WO2018109106A1 - Bestimmung einer eisfall- und/oder eiswurfverteilung einer windenergieanlage - Google Patents

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WO2018109106A1
WO2018109106A1 PCT/EP2017/082885 EP2017082885W WO2018109106A1 WO 2018109106 A1 WO2018109106 A1 WO 2018109106A1 EP 2017082885 W EP2017082885 W EP 2017082885W WO 2018109106 A1 WO2018109106 A1 WO 2018109106A1
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ice
wind turbine
icefall
wind
data
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Monelle Comeau
Sten Barup
Uta Zwölfer-Dorau
Nina Gabriela Weber
Wojciech Martko
Héctor Raúl Rodriguez Urdaneta
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Wobben Properties Gmbh
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    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/40—Ice detection; De-icing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a wind turbine, wherein for the wind turbine an icefall and / or ice throw distribution is determined, in particular continuously determined, according to a method for determining an icefall and / or ice throw distribution for a wind turbine.
  • the invention also relates to a wind turbine with a warning device, a software and a wind farm.
  • rotor blades of a wind energy plant can form ice, which hinders the efficient and safe operation of the wind energy plant.
  • heating devices are installed in the rotor blades of a wind turbine.
  • intentional or unwanted detachment of pieces of ice from the rotor blades may occur which fall into an area surrounding the wind energy plant.
  • DE 10 201 1 082 249 A1 describes a basic method for defrosting a wind energy plant with a defrosting control device, by means of which a defrosting process can be carried out, in which ice adhering to the wind energy plant is at least partially released and falls into a monitored danger area underneath the wind energy plant.
  • the danger area is generously dimensioned.
  • falling ice may be blown by wind or can be thrown laterally by the rotor blades by a rotational movement of the rotor blades and thus only at some distance from the wind turbine hits the ground on.
  • the danger area is therefore at best estimated and then generously dimensioned. A reliable determination of the danger area is not given, so that one relies so far on a generous estimate of the same, in order to avoid dangers by ice fall or ice throw.
  • Baring-Gould et al. (IEA, "Wind Energy Projects in Cold climates", 201 1) describes a risk assessment of the ice throw of wind turbines in order to estimate a suitable distance between the wind turbine and the adjacent road depending on the location - but only within the scope of a risk statement a risk analysis based on known incidents, ice classifications and their probability of occurrence as well as the simplest empirical formulas - for example, to determine a maximum distance d of ice throw in a stationary wind turbine
  • the object of the invention is to address at least one of the above-mentioned problems.
  • the object is achieved according to a first aspect of the invention by a method according to claim 1.
  • an icefall and / or ice throw distribution is determined for the wind energy plant, in particular continuously determined, according to a method for determining an icefall and / or ice throw distribution for the wind energy plant.
  • a method for determining an icefall and / or ice throw distribution for the wind energy plant it is provided that: - be used to determine the icefall and / or ice throw distribution of a wind turbine:
  • Plant data in particular largely predetermined or determinable plant data, preferably static plant data of the wind turbine, and
  • the icefall and / or ice throw distribution is determined on the basis of the system data, the environmental data and the ice piece characteristic via a calculation by means of a Monte Carlo algorithm.
  • the invention is based on the consideration that in the context of an icefall and / or ice throw many parameters, such as the average size of a piece of ice, the wind speed or the temperature, behave stochastically over time, so that there is no firm limit to the danger area for falling down of detached pieces of ice ben can be. It is therefore only possible to indicate the probability where the risk of ice throwing rather large and where the danger is rather small.
  • the method according to the invention advantageously makes it possible to deliberately determine an icebound zone based on a concrete predetermined residual risk for the icefall and / or ice throw outside of the icebox zone.
  • the method according to the invention can calculate that the risk of impact due to icefall and / or ice throw is below a predetermined limit value.
  • the iceflon zone can be reliably adapted to current needs, and in particular to current conditions, in particular the meteorological conditions
  • Another advantage of the presented method is that it leads to an icefall and / or ice throw distribution that allows qualitatively and quantitatively verifiable statements.
  • the choice of the predetermined system data or the estimation of the variable environment data in the context of the Monte Carlo algorithm can be checked and possibly adapted to the reality.
  • the icefall and / or ice throw distribution is preferably not distributed homogeneously around the wind energy plant, for example due to a prevailing wind direction at the location of the wind power plant.
  • Icefall is understood to mean the falling off of ice pieces from the wind energy plant during operation of the wind energy plant.
  • Ice casting refers to the ejection of pieces of ice, which is influenced by a movement of a rotor blade of the wind power plant, preferably ejection of ice pieces during active operation of the wind energy plant.
  • a Monte Carlo algorithm is understood to be a randomized, ie random-based, algorithm which, by repeatedly executing a calculation rule with alternating random values for a particular parameter of the calculation specification, yields a result provided with a corresponding inaccuracy.
  • the size of the inaccuracy is typically known by a corresponding modeling of the Monte Carlo algorithm, in particular by a number of random values used.
  • the invention leads to a method for operating a wind turbine according to claim 1.
  • the icefall and / or ice throw distribution is determined, preferably depending on the icefall and / or Eisschver whatsoever switching off and / or heating the wind turbine and / or issuing a warning signal is triggered if the probability of an ice throw and / or icefall to an external object exceeds a predetermined limit.
  • a preventive shutdown and / or heating of the wind energy installation and / or an issuing of a warning signal is triggered if the probability of an ice throw and / or icefall on an external object is a predetermined one Threshold threatens to exceed.
  • such and other measures may be taken preventively to prevent pending weather forecasts or anticipated developments empirically (for example, based on empirical data from a database); For example, to prevent the formation of ice in the first place with preventive heating of the plant or to limit an ice throw, for example with preventive lowering of a rotational speed of the rotor of the plant or similar measures.
  • the invention also leads to a software module according to claim 19.
  • the software module has program means and is designed to control a method for determining an icefall and / or ice throw distribution of a wind energy plant via a Monte Carlo algorithm according to the inventive method.
  • the invention relates to a wind energy plant according to claim 20.
  • the wind energy plant is designed for carrying out the method according to the invention, in particular with a warning device.
  • the warning device is preferably configured to trigger a warning signal if the probability of an ice throw and / or icefall to an external object by the wind turbine exceeds a predetermined limit, wherein the probability of an ice throw and / or icefall on an external object by a method for determining a Icefall and / or ice throw distribution for the wind turbine is intended for.
  • a method for determining an icefall and / or ice throw distribution for the wind energy plant it is provided that
  • Plant data in particular largely largely predetermined or determinable plant data, preferably static plant data of the wind energy plant, and
  • the icefall and / or ice throw distribution is determined on the basis of the system data, the ambient data and the Eis consultancy characterizing via a calculation by means of a Monte Carlo algorithm.
