen Windpark verzögert sich somit, wodurch wiederum Leistung, die dem Wind bereits entnehmbar wäre, verschenkt wird.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 10 2012 204 239 A1 , US 2008/0084070 A1 , den Artikel "Offshore-Windpark Riffgat startet ohne Kabel", mana- ger magazin und den Artikel "Die Schildbürger lassen grüßen. Dieselmotoren treiben Windräder an", n-tv.de.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zumindest eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine Lösung vorgeschlagen werden, die geeignet ist, dass möglichst viel Leistung aus dem Wind entnommen werden kann und möglichst wenig Leistung bzw. Energie aus dem Wind verschenkt wird. Zumindest soll gegenüber bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Dieses Verfahren ist somit zum Betreiben einer Windenergieanlage vorgesehen, die einen aerodynamischen Rotor mit etwa horizontaler Drehachse, einen elektrischen Generator sowie Be- triebseinrichtungen umfasst. Die Windenergieanlage ist zum Einspeisen elektrischer Energie in ein elektrisches Versorgungsnetz vorgesehen und sie wird in einem Startzustand zum Starten des Generators bereitgehalten, während der Generator aber nicht gestartet werden kann. Der Grund, warum der Generator nicht gestartet werden kann, kann beispielsweise darin liegen, dass nicht ausreichend Wind vorhanden ist. Eine andere oder zusätzliche Möglichkeit ist, dass nicht ins elektrische Versorgungsnetz eingespeist werden kann oder darf. Es kann besonders dann nicht ins elektrische Versorgungsnetz eingespeist werden, wenn zumindest temporär kein Anschluss vorhanden ist. Es kann auch dann nicht einge- speist werden, wenn eine Störung im Netz vorliegt, insbesondere das Netz im elektrotechnischen Sinne zusammengebrochen ist. In solchen Fällen kommt auch in Betracht, dass zwar in das Netz eingespeist werden könnte, je nachdem wie stark die Störung im Netz ist, dass aber aufgrund von Vorschriften, besonders des Netzbetreibers, nicht in das Netz einspeist werden darf. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Windener- gieanlage nicht ins Netz einspeisen darf, wenn die Netzfrequenz beispielsweise um 2 % von der Nennfrequenz abweicht.
Weiterhin kommt in Betracht, dass lokale Vorschriften ein Starten des Generators temporär verbieten, insbesondere zur Vermeidung vom störendem Schattenwurf oder störender Geräuschentwicklung. In diesem Fall bestände kein Verbot seitens des Netzbetreibers - wobei dieses natürlich auch zusätzlich hinzukommen könnte - sondern ein Verbot aus umweltschutztechnischen Gründen. Besonders der Schattenwurf kann mitunter bereits nach kurzer Zeit vorüber sein, also kein Grund für ein Betriebsverbot sein, wenn die Sonne entsprechend weiter gewandert ist und/oder Wolken keinen Schatten werfen bzw. nur noch diffuses Licht bereitstellen. Ein Betriebsverbot wegen Geräuschemission kann von der Tageszeit abhängen, oder von der Windrichtung.
Jedenfalls gibt es verschiedene Gründe, die gegen das Starten des Generators sprechen, die aber auch bald vorüber sein können. Mitunter ist genau absehbar, wann diese Zustände vorüber sind. Jedenfalls wird vorgeschlagen, den Generator in einem Startzustand bereitzuhalten, obwohl er im Moment nicht gestartet werden kann bzw. darf. Diesem Vorschlag liegt besonders die Erkenntnis zugrunde, dass häufig absehbar ist, dass der Generator gestar- tet werden kann. Ein häufiger Fall dürfte wohl die Auswertung einer Wettervorhersage sein, bzw. überhaupt die Auswertung von Wettermessstationen in der Nähe der jeweiligen Windenergieanlage, demnach etwa vorhergesagt werden kann, wenn wieder Wind in ausreichender Stärke auftritt, um die Anlage zu betreiben. Dem Vorschlag liegt aber auch die Erkenntnis zugrunde, dass viel Energie verloren gehen kann, während die Windenergieanlage sich zum Starten des Generators vorbereitet. Es wurde erkannt, dass dieser Energieverlust mitunter so groß sein kann, dass seine Vermeidung sogar rechtfertigt, die Windenergieanlage dauerhaft zum sofortigen Starten bereitzuhalten. Es wird also Energie aufgewendet, um die Windenergieanlage zum Star- ten bereitzuhalten, wie beispielsweise Energie zum Ausrichten der Windenergieanlage in den Wind oder selbst Energie zum Beheizen der Windenergieanlage, insbesondere ihrer Rotorblätter, um einen Eisansatz zu vermeiden oder zu lösen.
Vorzugsweise verwendet die Windenergieanlage Energie aus wenigstens einem Energiespeicher, um in dem Startzustand zum Starten des Generators gehalten zu werden. Ein solcher Energiespeicher kann im Betrieb der Windenergieanlage durch diese aufgefüllt werden, so dass die Entnahme teuren Stroms aus dem elektrischen Versorgungsnetz vermieden wird. Die Windenergieanlage kann also sobald Randbedingungen dies zulassen, sofort gestartet werden und sofort Energie erzeugen. Dies ist insoweit zusätzliche Energie zu einer Art des Betreibens, bei der die Windenergieanlage sich erst dann zum Starten bereit macht, wenn die Bedingungen zum Starten bereits vorliegen.
