WO2016166017A1 - Method for determining a remaining service life of a wind turbine - Google Patents

Method for determining a remaining service life of a wind turbine Download PDF

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WO2016166017A1
WO2016166017A1 PCT/EP2016/057668 EP2016057668W WO2016166017A1 WO 2016166017 A1 WO2016166017 A1 WO 2016166017A1 EP 2016057668 W EP2016057668 W EP 2016057668W WO 2016166017 A1 WO2016166017 A1 WO 2016166017A1
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wind turbine
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Jan Carsten Ziems
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/82—Forecasts
    • F05B2260/821—Parameter estimation or prediction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a residual life of a wind turbine.
  • the respective components of the wind turbine are designed so that the wind turbine can have a lifetime of, for example, 20 or 25 years, that is, the respective components of the wind turbine are designed so that operation of the wind turbine for the scheduled life is possible ,
  • Every wind turbine is exposed to stationary and transient loads.
  • the transient loads can be caused for example by wind turbulence, oblique currents and a height profile of the wind speed.
  • the load spectrum which acts on the wind turbine, diverse and the respective load situations must be evaluated in their entirety. This is done by a load collective, which represents the sum of the load situations.
  • the transient loads acting on the wind turbine lead to fatigue of the components of the wind turbine.
  • Each component of the wind turbine is designed so that maximum fatigue should only be achieved when the life of the wind turbine is reached.
  • EP 1 674 724 B1 describes an apparatus and a method for determining fatigue loads of a wind energy plant.
  • a tower fatigue load analysis is performed based on measurements of sensors on the wind turbine.
  • the results of fatigue analysis are subjected to spectral frequency analysis to estimate damage to the foundation of the wind turbine.
  • Based on the tower fatigue analysis an estimate of lifetime information is provided.
  • German Patent and Trademark Office has searched the following documents: DE 10 2014 1 8 146 A1, US 2013/0035798 A1, SHUANGSHU, Tian, et al., Fault Diagnosis and Life Prediction of Wind Turbine Based on Site Monitoring Data ", Instrumentation, Measurement, Computational he, Communication and Control, 2013, Third International Conference on IEEE 2013, pp. 1185-1188 and EP 1 674 724 B1.
  • This object is achieved by a method for determining a remaining service life of a wind turbine according to claim 1.
  • the invention relates to the idea of a residual life of a wind turbine based on historical data of the wind turbine such as the total power generated, the power generation over time, the wind conditions at the wind turbine over time and / or site-specific information (eg mean wind distribution, mean wind turbulence distribution, etc.). ) to determine or estimate.
  • historical data of the wind turbine such as the total power generated, the power generation over time, the wind conditions at the wind turbine over time and / or site-specific information (eg mean wind distribution, mean wind turbulence distribution, etc.). ) to determine or estimate.
  • those data can be used to determine a residual service life of the wind energy plant, which are present, for example, from operating records.
  • This data may be the total energy generated, data on the performance curve, that is, the time course of the power generation, data concerning the wind field distribution and / or site-specific data (such as the wind distribution at the location of the wind turbine).
  • the wind conditions have the greatest influence on the loads of the wind energy plant.
  • the higher the wind speed the higher the load on the wind turbine.
  • wind turbulences also have a high impact on the load on the wind turbine.
  • the service life is the ratio of actual or actual load cycles to m allowable load cycles. This ratio between n and m can then be converted into years of operation.
  • the number of actual load cycles should not exceed the number of maximum load cycles. If the number of actual load cycles is less than the maximum number of Load cycles, then draw conclusions about the remaining life of the wind turbine based on the difference between the actual and the maximum load cycles.
  • data with regard to the wind speed or wind field distribution are necessary in order to estimate or determine the load cycles of the wind energy plant and thus the fatigue of the wind energy plant. If these data are not immediately available, then they can be derived or estimated, for example, based on the total generated power and location-specific data. The more detailed the available data, in particular with regard to their temporal distribution, the more accurate the estimate of the fatigue of the wind turbine and thus the remaining service life of the wind turbine can be estimated or determined.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention
  • FIG. 2 shows a flowchart of a method for determining a remaining service life of a wind energy plant.