  • the wind energy plant according to the invention triggers a warning signal advantageous when the external object is within an area around the wind turbine, in which with a predetermined probability icefall and / or ice throw goes to the ground. Therefore, this area is preferably defined as an icebound zone, ie as a local area with an increased risk of ice-skating.
  • the warning signal can therefore advantageously serve to prevent the external object from further approaching the wind turbine or to make it move away from the wind turbine.
  • the warning signal may in this case be, for example, an audible tone, a visually perceptible signal, or particularly preferably an electronic message to an operator of the wind power plant.
  • the warning signal can also trigger a shutdown of the wind turbine immediately.
  • the invention relates to a wind farm according to claim 24 having a park iceback zone.
  • the wind farm has a multiplicity of wind energy installations of one or more parking sections, with wind energy installations of one or more parking sections being connected to one another via at least one common feed point for connection to a supply network.
  • the wind farm has a warning device which is designed to trigger a warning signal if the probability of an ice throw and / or ice fall on an external object by a wind turbine of the wind farm exceeds a predetermined limit.
  • the probability of an ice throw and / or ice fall on an external object is determined for each wind turbine of the wind farm each by a method for determining an icefall and / or ice throw distribution according to the first aspect of the invention.
  • the wind farm with the warning device is particularly advantageous since the icefall and / or ice throw probability can be centrally determined for all wind energy installations of the wind farm and monitored accordingly. Furthermore, the determination and the possible monitoring of a park icicle zone for the entire wind farm that is made possible thereby can reduce the risk of damage or injury due to icing and / or ice throwing around the wind farm.
  • the icefall and / or ice throw distribution is calculated via a multiplicity of icefall and / or ice throw trajectories.
  • the various icefall and / or ice trajectories correspond to different parameters that are used within the framework of the Monte Carlo algorithm.
  • the icefall and / or ice throw distribution can be determined by storing meeting points of the icefall and / or ice throw trajectories on the ground and merging them into an icefall and / or ice throw frequency, which results in the icefall and / or ice throw distribution .
  • the icefall and / or ice trajectories are typically dependent on the predefined plant data of the wind turbine and the environmental data of the wind turbine.
  • a trajectory model is used for the calculation of the icefall and / or ice trajectories that takes into account the finite extent of the ice pieces.
  • the icefall and / or ice throw distribution is based on an at least two-dimensional equation of motion of the icefall and / or ice throw in a plane formed by the rotor blades of the wind energy plant, in particular a two- or three-dimensional equation of motion, preferably based on a three-dimensional equation of motion, calculated.
  • the equation of motion captures influences of the surroundings on the icefall and / or ice throw, such as a wind speed and wind direction, a corresponding frictional resistance of a piece of ice in the air and the force of gravity acting on the ice piece.
  • the following three differential equations are used as a three-dimensional equation of motion:
  • the z-axis describes a direction that is perpendicular to the Earth's surface.
  • M stands for the mass of a piece of ice
  • g is the gravitational acceleration
  • represents the amount of speed of the ice, in particular, according to a simplified assumption
  • C D stands for the coefficient of friction of the air friction (assumed Newton friction)
  • A for the dragged cross-sectional area of a piece of ice relevant to the air resistance
  • U stands for the wind speed and p for the density of the air.
  • the method comprises determining the icefall and / or ice throw distribution on the basis of a two-dimensional equation of motion, wherein the above equations (1) and (3) are used for the respective calculation of the ice throw trajectories.
  • the x-axis is preferably perpendicular to the z-axis in the plane formed by the rotor blades of the wind turbine.
  • the system data are predetermined system data. These result from a past state of the wind turbine in a deterministic manner.
  • the plant data comprise structural plant data relating to the structure of the wind turbine, such as a rotor diameter, a hub height of the wind turbine, a blade angle curve or other data for dimensioning the rotor blade.
  • Other predetermined system data may be, for example: turbine type of the wind turbine, a maximum rotational speed of the wind turbine and a presence of a heater in the wind turbine and optionally an operating state of the heater.
  • the plant data also have a non-deterministic portion, which is estimated to determine the plant data.
  • the system data include input and / or measured system data in a development, which vary within the scope of an operation of the wind turbine and are therefore not predetermined, such as the speed of the rotor blades, so affect the operation of the wind turbine.
  • the environmental data include, among other things, weather data, such as an average temperature, an average wind speed, a mean Wind direction, or a predetermined ice classification.
  • This environment data may be provided in a predetermined manner and therefore does not require continuous measurement.
  • the ice classification of a location of the wind energy plant can, for example, be carried out by the ice classification given by the research cooperation IEA Wind according to Table 1.
  • the environmental data of the wind energy installation are temporally unforeseeable variable environmental data, in particular variable environmental data.
  • the variable environment data defies a deterministic prediction, as is the case, for example, for weather data or a time of ice formation on the rotor blades. Therefore, determination by setting corresponding random values is particularly advantageous.
  • the random values can be determined, for example, via known random number generators or via stored random number tables.
  • variable environmental data depend on predetermined environmental data.
  • the statistical distribution of the average wind speed which is assumed according to the Weibull distribution, among others can be a location-specific predeterminable value, whereas the instantaneous wind speed is a part of the indefinite environment data.
  • a random value of the wind speed may be statistically determined via the Monte Carlo algorithm using the Weibull distribution. Time-varying values often elude a precise prediction. Therefore, their determination by means of random values in a given statistical framework is particularly advantageous, as it statistically takes into account various possible temporal changes of these values, that is to say the indeterminate environmental data.
  • the ice piece characteristic is calculated from random values for a surface of a piece of ice, a volume of a piece of ice, a mass of a piece of ice, a position of a piece of ice on a rotor blade of the wind turbine, or a combination thereof.
  • the expression of ice pieces eludes a predictive, deterministic view, so that their consideration by random values is particularly advantageous.
  • known ice fragment modeling can be used.
  • advantageous use is made of the present ice class of the location of the wind power plant or of present weather data for the ice fragment modeling.
  • the determination of the icefall and / or ice throw distribution is based on random values for the area and mass of a piece of ice.
  • random values for the volume can also be determined.
  • the determination of the icefall and / or ice throw distribution is based on random values for the ratio of area to mass, A / M of a piece of ice.
  • a and M are not determined individually via random values, but only a single random value is used for the ratio of the two sizes of the ice piece characteristic.
  • the ice piece characteristic is based on an ice classification of the location of the wind turbine.
  • an ice classification can be, for example, the ice classification given by the IEA Wind research cooperation in accordance with Table 1.