Vorzugsweise beinhaltet das Bereithalten der Windenergieanlage in dem Startzustand wenigstens eines der folgenden Aktionen: Beheizen der Windenergieanlage, insbesondere von Rotorblättern des Rotors zur Vermeidung von Eisansatz oder dem Abtauen von Eis und Ausrichten der Windenergieanlage in den Wind. Das Ausrichten der Windenergieanlage in den Wind, also das Verstellen der Azimutposition in den Wind, muss nicht unbedingt sehr viel Energie benötigen, besonders dann nicht, wenn stabile Wetterverhältnisse vorliegen, in denen sich die Windrichtung nicht ständig ändert. Vorzugsweise kann hier ein Toleranzwinkel, um den die aktuelle Ausrichtung von der optimalen Ausrichtung der Azimutposition abweicht kann, bis die Azimutposition nachgestellt wird, größer als im Normalbetrieb gewählt werden. Vorzugsweise kann dieser Winkel hier wenigstens 10 Grad, vorzugsweise wenigstens 20 Grad betragen. Die Windenergieanlage könnte dann also bei ausreichend Wind oder dem Wegfall anderer Hinderungsgründe sofort starten, eventuell mit einer nicht ganz optima- len Azimutposition. Diese kann dann aber sehr schnell und ggf. auch bereits mit Energie verstellt werden, die die Windenergieanlage bereits selbst erzeugen kann.
Das Beheizen der Windenergieanlage, insbesondere von Rotorblättern zum Verhindern von Eisansatz oder zum Abtauen von Eis, kann mitunter sehr viel Energie verwenden. Zum einen benötigt Heizen grundsätzlich vergleichsweise viel Energie und zum anderen haben moderne Windenergieanlagen sehr große Rotorblätter und damit sehr große Flächen, an denen ein Eisansatz auftreten kann, was zu einer entsprechend großflächigen Beheizung führt.
Andererseits wurde aber erkannt, dass der Zeitraum, bis zu dem die Windenergieanlage wieder nach Wegfall des Hindernisses zum Betreiben tatsächlich wieder betrieben wird und Leistung erzeugt, sehr lang sein kann, wenn zunächst ein vorhandener Eisansatz beseitigt werden muss. In diesem Fall liegt somit ein sehr langer Zeitraum vor, der vergeht, bis die Windenergieanlage tatsächlich wieder normal betrieben wird. In diesem langen Zeitraum wird entsprechend auch sehr viel Energie nicht aus dem Wind erzeugt werden können, so dass also für diesen Fall sehr viel Energie verschenkt werden würde. Dieser hohe Energiebetrag ist daher in Relation zu dem Aufwand zum frühzeitigen Beheizen der Rotorblätter zu stellen.
Mit anderen Worten wird zwar viel Energie zum Beheizen der Rotorblätter benötigt, es kann dadurch aber noch mehr Energie gewonnen werden. Gemäß einer Ausführungsform ist das vorgeschlagene Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage zum Ausrichten in den Wind in Ihrem Azimutwinkel verstellt wird, sobald ihre Azimutausrichtung von einer optimalen Ausrichtung in den Wind um mehr als einen Toleranzwinkel abweicht, und/oder länger als eine vorbestimmte Wartezeit abweicht, wobei die Größe des Toleranzwinkels und/oder die Größe der War- tezeit davon abhängt, ob der Generator in Betrieb ist, und/oder wie groß die Windgeschwindigkeit ist, insbesondere ist die Größe des Toleranzwinkels und/oder die Größe der Wartezeit um so größer, je kleiner die Windgeschwindigkeit ist.
Das Ausrichten in den Wind in ihrem Azimutwinkel erfolgt für die Windenergieanlage also nicht sofort und unmittelbar, sondern erst, wenn die Abweichung groß ist oder bzw. zusätzlich wenn eine Wartezeit verstrichen ist. Ein solcher Toleranzwinkel als auch die Wartezeit hängt u.a. davon ab, ob der Generator in Betrieb ist. Ist er in Betrieb, wird ein möglichst kleiner Toleranzwinkel zugrunde gelegt und möglichst wenig, am besten gar keine Wartezeit, zugrunde gelegt. In diesem Fall befindet sich die Windenergieanlage im Grunde im Normalbetrieb und wird dann auch möglichst akkurat dem Wind nachgeführt.
Ist der Generator aber nicht in Betrieb, kann das Zugrundelegen eines größeren Toleranzwinkels ausreichend sein und außerdem oder zusätzlich kann es ausreichend sein, eine Zeit lang zu warten, bis die Nachführung durchgeführt wird. Bei besonders kleinen Windgeschwindigkeiten kann eine längere Zeit gewartet werden, bis die Position nachgestellt wird. Gleiches gilt für den Toleranzwinkel, der größer angesetzt werden kann. Besonders wenn die Windgeschwindigkeit so klein ist, dass die Windenergieanlage derzeit noch gar nicht in Betrieb genommen werden kann, die Windgeschwindigkeit also allenfalls so groß ist, dass man überhaupt ihre Richtung bestimmen kann, kann ein sehr verhaltenes Nachführen ausreichend sein.