  • 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 in rotation by the wind in rotation and thereby drives a generator in the nacelle 104 at.
  • the wind energy plant 100 is coupled to a central control system, for example via a SCADA connection and transmits data to the central control system. These data can represent the wind speed, the power generated, etc. In the central control system, this data of the wind turbine can be detected and stored.
  • step S200 the available determined or analyzed the historical data of the wind turbine.
  • This data includes at least the total generated power, ie the power that has generated the wind turbine during its lifetime.
  • the historical data may also contain time-resolved performance data of the wind energy plant or time-resolved information with regard to the wind distribution at the wind energy plant.
  • step S300 wind distribution data are derived from the determined historical data of the wind turbine, if they are not yet available.
  • location-specific wind distribution data i.e., a statistical distribution of the wind conditions at the wind turbine sites
  • site-specific wind distribution data may include statistical wind distribution as well as, for example, statistical turbulence analysis.
  • step S400 a derivation or estimation of load collective data of the wind turbine is performed based on the wind distribution data derived in step S300.
  • step S500 a comparison is made with load spectrum data which corresponds to the maximum load collective data and thus the service life of the wind energy plant.
  • step S600 a remaining life or a life consumption is output.
  • the remaining life of a wind turbine is determined based on historical data (output power, wind data or wind distribution data).
  • the life of the wind turbine is assumed to be a number of cycles or revolution. Since this number of cycles or revolutions represents only an assumption, the actual life may differ from the designed life. It depends in particular on how many cycles or revolutions at a corresponding wind distribution has experienced the wind turbine. If the number of actual cycles or revolutions is less than the designed number of cycles, then the actual life may not correspond to the designed life. If the wind turbine has not yet reached the maximum permitted load capacity or the maximum permitted load spectrum, then it can continue to operate, even if the previously defined service life is exceeded.
  • historical data such as generated power and wind data may be used to determine remaining life. If there is no time-resolved wind distribution data, then site-specific wind distribution data (that is, a statistical distribution of the wind distribution data) can be used. This site specific data may include turbulence analysis.
  • a statistical distribution of the generated power of the wind turbine can be used.
  • This statistical distribution of the generated electrical power of the wind turbine can also be determined from a statistical distribution of the generated power of other wind turbines of the same type under similar site conditions. Based on these statistical analyzes, it can be assumed that a certain percentage of the time the wind turbine is operated at full load. From the statistical distribution of the generated power of the wind energy plant and from site-specific wind field data, a time-resolved load or a load spectrum of the wind energy plant can be determined.
  • An improved solution can be achieved if the wind speed and the generated electrical power are stored time-resolved. These data as well as site-specific data can then be used for a more accurate determination of the remaining service life.
  • the mean wind speed acting on the wind energy installation for example 10 minutes averages
  • the wind energy plant can be regarded as a wind mast, which logs the wind speeds and thus the wind distribution for this location. If there are no turbulence intensity values of the site, these can be estimated by additional measurements or standard assumptions according to regulations. From the wind distribution data for the specific location, load spectra for the previous runtime can be determined. According to the invention, the maximum sustainable load spectra can be calculated for the relevant components of the wind energy plant.
  • a determination of the remaining service life of a wind energy plant can be carried out retrospectively based on historical data.

Abstract

The invention relates to a method for determining a remaining service life of a wind turbine. This is accomplished by determining available historical data of the wind turbine and deriving wind distribution data from the determined historical data of the wind turbine, provided that the wind distribution data are not yet available. Furthermore, load spectrum data of the wind turbine are derived or estimated on the basis of the derived wind distribution data. In addition, the derived or estimated load spectrum data are compared with load spectrum data that correspond to the maximum load spectrum data and thus to the service of the wind turbine. The remaining service life of the wind turbine is then determined on the basis of the comparison of the derived or estimated load spectrum data with the maximum load spectrum data.