  • the Eis Wunsch characterizing includes in a development also predetermined data, for example: an average weight of ice pieces, an average number of pieces of ice on a rotor blade of the wind turbine, a proportion of thrown ice pieces of the rotor blade or a mean residence time of ice pieces on the rotor blade.
  • Such predetermined data of the ice piece characteristic are particularly preferably dependent on the ice classification prevailing at the location of the wind energy plant.
  • the determination of random values preferably takes place here by setting an average value, for example for the mass and / or an A / M ratio of a piece of ice, corresponding to a used ice fragment modeling and a randomly determined deviation from this mean value.
  • a variance of this deviation is also given in the context of ice fragment modeling or by empirical values from earlier measurements in an example of this development.
  • the method has the following steps
  • Determining the icefall and / or ice throw distribution from the plurality of icefall and / or ice throw trajectories is provided to record empirical data determined over a period of time-in particular empirical plant data, empirical environmental data and / or empirical ice piece characteristics-individually for the wind energy plant and / or the type of wind energy plant, the empirical data be used for providing icefall and / or ice throw distribution.
  • an ice piece characteristic may include values for ice throw in various modes of operation (e.g., heated operation or unheated operation, operation at part load or rated load or full load) of the plant, or icing values at standstill of the equipment.
  • the ice lump database may also include empirical data values for ice lump numbers -ggfs. sorted by size, weight, area, A / M and / or type or Eisdorfzzo characterizing-; if necessary as a function of a distance and / or angle to the foot of the plant.
  • the empirical data determined over a past period of time can be continuously updated, preferably in the one or more aforementioned databases.
  • This particularly preferred development and its embodiments has the advantage that the icefall and / or ice throw distribution on the basis of the system data, the environmental data and the Eis consultancy characterizing-determined via a calculation using a Monte Carlo algorithm- also on the basis of empirical data (in particular from a database, preferably from a continuously updated database) and can be determined and / or modified.
  • the method according to the invention also includes recording current weather data averaged over a previous period of time for providing the, in particular predetermined, environmental data.
  • the calculated icefall and / or ice throw distribution can be adapted to meteorological conditions of the location of the wind energy plant.
  • an ice-floe zone around the wind energy plant is furthermore determined on the basis of the icefall and / or ice throw distribution.
  • the ice-rink zone represents an area around the wind energy plant, in which the probability of an ice throw and / or ice fall on an external object by the wind energy plant exceeds a predetermined limit value.
  • the ice impact zone depending on the wind distribution, for example, set approximately circularly around the wind turbine. Alternatively, it may also be approximately rectangular, elliptical or polygonal. In this case, the dimensions of the icebreaking zone are determined by properties of the icefall and / or ice throw distribution.
  • the method comprises the step of comparing the ice-breaking zone determined on the basis of the icefall and / or ice throw distribution with a conventional icebreaking zone that is deterministically calculated on the basis of in particular predetermined system data.
  • the icebreaking zone of the wind energy installation is selected, selected from the ice impact zone determined on the basis of the icefall and / or ice throw distribution, and the deterministically calculated conventional ice impact zone, which has a smaller area around the wind energy installation.
  • the method according to the invention is so reliable that, given an ice-rink zone which is smaller than a conventionally estimated ice-rinking zone, the ice-rinking zone determined according to the invention is to be preferred due to its location-specific parameters.
  • the reduction of the area to be protected for the operation of a wind power plant around the wind power plant is a central advantage of the method according to the invention in all developments. In this case, there is no reduction in protection against icing below a reasonable level.
  • a comparison of the invention defined Ice-breaking zone with the conventional icebreaking zone calculated deterministically on the basis of predetermined plant data is also advantageous in that false assumptions or errors can be quickly recognized in the context of the method according to the invention.
  • the deterministically calculated conventional ice-floe zone can be determined, for example, via the known safety distance calculation according to publications by Baring-Gould et al. (IEA, "Wind Energy Projects in Cold climates", 201 1), where all the parameters used for the analysis are predetermined for the calculation of the conventional ice-floe zone, as discussed above in equations (1) and (2)
  • the random values are randomized, in particular the icefall and / or ice throw distribution is estimated on the basis of preferably more than 1,000,000 repetitions of specifying randomized random values
  • the ice-rink zone or the icefall and / or ice-throw probability is preferably used in the planning of the location of a wind energy plant in order to plan the location in accordance with the regionally available weather data and the external objects present in the vicinity of the wind energy plant.
  • surfaces provided for the wind power plant in particular for a large number of wind energy installations, can be used effectively without thereby increasing the risk of icefall and / or icing.
  • the icefall and / or ice throw characteristics can be used advantageously for a design, expansion or planning of a wind farm.
  • the wind energy installation with a warning device has, in a further development, a storage unit which is designed to store and output ice impact zone data which has information on properties of an ice impact zone defined by the icefall and / or ice throw distribution (80).
  • the software is preferably run on an external device that is not connected to the wind turbine.
  • the software is executed by a computer located within the wind turbine or electronically connected to the wind turbine, the access to current system data, such as a current speed of the rotor and according to the current system data, the predetermined system data of the wind turbine for the implementation of the Monte -Carlo algorithm determines.
  • the ice-rink zone is newly set at regular intervals, for example daily or weekly, and is adapted to current weather data and plant data, such as a state of a heating device of the wind energy plant.
  • current weather data and plant data such as a state of a heating device of the wind energy plant.
  • an adaptation of the icicle zone to the current weather situation or other seasonal or temporary influences on the plant data can advantageously take place.
  • a heater of the wind turbine should be used or whether the operating condition of any existing leaf heater should be adjusted.
  • the speed used for the Monte Carlo algorithm can also be determined taking into account the plant design and the plant location, without evaluating current plant data.
  • the software is preferably adapted to improve a park design of a wind farm, or to adapt the location specification of a wind turbine to a present location characteristic.
  • the software is designed to trigger an operation stop of the wind energy plant and / or a warning signal if the probability of an ice throw and / or icefall on an external object by the wind energy plant exceeds a predetermined limit.
  • Each part of the plant or plant unit naturally has a load-related fatigue time or part characteristics can prematurely detach from the system.
  • plant sections in particular, fall down or are dropped by a rotating rotor blade.
  • particles accumulated to external parts such as dirt or the like may fall off or be thrown off.
  • the trajectory model can also be applied to such falling or thrown parts in the context of a Monte Carlo algorithm, that is, to determine a distribution of such parts. More generally, therefore, the concept of the invention is to be understood as an operating method with the determination of an ice or parts case and / or ice or parts throw distribution.
  • Plant data in particular largely predetermined or determinable plant data, preferably static plant data of the wind turbine, and environmental data, in particular largely variable environmental data of the wind turbine, a Eis Salt- or part characteristics, and that
  • the ice or parts case and / or ice or parts throw distribution on the basis of the system data, the environmental data and the Eis consultancy- or part characteristic is determined by a calculation using a Monte Carlo algorithm.