Bei höheren Windgeschwindigkeiten sollte die Nachführung weniger verhalten sein, zumal bereits ausreichend Wind vorhanden ist, um die Anlage zu betreiben. Wenn in diesem Fall also ein Hindernis, das gegen das Betreiben spricht, wegfällt, wenn also beispielsweise eine Wolke einen Schattenwurf beendet, kann die Anlage sofort und mit guter Azimuteinstellung betrieben werden.
Vorzugsweise wird bei Windstille oder schlecht messbarer Windrichtung eine Ausrichtung der Windenergieanlage in den Wind, also eine Verstellung der Azimutposition, basierend auf einer von einem Messmast oder einer Werterstation übermittelten Windrichtung erfolgt.
Bei sehr geringen Windgeschwindigkeiten oder sogar Windstille an der Windenergieanlage ist eine Windrichtungsmessung kaum oder gar nicht möglich. Gleichwohl wird aber vorgeschlagen, die Windenergieanlage für ein sofortiges Betreiben bereitzustellen, wenn also insbesondere der Wind plötzlich ausreichend stark ist. Somit kann es auch sinnvoll sein, selbst bei Windstille, eine Windenergieanlage in den Wind auszurichten. Eine Ausrichtung in den Wind ist bei Windstille natürlich - per Definition - nicht möglich, aber eine Ausrichtung in einen in der Nähe gemessenen Wind ist möglich und mitunter kann der Wind zumindest an einem Messmast, der akkurat misst, noch ausreichend sein, um eine Windrichtung festzustellen, wobei der Wind aber so schwach ist, dass er als Windstille wahrgenommen wird oder zumindest an der betreffenden Windenergieanlage nicht messbar oder nicht vorhanden ist. Wenn nur der Wind, wohl mit der so ermittelten Windrichtung, zunimmt, ist die Windenergieanlage gleichwohl schon in die richtige Richtung oder zumindest in etwa in die richtige Richtung ausgerichtet. Vorzugsweise ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Toleranzwinkel und/oder eine erste Wartezeit gewählt werden, wenn der Generator im Betrieb ist, und ein zweiter Toleranzwinkel und/oder eine zweite Wartezeit gewählt werden, wenn der Generator nicht im Betrieb ist, und optional ein dritter Toleranzwinkel und/oder eine dritte Wartezeit gewählt werden, wenn der Generator nicht im Betrieb ist und die Windgeschwindrichtung von einem Messmast oder einer Wetterstation erhalten wird. Insbesondere wird hier vorgeschlagen, dass der dritte Toleranzwinkel größer als der zweite und der zweite Toleranzwinkel größer als der erste ist. Ebenfalls wird besonders bevorzugt vorgeschlagen, dass die dritte Wartezeit größer ist als die zweite und die zweite Warte- zeit größer ist als die erste. Das Nachführen der Azimutposition erfolgt also umso verhaltener, umso stärker die gegebene Situation von einer möglichen Betriebssituation abhängt. Im ersten Fall, also bei erstem Toleranzwinkel und/oder erster Wartezeit, ist die Windenergieanlage in Betrieb.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass eine Heizeinrich- tung, insbesondere der Rotorblätter gestartet wird, wenn basierend auf einer Wettervorhersage ausreichend Wind zum Betreiben der Windenergieanlage einschließlich des Generators innerhalb eines Vorbereitungszeitraumes zu erwarten ist, insbesondere so starker und andauernder Wind, dass die zum Beheizen der Rotorblätter benötigte Energie wieder erzeugt werden kann. Hier wird also besonders in Erwartungshaltung darauf, dass die Windenergieanlage wohl bald in Betrieb genommen werden kann, eine Heizeinrichtung, insbesondere eine Heizeinrichtung der Rotorblätter, gestartet. Mit anderen Worten wird hier dann zunächst Energie in das Beheizen der Anlage, besonders der Rotorblätter, investiert, in der Annahme, dass die Anlage bald betrieben werden kann und die dafür aufgewendete Energie auch bald wieder erzeugt hat. Es wird also hier ausdrücklich vorgeschlagen, die Heizeinrichtung zu betreiben, bevor die Windenergieanlage tatsächlich in Betrieb genommen werden kann. Das Beheizen erfolgt vorsorglich und kann somit auch keine unmittelbare von der Windenergieanlage erzeugte Energie verwenden. Stattdessen muss diese Energie aus anderen Quellen genommen werden. Hierzu kommt in Betracht, einen Batteriespeicher oder anderen Speicher elektri- scher Energie zu verwenden. Es kommt ggf. auch in Betracht, hierzu Energie von einer anderen Windenergieanlage zu verwenden, wenn diese bereits ausreichend Wind zum Betreiben erhält. Häufig wird aber bei nicht ausreichendem Wind von keiner Windenergieanlage in einem Windpark, also von keiner Windenergieanlage in der Nähe der betrachteten Windenergieanlage, Energie erzeugt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, diese Energie aus dem elektrischen Versorgungsnetz zu entnehmen und ggf. teuer zu bezahlen. Wenn mit viel Wind zu rechnen ist, kann dieses vorsorgliche Beheizen gleichwohl im Ergebnis vorteilhaft sein, weil hierdurch die Windenergieanlage sofort startklar ist, wenn dieser erwartete stärkere Wind dann auftritt und somit sofort Energie erzeugt werden kann, ohne hierbei durch einen zu lange dauernden Startvorgang Energie zu verschenken.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt also darin, die Windenergieanlage, insbesondere den Generator, zu einem Zeitpunkt startklar zu machen und/oder startklar zu halten, zu dem er aber noch gar nicht starten kann. Dies kann gezielt in Erwartung eines baldi- gen Startes erfolgen, und/oder dauerhaft.