Description

Verfahren zum Bestimmen einer Restlebensdauer einer Windenergieanlage  Method for determining a remaining service life of a wind turbine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Restlebensdauer einer Windenergieanlage. The present invention relates to a method for determining a residual life of a wind turbine.
Bei der Entwicklung einer Windenergieanlage werden die jeweiligen Komponenten der Windenergieanlage so ausgelegt, dass die Windenergieanlage eine Lebensdauer von beispielsweise 20 oder 25 Jahren aufweisen kann, das heißt die jeweiligen Komponenten der Windenergieanlage werden so ausgelegt, dass ein Betrieb der Windenergieanlage für die angesetzte Lebensdauer möglich ist. In the development of a wind turbine, the respective components of the wind turbine are designed so that the wind turbine can have a lifetime of, for example, 20 or 25 years, that is, the respective components of the wind turbine are designed so that operation of the wind turbine for the scheduled life is possible ,
Jede Windenergieanlage ist stationären und instationären Belastungen ausgesetzt. Die instationären Belastungen können beispielsweise durch Windturbulenzen, Schräganströmungen und einem Höhenprofil der Windgeschwindigkeit hervorgerufen werden. Damit ist das Belastungsspektrum, welches auf die Windenergieanlage einwirkt, vielfältig und die jeweiligen Belastungssituationen müssen in ihrer Gesamtheit bewertet werden. Dies erfolgt durch ein Lastkollektiv, welches die Summe der Belastungssituationen darstellt. Die auf die Windenergieanlage einwirkenden instationären Belastungen führen zu einer Ermüdung der Komponenten der Windenergieanlage. Jede Komponente der Windenergieanlage ist so ausgelegt, dass eine maximale Ermüdung erst bei Erreichen der Lebensdauer der Windenergieanlage erreicht werden sollte. Every wind turbine is exposed to stationary and transient loads. The transient loads can be caused for example by wind turbulence, oblique currents and a height profile of the wind speed. Thus, the load spectrum, which acts on the wind turbine, diverse and the respective load situations must be evaluated in their entirety. This is done by a load collective, which represents the sum of the load situations. The transient loads acting on the wind turbine lead to fatigue of the components of the wind turbine. Each component of the wind turbine is designed so that maximum fatigue should only be achieved when the life of the wind turbine is reached.
EP 1 674 724 B1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung von Ermüdungslasten einer Windenergieanlage. Hierbei wird eine Turmermüdungslastanalyse basierend auf Messungen von Sensoren an der Windenergieanlage durchgeführt Die Ergebnisse der Ermüdungsanalyse werden einer Spektralfrequenzanalyse unterzogen, um einen Schaden an dem Fundament der Windenergieanlage abzuschätzen. Anhand der Turmermüdungsanalyse erfolgt eine Schätzung von Lebensdauerinformationen. EP 1 674 724 B1 describes an apparatus and a method for determining fatigue loads of a wind energy plant. Here, a tower fatigue load analysis is performed based on measurements of sensors on the wind turbine. The results of fatigue analysis are subjected to spectral frequency analysis to estimate damage to the foundation of the wind turbine. Based on the tower fatigue analysis, an estimate of lifetime information is provided.
In der prioritätsbegründenden deutschen Patentanmeldung hat das Deutsche Patent- und Markenamt die folgenden Dokumente recherchiert: DE 10 2014 1 8 146 A1 , US 2013/0035798 A1 , SHUANGSHU, Tian, et al.„Fault Diagnosis and Life Prediction of Wind Turbine Based on Site Monitoring Data", Instrumentation, Measurement, Comput- er, Communication and Control, 2013, Third International Conference on IEEE 2013, S. 1185 - 1188 und EP 1 674 724 B1. In the priority German patent application, the German Patent and Trademark Office has searched the following documents: DE 10 2014 1 8 146 A1, US 2013/0035798 A1, SHUANGSHU, Tian, et al., Fault Diagnosis and Life Prediction of Wind Turbine Based on Site Monitoring Data ", Instrumentation, Measurement, Computational he, Communication and Control, 2013, Third International Conference on IEEE 2013, pp. 1185-1188 and EP 1 674 724 B1.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer Restlebensdauer einer Windenergieanlage vorzusehen, welches eine effektive Bestim- mung der Restlebensdauer ermöglicht. It is an object of the present invention to provide a method for determining a remaining service life of a wind turbine, which enables an effective determination of the remaining service life.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Bestimmen einer Restlebensdauer einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 gelöst. This object is achieved by a method for determining a remaining service life of a wind turbine according to claim 1.