  • FIG. 1 shows a diagram of a method for determining an icing zone for a
  • Wind energy plant concerning icefall and / or ice throw within the scope of a preferred embodiment according to a first aspect of the invention
  • FIG. 2 a, FIG. 2 b shows an illustration of a known deterministically calculated conventional icebreaking zone (FIG. 2 a) and an icefall and / or ice throw distribution, which was calculated in the context of the method according to the first aspect of the invention (FIG. ;
  • FIG. 3 shows the structure of a wind turbine with a tower and a gondola present with a warning device which is designed to trigger a warning signal-in the context of a preferred embodiment of the invention; the construction of a wind turbine with a tower and a gondola present with a protection means which is formed, an icebound zone the wind turbine against unauthorized access to secure- in a further embodiment of the invention;
  • FIG. 5 shows the construction of a wind farm with a parking section and at least one common feed point for connection to a supply network present with a parking icebreaking zone, which is determined on the basis of ice rinks of the individual wind turbines - in a particularly preferred embodiment of the invention
  • FIG. 6a, FIG. FIG. 6 b is a diagram of a software module implementation which, on the one hand, comprises an ice throw module (FIG. 6 a), which is designed to determine a method for determining an icefall and / or ice throw distribution (FIG. 6 b) of a wind energy plant Monte Carlo algorithm to determine and on the other a SCADA module (Supervisory Control and Data Acquisition) (FIG.6a) comprises as a computer system for monitoring and controlling technical processes of the wind turbine to operate the wind turbine, preferably for Determining a sector distribution in an ice-floe zone (FIG.6b);
  • FIG. 7 is a detailed diagram for the operation of a wind energy plant (WEA) with a basic heating concept during an ice monitoring of the wind energy plant (WEA) using a rotor blade heater (RBH);
  • WEA wind energy plant
  • RBG rotor blade heater
  • FIG. 8 shows a detailed diagram for the operation of a wind energy plant (WEA) with a basic shutdown concept for defining a shutdown sector or sector for heating at standstill shown in FIG.
  • WEA wind energy plant
  • FIG. 1 shows a schematic of a method 5 for determining an icebox zone for a wind energy installation concerning icefall and / or ice throw, within the scope of a preferred embodiment according to a first aspect of the invention.
  • the method 5 comprises providing plant data of the wind energy plant.
  • these are entered and measured system data.
  • Entered predetermined plant data are a hub height of the wind turbine, a maximum rotational speed of rotor blades of the wind turbine and the rotor blade diameter.
  • Measured system data are the speeds of the rotor blades, an existing heating a heating device in the wind turbine and an indication of whether the rotor blades of the wind turbine rotate.
  • environmental data of the wind power plant are set and provided via random values.
  • the environmental data is at least partially ambient temporal data, such as a wind direction, a wind speed or an outside temperature.
  • a random value for a rotor blade angle can be set by determining a random value P between 0 and 1, multiplying this random value P by 2 * Pi, and thus obtaining a random value between 0 and 2 * Pi.
  • a random, normally distributed deviation from a known average can be realized, for example, via the known Box-Müller method.
  • random values are determined based on an ice piece characteristic based on the environmental data.
  • random data for a weight a position of a piece of ice located on the rotor blade of the wind power plant and for an outer surface of the ice block are determined.
  • a next step 40 comprises determining an icefall and / or ice throw trajectory of a piece of ice on the basis of the plant data, the random values of the surrounding data and the random values determined via the ice piece characteristic via a Monte Carlo algorithm.
  • the predetermined system data and in particular the unspecified ambient data are used to calculate a multiplicity of ice-throw trajectories by repeatedly executing the steps 20 and 30.
  • the icefall and / or ice throw trajectory is calculated using the three-dimensional equation of motion given above, which results from the component-by-component representation of equations (1), (2) and (3).
  • a determination of new random values and a corresponding calculation of a next icefall and / or ice throw trajectory based on the new random values takes place.
  • Such a repetition of the calculation of an icefall and / or ice throw trajectory preferably takes place over 1,000,000 times in the course of determining the icefall and / or ice throw distribution.
  • an ice throw trajectory is calculated using the random values determined in steps 20 and 30, that is to say in particular using an ice piece characteristic.
  • the ice piece characteristic takes account of one or more of the following parameters, alone or in grain size. Bination: a surface of a piece of ice, a mass of a piece of ice, a position of a piece of ice located on a rotor blade 108 of the wind turbine 100.
  • the determination of the icefall and / or ice throw distribution 80 may be based on random values for the area and mass of a piece of ice.
  • a combination of these parameters has been found to be particularly advantageous and, in particular, relates to a measure such as the determination of the icefall and / or ice throw distribution 80 due to random values for the area to mass A / M ratio of a piece of ice.
  • the ice piece characteristic may advantageously take into account an ice classification of the location of the wind turbine, based on the values of a surface area to mass A / M ratio of a piece of ice.
  • Ice classification orders a particular type of ice, e.g. according to a specific ratio of area to mass A / M of a piece of ice, but also in alternative embodiments according to shape, surface or structure.
  • the occurrence of a certain ice class can be assigned to specific ambient conditions, such as, for example, a quantity of ice on a rotor blade of the wind energy plant.
  • step 50 impact points of the icefall and / or ice trajectories on the ground are calculated and on the basis of these impact points the icefall and / or ice throw distribution of the wind energy plant is calculated.
  • the icefall and / or ice throw distribution in this embodiment is a two-dimensional probability distribution for an ice block impact in an area surrounding the wind turbine. A more detailed description of the icefall and / or ice throw distribution is shown in FIG.2b.
  • steps 20 and 30 are not performed repeatedly, but all random values are determined in one step, and then icefall and / or ice throw trajectories are calculated for all particular random values.
  • the determination of the egg characteristic is carried out using known ice fragment models.
  • the obtained icing zone or comparing the particular ice throw distribution with experimental results is advantageously, advantageously, the obtained icing zone or comparing the particular ice throw distribution with experimental results.
  • FIG. 2 illustrates in the context of FIG. 2 a deterministically calculated conventional ice-floe zone 70 around a wind energy plant 100.
  • the protected area has been determined by the deterministic calculation of predetermined data, namely hub height and rotor diameter of the wind energy plant 100, and mean wind speed at the location according to the above-mentioned Estimated equations (1) and (2). From empirical results, it follows that the risk of accidents due to icefall and / or ice is very low outside of an outer protected area 74, and the danger of accidents due to icefall and / or ice is still small outside an inner protected area 78. The result presented is thus essentially based on observations made in the past, i. the modeling is based on randomized values and the result on the modeling. As a result, a distribution function of randomly distributed values in the result itself can largely be dispensed with - this makes the result comparatively precise and reliable.