Das Startklar machen des Generators ist letztlich auch ein Startklarmachen der Windenergieanlage insgesamt. Im Ergebnis steht das Startklarmachen des Generators auch dafür, die Windenergieanlage startklar zu machen. Beispielsweise ist das Ausrichten der Gondel der Windenergieanlage, besonders wenn dies etwas verhaltener als im Normal- betrieb erfolgt, auch dauerhaft möglich. Bei besonders energieintensiven Vorbereitungsmaßnahmen, wie das Beheizen der Rotorblätter, kommt in Betracht, dies nur dann vorzunehmen, wenn auch mit dem Starten des Generators zu rechnen ist, bevor ein weiteres oder viele weitere Male das Blatt beheizt werden muss. Bei dem Beheizen der Rotorblätter zum Verhindern eines Eisansatzes oder zum Abtauen eines vorhandenen Eisan- satzes oder einer Eisschicht ist zu beachten, dass dieses Phänomen keineswegs im Winter durchgängig auftritt. Vielmehr sind hierfür besondere Wetterumstände nötig. Hierzu gehört nämlich, dass Eisansatz besonders bei Temperaturen um und kurz unter dem Gefrierpunkt auftritt. Außerdem bedarf es feuchter Luft für einen solchen Eisansatz und meist ist auch Wind erforderlich, um einen solchen Eisansatz zu erwarten. Entsprechend ist zwar das dauerhafte Beheizen von Rotorblättern mit einem hohen Energieaufwand verbunden und daher unerwünscht, aber eine Steuerung zum Verhindern von Eisansatz könnte auch dauerhaft betrieben werden, selbst wenn die Anlage nicht betrieben wird. Dies gilt besonders dann, wenn die Steuerung zum Verhindern eines Eisansatzes berücksichtigt, ob überhaupt ein Eisansatz zu erwarten ist. Unter der Be- rücksichtigung, dass häufig auch Wind erforderlich ist, damit ein Eisansatz auftritt, ist auch häufig zu erwarten, dass geeignete Umgebungsbedingungen zum Betreiben der Windenergieanlage, also zum Zuschalten des Generators, nicht sehr weit entfernt sind, wenn ein Eisansatzverdacht besteht. Vorzugsweise wird somit auch ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine Steuerung zum Verhindern und/oder Entfernen eines Eisansatzes auch dann betrieben wird, wenn der Generator nicht in Betrieb ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das Verfahren da- durch gekennzeichnet ist, dass ein Startzeitpunkt berechnet oder prognostiziert wird, bei dem zu erwarten ist, dass die Windenergieanlage, insbesondere der Generator, gestartet werden kann und eine vorbestimmte Vorlaufzeit vor dem Startzeitpunkt die Windenergieanlage in einen Startzustand zum Starten des Generators gebracht wird und darin bis zum Starten des Generators bereitgehalten wird. Es wird also zunächst ein Startzeitpunkt berechnet oder prognostiziert. Dies kann beispielsweise basierend auf einer Wettervorhersage erfolgen, wenn der Startzeitpunkt derjenige Zeitpunkt ist, an dem wieder ausreichend Wind vorhanden ist. Dies kann aber auch eine Uhrzeit sein, wenn der Nichtbetrieb auf einem Geräuschemissionsverbot beruht und dieses Geräuschemissionsverbot zu einem bestimmten Zeitpunkt wegfällt. Dies kann auch ein Zeitpunkt sein, zu dem auf- grund des bekannten Sonnenstandes ein Schlagschatten nicht mehr bzw. nicht mehr an einem störenden Ort auftritt. Dieser Startzeitpunkt, der dort berechnet oder prognostiziert wird, kann später auch von einem tatsächlich möglichen Startzeitpunkt abweichen. Möglicherweise entfällt entgegen einer solchen Berechnung der Start der Windenergieanlage auch zunächst oder zumindest für längere Zeit vollständig. Jedenfalls wird ein solcher Startzeitpunkt berechnet, gerade im Falle der Grundlage einer Wettervorhersage könnte auch von dem Prognostizieren eines solchen Startzeitpunktes gesprochen werden.
Für diesen prognostizierten oder berechneten Startzeitpunkt wird dann vorgeschlagen, die Windenergieanlage vorher startklar zu machen. Dazu wird eine Vorlaufzeit vorbe- stimmt, die anlagenspezifisch immer gleich sein kann und damit eine Konstante bilden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform kann diese Vorlaufzeit aber auch von Randbedingungen abhängen, beispielsweise kann sie im Winter größer gewählt werden als im Sommer, um den Vorgang eines Enteisens mit zu berücksichtigen.