Die Erfindung betrifft den Gedanken, eine Restlebensdauer einer Windenergieanlage basierend auf historischen Daten der Windenergieanlage wie beispielsweise die erzeugte Gesamtleistung, die Leistungserzeugung über die Zeit, die Windverhältnisse an der Windenergieanlage über die Zeit und/oder standortspezifische Informationen (beispielsweise mittlere Windverteilung, mittlere Windturbulenzverteilung etc.) zu bestimmen oder zu schätzen. The invention relates to the idea of a residual life of a wind turbine based on historical data of the wind turbine such as the total power generated, the power generation over time, the wind conditions at the wind turbine over time and / or site-specific information (eg mean wind distribution, mean wind turbulence distribution, etc.). ) to determine or estimate.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können diejenigen Daten zur Bestim- mung einer Restlebensdauer der Windenergieanlage herangezogen werden, welche beispielsweise aus Betriebsaufzeichnungen vorhanden sind. Diese Daten können die insgesamt erzeugte Energie, Daten über den Leistungsverlauf, das heißt den zeitlichen Verlauf der Leistungserzeugung, Daten hinsichtlich der Windfeldverteilung und/oder standortspezifische Daten (wie beispielsweise die Windverteilung an dem Standort der Windenergieanlage) sein. According to one aspect of the present invention, those data can be used to determine a residual service life of the wind energy plant, which are present, for example, from operating records. This data may be the total energy generated, data on the performance curve, that is, the time course of the power generation, data concerning the wind field distribution and / or site-specific data (such as the wind distribution at the location of the wind turbine).
Die Windverhältnisse haben den größten Einfluss auf die Belastungen der Windenergieanlage. Je höher die Windgeschwindigkeit, desto höher die Belastung auf die Windenergieanlage. Desweiteren haben Windturbulenzen ebenfalls einen hohen Einfluss auf die Belastungen auf die Windenergieanlage. Anhand der Kenntnis zumindest der gesamt erzeugten Energie der Windenergieanlage sowie standortspezifischen Informationen (z. B. die statistische Windverteilung), können Rückschlüsse auf eine Ermüdung der Komponenten der Windenergieanlage gezogen werden. Die Lebensdauer ist das Verhältnis von n erlebten oder tatsächlichen Belastungszyklen zu m zulässigen Belastungszyklen. Dieses Verhältnis zwischen n und m kann dann in Betriebsjahren umgewandelt werden. Innerhalb der Lebensdauer der Windenergieanlage sollte die Anzahl der tatsächlichen Belastungszyklen der Anzahl der maximalen Belastungszyklen nicht übersteigen. Falls die Anzahl der tatsächlichen Belastungszyklen kleiner ist als die maximale Anzahl von Belastungszyklen, dann kann anhand der Differenz zwischen den tatsächlichen und den maximal zulässigen Belastungszyklen ein Rückschluss auf die restliche Lebensdauer der Windenergieanlage gezogen werden. The wind conditions have the greatest influence on the loads of the wind energy plant. The higher the wind speed, the higher the load on the wind turbine. Furthermore, wind turbulences also have a high impact on the load on the wind turbine. Based on the knowledge of at least the total generated energy of the wind turbine as well as location-specific information (eg the statistical wind distribution), conclusions can be drawn on a fatigue of the components of the wind energy plant. The service life is the ratio of actual or actual load cycles to m allowable load cycles. This ratio between n and m can then be converted into years of operation. Within the life of the wind turbine, the number of actual load cycles should not exceed the number of maximum load cycles. If the number of actual load cycles is less than the maximum number of Load cycles, then draw conclusions about the remaining life of the wind turbine based on the difference between the actual and the maximum load cycles.