  • FIG. 2 b shows an icefall and / or ice throw distribution 80, as calculated in the context of the method according to the first aspect of the invention. It can be seen around the wind turbine 100 a brightly displayed area 90, in which the probability of occurrence of ice is already much lower than in the immediate vicinity of the wind turbine 100. It is also apparent from a comparison between FIG.2a and 2b that the results for a respective hazard assessment are comparable, but differences in detailed consideration occur. In particular, the specific ice throw distribution 80 is not formed isotropically around the wind power plant 100, so that a greater risk area with respect to icefall / ice throw results to the east of the wind energy plant 100 than is the case south of the wind energy plant 100.
  • a comparison is made between the icing zone determined on the basis of a probabilistic calculation and a deterministically calculated conventional icebreaking zone, and that icicle zone with a smaller one distributed around the wind turbine Surface is finally determined as the final ice-break zone.
  • the comparison is a Partial Verification Instance to find and correct errors in used records.
  • FIG. 3 shows a wind energy plant 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a hub 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 has a warning device 140, wherein the warning device 140 is designed to trigger a warning signal if a moving object is located within an icebreaking zone 130 of the wind energy plant 100.
  • the icing zone 130 was determined according to an embodiment of the method according to the first aspect of the invention.
  • the illustrated embodiment of the wind turbine 100 shows that the iceback zone 130 may have a rectangular shape. Any other geometric shape, in particular an elliptical or polygonal shape, is likewise possible, the dimensions of this respective geometric shape, that is to say in particular the present rectangular shape, having been determined in accordance with the determined icefall and / or ice throw distribution.
  • the warning device 140 is embodied in this embodiment as a camera system 144, which is attached to the tower 102.
  • the camera system 144 comprises two pivotable cameras 146, wherein only one camera is shown in FIG. 3 for reasons of clarity. The data acquisition by the camera and the corresponding evaluation are carried out automatically.
  • the warning device 140 has a memory unit.
  • the storage unit is configured to store and output ice chopping zone data having information about characteristics of the icebreaker zone 130.
  • the ice impact zone data is output to a processing unit of the warning device, which additionally receives data received by the camera system 144. If an entry of the ice-floe 130 is detected by an object by the processing unit, this is designed to trigger the warning signal.
  • the warning signal in the illustrated embodiment, is a flashing lamp 148 which is configured to receive a person within the icebreaker zone to draw attention to the fact that she is in an area that is dangerous for icing.
  • the warning signal is an electrical signal, which is sent to an operator of the wind turbine. In a further embodiment, not shown, the warning signal is an acoustic signal.
  • the protection means 135 is a fence in the illustrated embodiment, in other not shown embodiment, the protection means 135 is a warning sign, a ditch or a wall.
  • the wind power installation illustrated in FIG. 4 differs from the wind power installation of FIG. 3 in that no warning signal is triggered if a moved object is located within the icebreaking zone 130 of the wind energy plant, since this can already be prevented by the protection means 135.
  • the protective means 135 has a passage, not shown in FIG. 4, by which skilled personnel, for example in the case of maintenance, can reach the wind power plant.
  • the wind turbine has both a protective means, such as a fence, as well as a warning device for triggering a warning signal.
  • a protective means such as a fence
  • a warning device for triggering a warning signal.
  • FIG. 5 shows a wind farm 1 12 with, by way of example, three wind turbines 100 of a parking section, which may be the same or different.
  • the three wind turbines 100 are thus representative of basically any number of wind turbines of a wind farm 12 having one or more parking sections.
  • the wind turbines 100 provide their power, namely, in particular, the generated power via an electric parking net 14.
  • the respectively generated currents or powers of the individual wind turbines 100 are added up and usually a transformer 1 16 is provided, which transforms the voltage in the park, and then at the at least one common feed point 1 18, which is also commonly referred to as PCC to feed into the supply network 120.
  • FIG. 1 16 is provided, which transforms the voltage in the park, and then at the at least one common feed point 1 18, which is also commonly referred to as PCC to feed into the supply network 120.
  • FIG. 5 is only a simplified illustration of a wind farm 1 12 which, for example, does not show any control, although of course there is a control.
  • the parking network 1 14 can be different.
  • a transformer may also be present at the output of each wind turbine 100, to name just another embodiment.
  • the wind farm 1 12 has a park icebound zone 150, wherein all wind turbines 100 of the wind farm 1 12 are within the park icebound zone 150.
  • the park icebound zone 150 is determined by means of ice-floe zones 130 of the individual wind energy plants 100, wherein the ice-floe zones 130 are each determined by a method for determining an ice-floe zone for wind turbines according to the first aspect of the invention.
  • ice-floe zones 130 of different wind energy installations 100 can also be embodied differently in accordance with different properties of the respective wind energy plant 100.
  • a rectangular shape of the park icebox 150 is utilized.
  • the dimensions of this rectangular shape are determined by the ice rink zones 130 of the individual wind turbines 100.
  • the park iceback zone has a round shape, an ellipsoidal shape, a square shape, or a polygonal shape.
  • the park icing zone is formed from a combination of all the icing zones of the respective wind turbines.
  • the park icebreaker zone has a protective means and a further embodiment (not shown) of a warning device, as shown in FIG. 3 for a wind energy plant.
  • Fig. 6a shows first for a wind turbine 100 as shown in Fig. 4 as a single system or Fig. 5 as part of a wind farm, a system controller 160 with a SCADA module 161 and an ice throw module 162, with a module 163 for Implementation of a shutdown or heating concept are connected bidirectionally data-communicating and work together with this in the context of a system controller 160; this cooperation is independent of the location of the modules - they can be arranged individually or in groups in the plant, in the vicinity or further away, eg in a control center of a wind farm or even further away eg in a control center of the plants of a region and bi-directionally data-communicating be connected.
  • the SCADA module 161 is assigned to the operation control of a wind energy plant 100 shown here symbolically.
  • the ice throw module 162 is implemented on a separate computer or system computer 101 or additionally or alternatively also on the operating control of a wind energy plant 100 shown symbolically here.
  • the SCADA module can be used for remote monitoring of the wind energy plant, ie it can, for example, record data on status reports of the plant status and on errors, yield data as well as other operating data such as speed, power, wind speed and wind direction.
  • information about an icing state can also be used for this purpose, for example a parameter specification as to whether icing exists or not.
  • the data can be collected and retrieved via modem.
  • the operation control or the separate computer or system computer 101 also includes an aforementioned ice throw module 162, which is designed to determine the icefall and / or ice throw distribution 80.