Es wird also dann vorgeschlagen, mit dieser Vorlaufzeit die Windenergieanlage früher als zum Startzeitpunkt startklar zu machen. Dies kann beispielsweise bedeuten, mit einer Enteisung zu beginnen, die Windenergieanlage in ihre Azimutposition zum Wind auszurichten und/oder die Rotorblätter in ihrem Anstellwinkel zum Wind entsprechend einzustellen. Danach ist dann die Windenergieanlage startklar und wird in diesem Zustand gehalten, bis sie tatsächlich gestartet werden kann. Optimalerweise würde das zum berechneten Startzeitpunkt erfolgen, es kann aber auch beispielsweise später erfolgen. Vorzugsweise wird die Vorlaufzeit größer gewählt, insbesondere wenigstens doppelt so groß, wie zum Vorbereiten der Windenergieanlage zum Starten notwendig wäre. Auch hier fließt die Erkenntnis ein, dass es viel wichtiger ist, sicherzustellen, dass die Wind- energieanlage auch startklar ist, wenn die Randbedingungen das Starten zulassen, als vermeintlich Energie einzusparen, die nötig wäre, die Windenergieanlage im startklaren Zustand zu halten.
Erfindungsgemäß wird zudem eine Windenergieanlage vorgeschlagen, die dazu vorbereitet ist, wenigstens ein Verfahren gemäß einem der vorstehend beschriebenen Ausfüh- rungsformen auszuführen. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass sich eine solche Windenergieanlage dadurch auszeichnet, dass die Windenergieanlage oder ein damit verbundenes elektrische Anlagennetzwerk über wenigstens einen Energiespeicher zum Speichern von Energie und zum Abgeben elektrischer Energie verfügt, wobei der Energiespeicher so dimensioniert ist, dass er ausreichend Energie zum Beheizen der Rotor- blätter der Windenergieanlage speichern kann, insbesondere so viel Energie speichern kann, dass damit vollständig vereiste Rotorblätter abgetaut werden können, und/oder so viel Energie speichern kann, dass die Rotorblätter mit maximaler Heizleistung für einen vorbestimmten Heizzeitraum beheizt werden können, wobei der Heizzeitraum vorzugsweise wenigstens eine Stunde, insbesondere wenigstens 3 Stunden beträgt. Somit wird vorgeschlagen, die Windenergieanlage mit einem Energiespeicher zu versehen, der auch über ein verbundenes elektrisches Anlagennetz der Windenergieanlage bereitstehen kann, um darin ausreichend Energie zum Beheizen der Rotorblätter bereitzustellen. Mit dieser Energie soll somit ein Eisansatz durch Beheizen der Rotorblätter verhindert werden oder es sollen die Rotorblätter so beheizt werden, dass vorhandenes Eis abgetaut werden kann. Entsprechend wird vorgeschlagen, diesen Energiespeicher entsprechend zu dimensionieren. Vorzugsweise ist dieser Energiespeicher aber ausreichend groß, auch weitere Betriebseinrichtungen der Windenergieanlage zu betreiben, während die Windenergieanlage selbst nicht in Betrieb ist. Hierzu gehören besonders auch das Betreiben einer Azimutverstellung und/oder das Betreiben von Pitchverstellungen für die Rotorblätter, um diese in ihrem Anstellwinkel zum Wind auszurichten. Allerdings dürfte der Energieanteil für das Beheizen der Rotorblätter deutlich größer als die Energie für übrige Anwendungen sein. Entsprechend wird hier vorgeschlagen, die Größe des Energiespeichers an der benötigten Energie für das Beheizen von Rotorblättern zu dimensionieren. Vorzugsweise erfolgt eine Dimensionierung so, dass ausreichend Energie zum Beheizen der Rotorblätter mit maximaler Heizleistung für einen vorbestimmten Heizzeitraum gespeichert werden kann. Dieser Heizzeitraum wird vorzugsweise auf wenigstens eine Stunde, insbesondere wenigstens drei Stunden, angesetzt. Die maximale Heizleistung für die vorhandenen Heizeinrichtungen für die Rotorblätter ist ein vorgegebener bekannter Wert jeder Windenergieanlage und über die vorgegebene Zeitdauer ist somit der Energiespeicher eindeutig dimensionierbar.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Windpark vorgeschlagen, der wenigstens zwei Windenergieanlagen aufweist, wie sie oben gemäß Ausführungsform beschrieben wurden. Vorzugsweise weist dieser Windpark einen oder mehrere Energiespeicher auf. Dieser eine Energiespeicher oder die Summe aller vorhandenen Energiespeicher des Windparks ist so dimensioniert, dass alle Rotorblätter aller Windenergieanlagen in dem Park für einen entsprechend vorbestimmten Heizzeitraum beheizt werden können und/oder, dass mit der Energie einer solchen die Summe der Energie aller Energiespeicher des Parks ausreicht, alle Rotorblätter aller Windenergieanlagen im Park abzutauen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen exemplarisch unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage schematisch.