Wie bereits oben angeführt, sind Daten hinsichtlich der Windgeschwindigkeit bzw. Wind- feldverteilung notwendig, um die Belastungszyklen der Windenergieanlage und damit die Ermüdung der Windenergieanlage abzuschätzen bzw. zu ermitteln. Falls diese Daten nicht unmittelbar vorliegen, dann können sie beispielsweise anhand der erzeugten Gesamtleistung und standortspezifischen Daten abgeleitet bzw. geschätzt werden. Je detaillierter die zur Verfügung stehenden Daten insbesondere hinsichtlich ihrer zeitlichen Verteilung sind, desto genauer kann die Abschätzung der Ermüdung der Windenergieanlage und damit die Restlebensdauer der Windenergieanlage abgeschätzt bzw. ermittelt werden. As already stated above, data with regard to the wind speed or wind field distribution are necessary in order to estimate or determine the load cycles of the wind energy plant and thus the fatigue of the wind energy plant. If these data are not immediately available, then they can be derived or estimated, for example, based on the total generated power and location-specific data. The more detailed the available data, in particular with regard to their temporal distribution, the more accurate the estimate of the fatigue of the wind turbine and thus the remaining service life of the wind turbine can be estimated or determined.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Vorteile und Ausführungsbespiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Advantages and embodiments of the invention will be explained below with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung, und Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention, and
Fig. 2 zeigt ein Flussablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Restlebensdauer einer Windenergieanlage. Fig. 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 110 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.  FIG. 2 shows a flowchart of a method for determining a remaining service life of a wind energy plant. 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 in rotation by the wind in rotation and thereby drives a generator in the nacelle 104 at.
Die Windenergieanlage 100 ist mit einem zentralen Steuersystem beispielsweise über eine SCADA-Verbindung gekoppelt und übermittelt Daten an das zentrale Steuersystem. Diese Daten können die Windgeschwindigkeit, die erzeugte Leistung etc. darstellen. In dem zentralen Steuersystem können diese Daten der Windenergieanlage erfasst und gespeichert werden. The wind energy plant 100 is coupled to a central control system, for example via a SCADA connection and transmits data to the central control system. These data can represent the wind speed, the power generated, etc. In the central control system, this data of the wind turbine can be detected and stored.
Fig. 2 zeigt ein Flussablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Restle- bensdauer einer Windenergieanlage. In Schritt S200 werden die zur Verfügung stehen- den historischen Daten der Windenergieanlage ermittelt oder analysiert. Diese Daten beinhalten zumindest die erzeugte Gesamtleistung, d.h. diejenige Leistung, die die Windenergieanlage während ihrer Lebensdauer erzeugt hat. Alternativ dazu können die historischen Daten auch zeitaufgelöste Leistungsangaben der Windenergieanlage oder zeitaufgelöste Angaben hinsichtlich der Windverteilung an der Windenergieanlage beinhalten. 2 shows a flowchart of a method for determining a remaining life of a wind energy plant. In step S200, the available determined or analyzed the historical data of the wind turbine. This data includes at least the total generated power, ie the power that has generated the wind turbine during its lifetime. Alternatively, the historical data may also contain time-resolved performance data of the wind energy plant or time-resolved information with regard to the wind distribution at the wind energy plant.
In Schritt S300 werden Windverteilungsdaten aus den ermittelten historischen Daten der Windenergieanlage abgeleitet, sofern diese bislang noch nicht vorhanden sind. In step S300 wind distribution data are derived from the determined historical data of the wind turbine, if they are not yet available.