  • the ice throw module 162 is designed alone or in any case in data communications with the aforementioned periphery of computers and controllers to specify an icebreaker zone 130 (area of impact), which in FIG. 6b is exemplary with the wind energy plant 100 -also analogous to FIG. 4 or Fig. 5 already symbolically shown - is shown.
  • FIG. 6a the protective objects mentioned in FIG. 6a are shown in FIG. 6b, such as, for example, a house 134.1 or a solar system 134.2.
  • the icing zone 130 can be subdivided into different critical sectors 131 i, 131 ii -herein for heating in operation-or sector 132 -herein for heating at standstill-or sector 133-for a nacelle position.
  • the sectors 131.i, 131. ii, 132, 133 of the icebreaking zone 130 may vary depending on environmental conditions and vary depending on the object of protection arrangement. Within the scope of such an arrangement, therefore, an icefall and / or ice throw distribution 80 can be indicated by means of the ice throw module 162 and used in a module for implementing the switch off or heating concept 163, taking into account the data of the SCADA module 161 as shown in this embodiment also sectors (sectors so in the sense of angular ranges of the icebreaker 130) considered; in the present case, in any case, the sectors of an ice-breaking zone 130 shown in FIG.
  • FIG. 7 Such a shutdown or heating concept - as implemented, for example, in the shutdown and heating control module 163 - is shown in FIG. 7 in the context of a detailed scheme for operating the wind energy plant (WEA).
  • WEA wind energy plant
  • the wind turbine WEA runs in step S1 until, according to a query step S2, an ice formation is detected and / or weather data show that icing conditions exist. Should such conditions of ice detection be present, with further consideration of a query step S3 if blade heating -in operation- is permissible, the rotor blade heater (RBH) is automatically switched on in step S4 or (if not automatically possible) in a manual step the rotor blade heater (RBH) be turned on. If so, after step S4 or S5, if blade heating is permitted during operation, the rotor blade heater RBH then switches on, as shown in step S45.
  • step S7 are checked whether the detection time for an ice accumulation is exceeded.
  • step S7 a preferred shutdown sector of the wind turbine can be set.
  • step S8 the query of the shutdown sector is implemented within the framework of a planned procedure.
  • step S9 stops the wind turbine WEA and the rotor blade heater RBH is turned on - this is a shown in step S10 sequence for switching on the rotor blade heater RBH is provided at a standstill. Subsequently, the wind turbine can start up again as shown in step S1.
  • the rotor blade heater can nevertheless be used-for example as a precautionary measure or as part of a preventive measure (for example, by the aforementioned empirical data) RBH, (in this example, 20 minutes) for a certain or predetermined period of time to be active (this possibly synonymous. In operation of the wind turbine WEA).
  • Fig. 8 shows in detail how a shutdown concept in the context of the operation of a wind turbine WEA can be provided by specifying a sector for heating at standstill. For this purpose, the same reference numerals as in FIG. 7 are used to some extent.
  • a shutdown sector-taken from an ice-throwing or icefall calculation thus the determination of the icefall and / or ice throw distribution is given or should be provided; this is shown in step S9.0.
  • step S9.1 If there is a sector specification, the wind turbine stops in the predetermined sector as shown in step S9.1; if not stops the wind turbine as it normally results from the further operation and as shown in step S9.2.
  • step S10 the intended sequence for the use of the rotor blade heater RBH is implemented at standstill in step S10. If this is completed, the wind turbine starts again, as shown in step S1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage (100), wobei für die Windenergieanlage (100) eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ermittelt wird, insbesondere laufend ermittelt wird, gemäß einem Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung für die Windenergieanlage. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung Anlagendaten der Windenergieanlage, Umgebungsdaten der Windenergieanlage und eine Eisstückcharakteristik betreffend an der Windenergieanlage befindlichen Eises verwendet werden. Weiterhin ist das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Eisstückcharakteristik über eine Berechnung mittels eines Monte-Carlo-Algorithmus bestimmt wird.

Description

Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung einer Windenergieanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage, wobei für die Windenergieanlage eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ermittelt wird, insbesondere laufend ermittelt wird, gemäß einem Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall und/oder Eiswurfverteilung für eine Windenergieanlage. Die Erfindung betrifft außerdem eine Windenergieanlage mit einer Warnvorrichtung, eine Software und einen Windpark.
Bei tiefen Umgebungstemperaturen kann es auf Rotorblättern einer Windenergieanlage zu Eisbildung kommen, die einen effizienten und sicheren Betrieb der Windenergieanlage behindert. Um dies zu vermeiden, werden üblicherweise Beheizungsvorrichtungen in die Rotorblätter einer Windenergieanlage eingebaut. So kann es bei entsprechenden Witte- rungsbedingungen zu gewollten oder ungewollten Ablösungen von Eisstücken von den Rotorblättern kommen, die in ein die Windenergieanlage umgebendes Gebiet fallen.
In diesem Gebiet besteht die Gefahr, dass externe Objekte durch herunterfallende Eisstücke beschädigt oder ein Mensch oder ein Tier verletzt werden.
Diese Gefahr wird typischerweise reduziert, indem die Windenergieanlage abgeschaltet wird. DE 10 201 1 082 249 A1 beschreibt ein grundlegendes Verfahren zum Enteisen einer Windenergieanlage mit einer Enteisungssteuerungsvorrichtung, mittels der ein Entei- sungsvorgang ausführbar ist, bei dem an der Windenergieanlage anhaftendes Eis wenigstens teilweise gelöst wird und in einen überwachten Gefahrenbereich unterhalb der Windenergieanlage fällt. Der Gefahrenbereich ist dabei großzügig bemessen. Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass herabfallendes Eis eventuell durch Wind verweht oder durch eine Drehbewegung der Rotorblätter seitlich von den Rotorblättern weggeschleudert werden kann und dadurch erst in einiger Entfernung von der Windenergieanlage auf den Boden auf trifft.
Der Gefahrenbereich wird hier also allenfalls geschätzt und dann großzügig bemessen. Eine verlässliche Bestimmung des Gefahrenbereichs ist jedoch nicht gegeben, sodass man bislang auf eine großzügige Schätzung desselben angewiesen ist, um Gefahren durch Eisfall oder Eiswurf zu vermeiden.
Ein solcher Gefahrenbereich wird derzeit allenfalls unter Nutzung von Erfahrungswerten für einen Eisfall und/oder Eiswurf von den Rotorblättern geschätzt - so etwa mittels Beobachtung einer tatsächlich festgestellten Eisstückverteilung bei einer 600kW Enercon E-40 Windenergieanlage (Cattin, R., A. Heimo, S. Kunz, G. Russi, M. Russi, M. Tiefgraber, S. Schaffner, B.E. Nygaard: Alpine Test Site Guetsch - Meteorological measurements and wind turbine Performance analysis. IWAIS XII, Yokohama, October 2007).