Figur 2 zeigt einen Windpark schematisch. Figur 3 zeigt vier Zeitdiagramme zum Veranschaulichen eines beispielhaften Heizvorgangs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung ver- setzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
Figur 2 zeigt einen Windpark 1 12 mit beispielhaft drei Windenergieanlagen 100, die gleich oder verschieden sein können. Die drei Windenergieanlagen 100 stehen somit repräsentativ für im Grunde eine beliebige Anzahl von Windenergieanlagen eines Windparks 1 12. Die Windenergieanlagen 100 stellen ihre Leistung, nämlich insbesondere den erzeugten Strom über ein elektrisches Parknetz 1 14 bereit. Dabei werden die jeweils erzeugten Ströme bzw. Leistungen der einzelnen Windenergieanlagen 100 aufaddiert und meist ist ein Transformator 1 16 vorgesehen, der die Spannung im Park hochtransformiert, um dann an dem Einspeisepunkt 1 18, der auch allgemein als PCC bezeichnet wird, in das Versorgungsnetz 120 einzuspeisen. Fig. 2 ist nur eine vereinfachte Darstellung eines Windparks 1 12, die beispielsweise keine Steuerung zeigt, obwohl natürlich eine Steuerung vorhanden ist. Auch kann beispielsweise das Parknetz 1 14 anders gestaltet sein, in dem beispielsweise auch ein Transformator am Ausgang jeder Windenergieanlage 100 vorhanden ist, um nur ein anderes Ausführungsbeispiel zu nennen. Figur 3 zeigt in dem untersten Diagramm schematisch einen möglichen Verlauf einer Windgeschwindigkeit. Demnach liegt die Windgeschwindigkeit Vw für die ersten 180 Minuten, also drei Stunden, unterhalb einer eingezeichneten Startwindgeschwindigkeit, die hier vereinfachend mit zwei Metern pro Sekunde eingegeben ist. Auf die exakten Werte der Windgeschwindigkeit kommt es hier nicht an. Die Diagramme der Figur 3 versuchen gleichwohl etwa ein auch den Zahlenwerten nach realistischen Verlauf darzustellen. Dennoch sind die Darstellungen schematisch und auch die gezeigten und erläuterten Zusammenhänge sind als schematische Zusammenhänge zu verstehen und besonders können auch Zeichenungenauigkeiten vorliegen.
Bei 180 Minuten steigt dann die Windgeschwindigkeit Vw so an, dass sie die Startwind- geschwindigkeit Vwstart überschreitet. Bei etwa 240 Minuten, also eine Stunde später, hat sich die Windgeschwindigkeit dann bei einem Wert von etwa 10 Metern pro Sekunde eingependelt. Bei dieser Darstellung ist eine Nennwindgeschwindigkeit mit 12 Metern pro Sekunde angesetzt und die Windgeschwindigkeit bleibt also auch nach 240 Minuten noch unter der Nennwindgeschwindigkeit. Die Darstellung zeigt also einen durchaus realisti- sehen Fall, bei dem die Windgeschwindigkeit von sehr schwach, nämlich so schwach, dass die Windenergieanlage gar nicht betrieben werden kann, auf einen höheren Wert steigt, der aber noch unter der Nennwindgeschwindigkeit VWN liegt.
Das Diagramm darüber zeigt die von dem Generator der Windenergieanlage erzeugte Leistung PG. Hier wurde der Index G gewählt, um den Unterschied zur Heizleistung PH im Diagramm darüber zu verdeutlichen.
Der Generator kann also die ersten drei Stunden keine Leistung erzeugen, weil der Wind zu schwach ist. Nach drei Stunden ist dann die Windgeschwindigkeit stark genug, dass der Generator gestartet werden kann, was davor nicht möglich war. Der Generator wird dann also gestartet und erzeugt entsprechend der Windgeschwindigkeit Vw eine entsprechende Leistung. Dieses Diagramm zeigt beispielhaft die erzeugte Leistung in MW und hier wird von einer Windenergieanlage mit einer Nennleistung PN von 2 MW ausgegangen, was heutzutage eher eine Windenergieanlage mittlerer oder sogar kleinerer Größe ist. Weil die Windgeschwindigkeit Vw nicht ihre Nennwindgeschwindigkeit VWN erreicht, erreicht die vom Generator erzeugte Leistung PG auch nicht ihren Nennleistungswert PN von 2 MW.
Es ist bei diesen beiden unteren Diagrammen auch schon zu erkennen, dass in dem Moment, wo die Windgeschwindigkeit Vw die Startwindgeschwindigkeit VWStart von 2 Metern pro Sekunde überschreitet, sofort auch der Generator gestartet wird und Leistung PG erzeugen kann.
Diese Leistung PG ist zunächst gering, weil auch die Windgeschwindigkeit noch sehr gering ist. Der lineare Anstieg der Leitung PG ist dabei idealisierend. Der Verlauf könnte auch etwas anders aussehen, würde aber wohl so ähnlich verlaufen, wenn sich die Windgeschwindigkeit Vw wie dargestellt verhält.
Das dritte Diagramm von unten zeigt einen exemplarischen Verlauf einer Heizleistung PH, die ebenfalls in MW angegeben ist, wobei dieselbe Dimensionierung gewählt wurde, wie für die Darstellung der Generatorleistung PG. Dieses Diagramm der Heizleistung PH zeigt einen Anstieg der Heizleistung PH bei 30 Minuten von Null auf 0,2 MW, also 200 kW. Diese 200 kW sind für das exemplarische Beispiel der Nennwert für die Heizleistung PHN- Diesem Diagramm liegt die Überlegung zugrunde, dass die Windenergieanlage bei den eingezeichneten 30 Minuten festgestellt hat, dass die Rotorblätter zu enteisen sind, weil ein Eisansatz erkannt wurde. Die Steuerung führt dann also eine Enteisung durch, bei der die Rotorblätter beheizt werden, was im unterstellten Beispiel 200 kW Heizleistung be- darf.