Wenn beispielsweise lediglich die erzeugte Gesamtleistung der Windenergieanlage bekannt ist, dann kann anhand von standortspezifischen Windverteilungsdaten (d.h. eine statistische Verteilung der Windverhältnisse an den Standorten der Windenergieanlage) eine zeitaufgelöste Berechnung bzw. Abschätzung der Belastungen der Windenergieanlage erfolgen. Diese standortspezifischen Windverteilungsdaten können die statistische Windverteilung sowie beispielsweise eine statistische Turbulenzanalyse aufweisen. For example, if only the total generated power of the wind turbine is known, then location-specific wind distribution data (i.e., a statistical distribution of the wind conditions at the wind turbine sites) can be used to calculate or estimate the wind turbine loads on a time-resolved basis. These site-specific wind distribution data may include statistical wind distribution as well as, for example, statistical turbulence analysis.
Wenn historische Windverteilungsdaten für die Windenergieanlage vorhanden sind, dann muss eine oben beschriebene Abschätzung bzw. Ableitung der Windverteilungsdaten aus den vorhandenen historischen Daten nicht erfolgen. If historical wind distribution data is available for the wind turbine, then an above described estimation of the wind distribution data from the existing historical data need not be made.
In Schritt S400 erfolgt eine Ableitung oder Abschätzung von Lastkollektivdaten der Windenergieanlage basierend auf den in Schritt S300 abgeleiteten Windverteilungsdaten. In step S400, a derivation or estimation of load collective data of the wind turbine is performed based on the wind distribution data derived in step S300.
In Schritt S500 erfolgt ein Vergleich mit Lastkollektivdaten, welche den maximalen Lastkollektivdaten und damit der Lebensdauer der Windenergieanlage entsprechen. In step S500, a comparison is made with load spectrum data which corresponds to the maximum load collective data and thus the service life of the wind energy plant.
In Schritt S600 wird eine Restlebensdauer oder ein Lebensdauerverbrauch ausgegeben. In step S600, a remaining life or a life consumption is output.
Gemäß der Erfindung wird die Restlebensdauer einer Windenergieanlage basierend auf historischen Daten (abgegebene Leistung, Winddaten oder Windverteilungsdaten) ermittelt. According to the invention, the remaining life of a wind turbine is determined based on historical data (output power, wind data or wind distribution data).
Bei der Auslegung der Lebensdauer der Windenergieanlage wird von einer Zykluszahl bzw. Umdrehungszahl ausgegangen. Da diese Zyklusanzahl bzw. Umdrehungsanzahl lediglich eine Annahme darstellt, kann die tatsächliche Lebensdauer von der ausgelegten Lebensdauer abweichen. Hierbei kommt es insbesondere darauf an, wie viele Zyklen oder Umdrehungen bei einer entsprechenden Windverteilung die Windenergieanlage erfahren hat. Wenn die Anzahl der tatsächlichen Zyklen oder Umdrehungen kleiner ist als die ausgelegte Anzahl der Zyklen, dann kann es sein, dass die tatsächliche Lebensdauer nicht der ausgelegten Lebensdauer entspricht. Wenn die Windenergieanlage die maximal erlaubte Lastaufnahme oder die maximal erlaubte Lastkollektive noch nicht erreicht hat, dann kann sie weiter betrieben werden, auch wenn die vorab festgelegte Lebensdauer überschritten ist. In the design of the life of the wind turbine is assumed to be a number of cycles or revolution. Since this number of cycles or revolutions represents only an assumption, the actual life may differ from the designed life. It depends in particular on how many cycles or revolutions at a corresponding wind distribution has experienced the wind turbine. If the number of actual cycles or revolutions is less than the designed number of cycles, then the actual life may not correspond to the designed life. If the wind turbine has not yet reached the maximum permitted load capacity or the maximum permitted load spectrum, then it can continue to operate, even if the previously defined service life is exceeded.