Baring-Gould et al. (IEA,„Wind Energy Projects in Cold Climates", 201 1 ) beschreibt eine Risikoabschätzung des Eiswurfs von Windenergieanlagen, um dadurch standortabhängig einen geeigneten Abstand zwischen Windenergieanlage und angrenzender Straße zu schätzen - allerdings nur im Rahmen einer Risikoangabe. Hierbei handelt es sich lediglich um eine Risikoanalyse aufgrund von bekannten Vorfällen, Eisklassifizierungen und deren Auftrittswahrscheinlichkeit sowie einfachster empirischer Formeln - etwa zur Bestimmung eines maximalen Abstands d von Eiswurf bei einer stehenden Windenergieanlage
D/2 + H
d = V —
15
(1 ) oder einer Anlage im Betrieb:
£/ = (£> + ff).1.5
(2) Es werden dazu vorbestimmte Anlagendaten für einen bestimmten Typ der Windenergieanlage mit einem Rotordurchmesser D, der Nabenhöhe H und Erfahrungswerte bzw. statistische Annahmen zur Bestimmung einer durchschnittlichen Windgeschwindigkeit V genutzt.
Problematisch an der bekannten Berücksichtigung eines bislang allenfalls geschätzten Gefahrenbereiches unterhalb der Windenergieanlage ist die mangelhafte Bewertungsmöglichkeit der Gefahr für Mensch und Tier am Rande des Gefahrenbereiches oder über den Gefahrenbereich hinaus. Mangels Präzision einer vollständig auf Erfahrungswerten basierenden Definition eines Gefahrenbereiches lässt sich bereits eine verlässliche und/oder konservative Bestimmung eines Gefahrenbereiches bzw. einer Grenze desselben nicht geben und erst recht nicht auf neue Modelltypen von Windenergieanlagen übertragen. Die bisher bekannten Vorgehensweisen eignen sich insofern kaum zur verlässlichen Planung von Standorten von Windenergieanlagen oder eines Windparks oder sonstigen Anwendungen, welche eine höhere Verlässlichkeit eines Gefahrenbereiches bzw. einer Grenze desselben erforderlich machen.
Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zur vorliegenden PCT-Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: ein Artikel aus 2016 von Dr. Thomas Hahm und Dr. Nicole Stoffels: "Ice Throw Hazard Experiences and Recent Developments in Germany", und Unterlagen von F2E GmbH & Co. KG von Dr. Thomas Hahm zu den 24. Windenergietagen in 2015: "Gefahr durch Eiswurf? Risiken realistisch bewerten". Der Artikel bzw. konkret die Unterlagen beschränken sich jedoch auf eine Bewertung einer Gefahr durch Eiswurf. Es wird eine Bewertung vorgeschlagen, welche basiert auf einer Monte-Carlo-Simulation von ca. 1 Mio. Eisstücken unter 3D-Berechnung einer Flugbahn eines trudelnden Eisstückes, wobei Trägheitsmomente und aerodynamische Kräfte eine Rolle spielen. Als wichtige Einflussgrößen werden die Betriebsweise einer Windenergieanlage, die Windgeschwindigkeitsverteilung am Standort und das Höhenprofil des Geländes genannt. Es wird eine Ermittlung der durch Eiswurf oder Eisfall ausgelösten Schadenshäufigkeiten und -höhen sowie eine Bewertung des Risikos dazu vorgeschlagen. Es wird vorgeschlagen zu prüfen, ob eine funktionssichere Eiserkennung vorhanden ist, und abhängig davon, die Bewertung für einen Eisfall oder einen Eiswurf vorzunehmen. Aufgabe der Erfindung ist es, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage anzugeben, wobei für die Windenergieanlage eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ermittelt wird, insbesondere laufend ermittelt wird. Bevorzugt ist es Aufgabe, dafür ein Verfahren zur verlässlichen und/oder konservativen Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung von Windenergieanlagen anzugeben, insbesondere dabei ein Risiko von Eisfall und/oder Eiswurf auf bestimmte Gebiete in der Umgebung einer Windenergieanlage zu bestimmen. Es ist insbesondere eine Aufgabe, ein Verfahren vorzustellen, welches eine verbesserte standortspezifische Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung erlaubt.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 .
In dem Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage wird für die Windenergieanlage eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ermittelt, insbesondere laufend ermittelt, gemäß einem Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung für die Windenergieanlage. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass - zur Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung einer Windenergieanlage verwendet werden:
Anlagendaten, insbesondere weitgehend vorbestimmte oder bestimmbare Anlagendaten, bevorzugt statische Anlagendaten der Windenergieanlage, und
Umgebungsdaten, insbesondere weitgehend variable Umgebungsdaten der Wind- energieanlage, eine Eisstückcharakteristik, und dass
- die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Eisstückcharakteristik über eine Berechnung mittels eines Monte-Carlo- Algorithmus bestimmt wird. Die Erfindung basiert auf der Überlegung, dass im Rahmen eines Eisfalls und/oder Eiswurfes viele Parameter, wie etwa die mittlere Größe eines Eisstücks, die Windgeschwindigkeit oder die Temperatur sich über die Zeit stochastisch verhalten, so dass keine feste Grenze für den Gefahrenbereich für das Herabfallen von abgelösten Eisstücken angege- ben werden kann. Es ist daher lediglich möglich, die Wahrscheinlichkeit anzugeben, wo die Gefahr des Eiswurfes eher groß und wo die Gefahr eher klein ist.
Es wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass es angesichts der stochastischen Parameter des Eisfalls bzw. Eiswurfes, also insbesondere der stochastischen Eigen- schatten der Eisstückcharakteristik, vorteilhaft ist, über einen Monte-Carlo-Algorithmus eine Häufigkeitsverteilung für das Auftreten des Eisfalls und/oder Eiswurfes in einem Gebiet um eine Windenergieanlage zu erstellen und basierend darauf eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung um die Windenergieanlage zu bestimmen. Weiterhin wurde erkannt, dass für eine möglichst realitätsnahe Berücksichtigung von stochastisch verteil- ten Daten die Verwendung von entsprechenden Zufallswerten vorteilhaft ist. Hierdurch wird besonders vorteilhaft ermöglicht, nicht nur einen festen Sicherheitsabstand um eine Windenergieanlage anzugeben, sondern die konkrete Gefahr eines Eisschlags in einem Gebiet in der Umgebung der Windenergieanlage zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vorteilhaft das bewusste Bestimmen einer Eisschlagzone basierend auf einer konkret vorgegebenen Restgefahr für den Eisfall- und/oder Eiswurf außerhalb der Eisschlagzone. So kann durch das erfindungsgemäße Verfahren sichergestellt werden, dass—je nach Bedarf- im Mittel nur jeder hundertste oder nur jeder tausendste oder nur jeder zehntausendste Eisfall- und/oder Eiswurf oder nur jede andere Zahl von Eisfällen und/oder Eiswürfen wahrscheinlich außerhalb der festgelegten Eisschlagzonen zu Boden geht - d.h. je nachdem, wie anhand der berechneten Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung die Eisschlagzone festgelegt wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren berechnen, dass die Treffergefahr durch Eisfall- und/oder Eiswurf unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts liegt. Vorteilhaft ist es dazu nicht mehr oder nur noch begrenzt erforderlich, eine Eisschlagzone über die Maßen zu dimen- sionieren - vielmehr kann die Eisschlagzone je nach Bedarf und ggfs. auch laufend den aktuellen Gegebenheiten, insbesondere den meteorologischen Verhältnissen, verlässlich angepasst werden.