Dieses Beheizen der Rotorblätter wird somit durchgeführt, obwohl die Windenergieanlage gar nicht in Betrieb ist und aufgrund der geringen Windgeschwindigkeit auch gar nicht in Betriebt genommen werden kann. Der Generator kann also nicht in Betrieb genommen werden, auch nicht um die Heizleistung zur Verfügung zu stellen. Die Darstellung geht nun davon aus, dass diese Heizleistung für anderthalb Stunden, also von 30 bis 120 Minuten, erforderlich ist. Bei 120 Minuten ist dann die Enteisung erfolgreich beendet und die Beheizung der Rotorblätter wird abgeschaltet, so dass die Heizleistung PH wieder den Wert Null annimmt. Die Windgeschwindigkeit ist nun noch immer auf einem Wert, bei dem der Generator nicht gestartet werden kann.
Das oberste Diagramm soll die Energiebilanz der Windenergieanlage darstellen, berücksichtigt hierbei vereinfachend aber nur die von dem Generator erzeugte Leistung PG und die von der Heizeinrichtung verbrauchte Heizleistung PH. Es wird davon ausgegangen, dass bei 30 Minuten als Startwert die Energiebilanz Null ist. Der Verlauf der Energie ist mit E gekennzeichnet.
Bei 30 Minuten beginnt also der Heizvorgang und hält für anderthalb Stunden an. Entsprechend werden 300 kWh verbraucht. Bei 120 Minuten ist also die Energiebilanz nega- tiv mit diesen -300 kWh. Dieser Wert bleibt für eine weitere Stunde, nämlich bis 180 Minuten, bestehen, weil in dieser Zeit weder Heizleistung PH verbraucht wird, noch Generatorleistung PG erzeugt wird.
Bei 180 Minuten kann nun der Generator gestartet werden, weil die Windgeschwindigkeit gerade die Startwindgeschwindigkeit VWStart überschritten hat. Die Rotorblätter sind ent- eist und im Übrigen ist auch ansonsten die Windenergieanlage erfindungsgemäß startklar und die Leistung kann somit sofort entsprechend der vorhandenen Windgeschwindigkeit erzeugt werden. Dies wurde weiter oben bereits beschrieben.
Ab 180 Minuten steigt dann also die Energie E bzw. Energiebilanz an. Nach etwas mehr als 40 Minuten hat der Generator dann so viel Energie erzeugt, wie durch das Beheizen der Rotorblätter verbraucht wurde. Dabei steigt die Leistung noch weiter an und die Energie, als integral der Leistung über die Zeit, steigt entsprechend noch etwas stärker an. Bei 270 Minuten, also anderthalb Stunden nach Start des Generators, ist die Energie dann etwa bei 900 kWh.
Es ist zu beachten, dass die Energiebilanz nun, anderthalb Stunden nachdem die Wind- geschwindigkeit ausreichend hoch war, um die Windenergieanlage zu betreiben, eine deutlich positive Energiebilanz vorliegt. Anderthalb Stunden ist auch die Zeit, die die Rotorblätter beheizt wurden, nämlich von 30 bis 120 Minuten, so dass also in dieser Darstellung anderthalb Stunden benötigt wurden, um die Blätter zu enteisen und somit um die Windenergieanlage startklar zu machen. Hätte das Heizen und damit Enteisen der Rotorblätter nicht bereits stattgefunden, hätte die Windenergieanlage damit bei 180 Minuten zunächst beginnen müssen. Da bereits der gezeigte Heizvorgang mit Nennleistung, also Nennleistung PHN der Heizeinrichtung geheizt hat, wäre ein Enteisen, das bei 180 Minuten startet, auch nicht schneller gewesen. Mit anderen Worten wäre die Windenergieanlage dann also frühestens bei 270 Minuten startklar gewesen. Sie hätte also frühestens bei 270 Minuten Leistung erzeugen können und hätte frühestens dann zu einer positiven Energiebilanz beitragen können. Tatsächlich hätte sie aber auch zunächst Heizleistung benötigt und hätte somit zunächst selbst auch Energie verbraucht. Der Übersichtlichkeit halber ist diese Variante nicht eingezeichnet, aber es dürfte unmittelbar ersichtlich sein, dass bei einem Start des Be- heizens erst bei 180 Minuten die Energie bis 270 Minuten auf -300 kWh abgefallen wäre. Die vorgeschlagene Lösung führt in diesem Beispiel also zu einem Energievorsprung von 1 ,2 MWh.