Gemäß der Erfindung können historische Daten, wie beispielsweise die erzeugte Leistung und Winddaten verwendet werden, um die Restlebensdauer bzw. den Lebensdauer- verbrauch zu ermitteln. Falls keine zeitaufgelösten Windverteilungsdaten vorhanden sind, dann kann auf standortspezifische Windverteilungsdaten (das heißt eine statistische Verteilung der Windverteilungsdaten) zurückgegriffen werden. Diese standortspezifischen Daten können eine Turbulenzanalyse aufweisen. According to the invention, historical data such as generated power and wind data may be used to determine remaining life. If there is no time-resolved wind distribution data, then site-specific wind distribution data (that is, a statistical distribution of the wind distribution data) can be used. This site specific data may include turbulence analysis.
Basierend auf den historischen Daten kann eine Ermüdungsanalyse der Windenergiean- läge bzw. eine Ermittlung der Lastkollektive durchgeführt werden. Based on the historical data, a fatigue analysis of the wind turbines or a determination of the load spectra can be carried out.
Wenn beispielsweise lediglich die gesamte erzeugte elektrische Leistung der Windenergieanlage bekannt ist, dann kann diese zur Berechnung bzw. Abschätzung der Restlebensdauer der Windenergieanlage verwendet werden. Hierzu kann eine statistische Verteilung der erzeugten Leistung der Windenergieanlage herangezogen werden. Diese statistische Verteilung der erzeugten elektrischen Leistung der Windenergieanlage kann auch aus einer statistischen Verteilung der erzeugten Leistung anderer Windenergieanlagen desselben Typs bei ähnlichen Standortbedingungen ermittelt werden. Basierend auf diesen statistischen Analysen kann davon ausgegangen werden, dass ein bestimmter Prozentsatz der Zeit die Windenergieanlage bei Volllast betrieben wird. Aus der statisti- sehen Verteilung der erzeugten Leistung der Windenergieanlage sowie aus standortspezifischen Windfelddaten kann eine zeitlich aufgelöste Belastung bzw. ein Lastkollektiv der Windenergieanlage ermittelt werden. If, for example, only the total generated electrical power of the wind turbine is known, then this can be used to calculate or estimate the remaining service life of the wind turbine. For this purpose, a statistical distribution of the generated power of the wind turbine can be used. This statistical distribution of the generated electrical power of the wind turbine can also be determined from a statistical distribution of the generated power of other wind turbines of the same type under similar site conditions. Based on these statistical analyzes, it can be assumed that a certain percentage of the time the wind turbine is operated at full load. From the statistical distribution of the generated power of the wind energy plant and from site-specific wind field data, a time-resolved load or a load spectrum of the wind energy plant can be determined.
Eine verbesserte Lösung kann erreicht werden, wenn die Windgeschwindigkeit und die erzeugte elektrische Leistung zeitaufgelöst gespeichert wird. Diese Daten sowie stand- ortspezifische Daten können dann zu einer genaueren Bestimmung der Restlebensdauer verwendet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird davon ausgegangen, dass die auf die Windenergieanlage einwirkende mittlere Windgeschwindigkeit (z. B. 10 Minuten Mittelwerte) über die bisherige Laufzeit oder über einen relevanten Zeitraum erfasst worden sind. In diesem Fall kann die Windenergieanlage als Windmast betrachtet wer- den, der die Windgeschwindigkeiten und damit die Windverteilung für diesen Standort protokolliert. Wenn keine Werte hinsichtlich der Turbulenzintensität des Standortes vorhanden sind, so können diese über zusätzliche Messungen oder Standardannahmen nach Regelwerken abgeschätzt werden. Aus den Windverteilungsdaten für den spezifischen Standort lassen sich Lastkollektive für die bisherige Laufzeit ermitteln. Gemäß der Erfindung können für die relevanten Bauteile der Windenergieanlage die maximal ertragbaren Lastkollektive berechnet werden. An improved solution can be achieved if the wind speed and the generated electrical power are stored time-resolved. These data as well as site-specific data can then be used for a more accurate determination of the remaining service life. According to one exemplary embodiment of the invention, it is assumed that the mean wind speed acting on the wind energy installation (for example 10 minutes averages) has been recorded over the previous runtime or over a relevant period of time. In this case, the wind energy plant can be regarded as a wind mast, which logs the wind speeds and thus the wind distribution for this location. If there are no turbulence intensity values of the site, these can be estimated by additional measurements or standard assumptions according to regulations. From the wind distribution data for the specific location, load spectra for the previous runtime can be determined. According to the invention, the maximum sustainable load spectra can be calculated for the relevant components of the wind energy plant.
Falls keine spezifischen Windmessdaten der Windenergieanlagen für die Vergangenheit vorliegen, so können diese über einen längeren Zeitraum, beispielsweise ein Jahr, erfasst und als Basis für eine mittlere Windverteilung an dem spezifischen Standorten verwendet werden. If there are no past wind measurement data from the wind turbines, they can be collected over a longer period of time, such as a year, and used as a basis for average wind distribution at the specific location.
Wenn lediglich Leistungsdaten der Windenergieanlage erfasst worden sind, dann können diese zur Ermittlung der Windfelddaten herangezogen werden, weil ein Zusammenhang zwischen der Windgeschwindigkeit und der erzeugten Leistung vorhanden ist. If only performance data of the wind turbine has been detected, then these can be used to determine the wind field data, because there is a relationship between the wind speed and the generated power.
Gemäß der Erfindung kann somit basierend auf historischen Daten im Nachhinein eine Ermittlung der Restlebensdauer einer Windenergieanlage erfolgen. According to the invention, a determination of the remaining service life of a wind energy plant can be carried out retrospectively based on historical data.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Bestimmen einer Restlebensdauer einer Windenergieanlage, mit den Schritten: A method for determining a residual life of a wind turbine, comprising the steps of:
- Ermitteln von zur Verfügung stehenden historischen Daten der Windenergieanlage,  - determination of available historical data of the wind turbine,
- Ableiten von Windverteilungsdaten aus den ermittelten historischen Daten der Windenergieanlage, sofern die Windverteilungsdaten noch nicht vorhanden sind, Deriving wind distribution data from the determined historical data of the wind turbine, if the wind distribution data are not yet available,
- Ableiten oder Abschätzen von Lastkollektivdaten der Windenergieanlage basierend auf den abgeleiteten Windverteilungsdaten, Deriving or estimating load spectrum data of the wind turbine based on the derived wind distribution data,
- Vergleichen der abgeleiteten oder abgeschätzten Lastkollektivdaten mit Lastkollektivdaten, welche den maximalen Lastkollektivdaten und damit der Lebensdauer der Windenergieanlage entsprechen, und  Comparing the derived or estimated load collective data with load collective data corresponding to the maximum load collective data and thus the life of the wind turbine, and
- Ermitteln der Restlebensdauer der Windenergieanlage basierend auf dem Vergleich der abgeleiteten oder abgeschätzten Lastkollektivdaten mit den maximalen Lastkollektivdaten.  - Determining the remaining life of the wind turbine based on the comparison of the derived or estimated load collective data with the maximum load collective data.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei 2. The method of claim 1, wherein
die zur Verfügung stehenden historischen Daten der Windenergieanlage die erzeugte Gesamtleistung, zeitlich aufgelöste Daten der erzeugten Leistung der Windenergieanlage, und/oder zeitlich aufgelöste Daten der Windverteilung darstellen können. the available historical data of the wind turbine can represent the total generated power, time resolved data of the generated power of the wind turbine, and / or time resolved wind distribution data.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei 3. The method according to claim 1 or 2, wherein
bei der Ableitung der Windverteilungsdaten Standort-spezifische Informationen insbesondere hinsichtlich einer statistischen Windverteilung an dem Standort der Windenergieanlage mit berücksichtigt werden. be taken into account in the derivation of the wind distribution data site-specific information, in particular with regard to a statistical wind distribution at the site of the wind turbine.
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