Besonders effizient ist dieser schematisch veranschaulichte Prozess der Figur 3 dann, wenn die zum Heizen benötigte Energie aus einem Energiespeicher genommen werden kann, den die Windenergieanlage zunächst selber mit elektrischer Energie aufgeladen hat. In diesem Fall müsste nämlich für den Heizvorgang keine teure Energie aus dem Netz eingekauft werden. Im Übrigen wäre es auch nicht unbedingt hilfreich, bei schwachen Windgeschwindigkeiten, bei denen also ohnehin wenig Windleistung ins Netz eingespeist wird, noch Energie aus dem Netz zum Beheizen zu entnehmen. Dennoch wäre das natürlich eine Option, sollte kein Energiespeicher vorhanden sein oder der Energiespeicher nicht gefüllt sein.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage (100) umfassend einen aerodynamischen Rotor (106) mit etwa horizontaler Drehachse, einen elektrischen Generator sowie Betriebseinrichtungen, wobei die Windenergieanlage (100) zum Einspeisen elektrischer Energie in ein elektrisches Versorgungsnetz (120) vorgesehen ist, und in einem Startzustand zum Starten des Generators bereitgehalten wird, während die Windenergieanlage (100) nicht vollständig in Betrieb genommen werden kann, insbesondere der Generator nicht gestartet werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Generator nicht gestartet werden kann, weil nicht ausreichend Wind vorhanden ist und/oder nicht ins elektrische Versorgungsnetz (120) eingespeist werden kann oder darf und/oder lokale Vorschriften ein Starten des Generators temporär verbieten, insbesondere zur Vermeidung von störendem Schattenwurf oder störender Geräuschentwicklung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (100) mit Energie aus wenigstens einem Energiespeicher in dem Startzustand zum Starten des Generators gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Bereithalten der Windenergieanlage (100) in dem Startzustand wenigstens eines der folgenden Aktionen beinhaltet: Beheizen der Windenergieanlage (100), insbesondere von Rotorblättern (108) des Rotors (106) zur Vermeidung von Eisansatz oder dem Abtauen von Eis und
Ausrichten der Windenergieanlage (100) in den Wind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (100) zum Ausrichten in den Wind in Ihrem Azimutwinkel verstellt wird, sobald ihre Azimutausrichtung von einer optimalen Ausrichtung in den Wind um mehr als einen Toleranzwinkel abweicht, und/oder länger als eine vorbestimmte Wartezeit abweicht, wobei die Größe des Toleranzwinkels und/oder die Größe der Wartezeit davon abhängt, ob der Generator in Betrieb ist, und/oder wie groß die Windgeschwindigkeit ist, wobei insbesondere die Größe des Toleranzwinkels und/oder die Größe der Wartezeit umso größer ist, je kleiner die Windgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Windstille oder schlecht messbarer Windrichtung eine Ausrichtung der Windenergie in den Wind, nämlich eine Verstellung der Azimutposition, basierend auf einer von einem Messmast oder einer Wetterstation übermittelten Windrichtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Toleranzwinkel und/oder eine erste Wartezeit gewählt werden, wenn der Generator im Betrieb ist, und ein zweiter Toleranzwinkel und/oder eine zweite Wartezeit gewählt werden, wenn der Generator nicht im Betrieb ist, und optional ein dritter Toleranzwinkel und/oder eine dritte Wartezeit gewählt werden, wenn der Generator nicht im Betrieb ist und die Windgeschwindrichtung von einem Messmast oder einer Wetterstation erhalten wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung, insbesondere der Rotorblätter (108) gestartet wird, wenn basierend auf einer Wettervorhersage ausreichend Wind zum Betreiben der Windenergieanlage (100) einschließlich des Generators innerhalb eines Vorbereitungszeitraumes zu erwarten ist, insbesondere so starker und andauernder Wind, dass die zum Beheizen der Rotorblätter (108) benötigte Energie wieder erzeugt werden kann.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung zum Verhindern und/oder Entfernen eines Eisansatzes auch dann betrieben wird, wenn der Generator nicht in Betrieb ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Startzeitpunkt berechnet oder prognostiziert wird, bei dem zu erwarten ist, dass die Windenergieanlage (100), insbesondere der Generator, gestartet werden kann und eine vorbestimmte Vorlaufzeit vor dem Startzeitpunkt die Windenergieanlage (100) in einen Startzustand zum Starten des Generators gebracht wird und darin bis zum Starten des Generators bereitgehalten wird.
Windenergieanlage (100) vorbereitet zum Ausführen eines Verfahrens nach der vorstehenden Ansprüche.
12. Windenergieanlage (100) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (100) oder ein damit verbundenes elektrische Anlagennetzwerk über wenigstens einen Energiespeicher zum Speichern von Energie und zum Abgeben elektrischer Energie verfügt, wobei der Energiespeicher so dimensioniert ist, dass er ausreichend Energie zum Beheizen der Rotorblätter (108) der Windenergieanlage (100) speichern kann, insbesondere so viel Energie speichern kann, dass damit vollständig vereiste Rotorblätter (108) abgetaut werden können, und/oder so viel Energie speichern kann, dass die Rotorblätter (108) mit maximaler Heizleistung für einen vorbestimmten Heizzeitraum beheizt werden können, wobei der Heizzeitraum vorzugsweise wenigstens eine Stunde, insbesondere wenigstens 3 Stunden beträgt.
13. Windpark (1 12) umfassend wenigstens zwei Windenergieanlagen (100) nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12.
Windpark (1 12) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Energiespeicher vorgesehen ist, der so dimensioniert ist, dass in dem Windpark (1 12) insgesamt ausreichend Energie zum Beheizen der Rotorblätter (108) der Windenergieanlagen (100) speichern kann, insbesondere so viel Energie speichern kann, dass damit vollständig vereiste Rotorblätter (108) aller Windenergieanlagen (100) im Park abgetaut werden können, und/oder so viel Energie speichern kann, dass die Rotorblätter (108) aller Windenergieanlagen (100) des Windparks (1 12) mit maximaler Heizleistung für einen vorbestimmten Zeitraum beheizt werden können, wobei der Heizzeitraum vorzugsweise wenigstens eine Stunde, insbesondere wenigstens drei Stunden, beträgt.
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