Vorteilhaft an dem vorgestellten Verfahren ist weiterhin, dass es zu einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung führt, die qualitativ und quantitativ überprüfbare Aussagen erlaubt. So kann die Wahl der vorbestimmten Anlagendaten oder die Abschätzung der variablen Umgebungsdaten im Rahmen des Monte-Carlo-Algorithmus überprüft und gegebenenfalls an die Realität angepasst werden. Die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ist vorzugsweise, beispielsweise aufgrund einer am Standort der Windenergieanlage vorherrschenden Windrichtung, nicht homogen um die Windenergieanlage verteilt.
Unter Eisfall wird das Abfallen von Eisstücken von der Windenergieanlage im Standbe- trieb der Windenergieanlage verstanden. Eiswurf bezeichnet das durch eine Bewegung eines Rotorblattes der Windenergieanlage beeinflusste, vorzugsweise im Wesentlichen parabelförmige Abwerfen von Eisstücken im aktiven Betrieb der Windenergieanlage.
Als Monte-Carlo-Algorithmus wird im Rahmen dieser Erfindung ein randomisierter, also auf Zufallswerten basierender Algorithmus verstanden, der durch wiederholtes Ausführen einer Berechnungsvorschrift mit wechselnden Zufallswerten für einen jeweiligen Parameter der Berechnungsvorschrift ein mit einer entsprechenden Ungenauigkeit versehenes Ergebnis liefert. Typischerweise ist hierbei die Größe der Ungenauigkeit durch eine entsprechende Modellierung des Monte-Carlo-Algorithmus, insbesondere durch eine Anzahl von genutzten Zufallswerten, bekannt. Die Erfindung führt erfindungsgemäß auf ein Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 1. Im Rahmen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ermittelt, wobei vorzugsweise abhängig von der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ein Abschalten und/oder Beheizen der Windenergieanlage und/oder ein Ausgeben eines Warnsignals zur Gefahrenabwehr ausgelöst wird, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Es kann auch vorgesehen sein, dass abhängig von der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ein präventives Abschalten und/oder Beheizen der Windenergieanlage und/oder ein Ausgeben eines Warnsignals ausgelöst wird, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt einen vorbestimmten Grenzwert zu überschreiten droht.
Beispielsweise können solche und andere Maßnahmen präventiv eingeleitet werden, um anstehenden Wettervorhersagen oder empirisch (beispielsweise aufgrund von empirischen Daten einer Datenbank) zu erwartenden Entwicklungen präventiv zu begegnen; beispielsweise, um einen Eisansatz erst gar nicht entstehen zu lassen mit präventivem Beheizen der Anlage oder um einen Eiswurf zu begrenzen etwa mit präventivem Senken einer Drehzahl des Rotors der Anlage oder dergleichen Maßnahmen. Die Erfindung führt auch auf ein Software-Modul gemäß Anspruch 19.
Das Software-Modul weist Programmmittel auf und ist dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung einer Windenergieanlage über einen Monte-Carlo-Algorithmus gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuern.
Die Erfindung betrifft insbesondere gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Windenergieanlage gemäß Anspruch 20.
Die Windenergieanlage ist ausgebildet zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere mit einer Warnvorrichtung. Die Warnvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, ein Warnsignal auszulösen, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch die Windenergieanlage einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wobei die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung für die Windenergieanlage zur bestimmt ist. In dem Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurf Verteilung für die Windenergieanlage ist vorgesehen, dass
- zur Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung einer Windenergieanlage verwendet werden:
Anlagendaten, insbesondere weitgehend vorbestimmte oder bestimmbare Anla- gendaten, bevorzugt statische Anlagendaten der Windenergieanlage, und
Umgebungsdaten, insbesondere weitgehend variable Umgebungsdaten der Windenergieanlage, eine Eisstückcharakteristik, und dass
- die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsda ten und der Eisstückcharakteristik über eine Berechnung mittels eines Monte-Carlo Algorithmus bestimmt wird. Die erfindungsgemäße Windenergieanlage löst ein Warnsignal vorteilhaft dann aus, wenn sich das externe Objekt innerhalb eines Bereiches um die Windenergieanlage befindet, in dem mit einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeit Eisfall und/oder Eiswurf zu Boden geht. Dieser Bereich ist daher vorzugsweise als Eisschlagzone, also als örtlicher Bereich mit erhöhter Eisschlaggefahr, festgelegt. Das Warnsignal kann daher vorteilhaft dazu dienen, das externe Objekt von einer weiteren Annäherung an die Windenergieanlage abzuhalten oder dafür zu sorgen, dass es sich von der Windenergieanlage entfernt. Das Warnsignal kann hierbei beispielsweise ein hörbarer Ton, ein optisch wahrnehmbares Signal, oder besonders bevorzugt eine elektronische Nachricht an einen Betreiber der Windenergiean- läge sein.
Das Warnsignal kann dabei auch unmittelbar eine Abschaltung der Windenergieanlage auslösen.
Außerdem betrifft die Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt einen Windpark gemäß Anspruch 24 mit einer Park-Eisschlagzone. Der Windpark weist eine Vielzahl von Wind- energieanlagen eines oder mehrerer Parkabschnitte auf, wobei Windenergieanlagen eines oder mehrerer Parkabschnitte über mindestens einen gemeinsamen Einspeisepunkt zum Anschluss an ein Versorgungsnetz miteinander verbunden sind. Der Windpark weist eine Warnvorrichtung auf, die ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch eine Windenergieanlage des Windparks einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt wird für jede Windenergieanlage des Windparks jeweils durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bestimmt. Der Windpark mit der Warnvorrichtung ist besonders vorteilhaft, da die Eisfall- und/oder Eiswurfwahrscheinlichkeit für alle Windenergieanlagen des Windparks zentral bestimmt und entsprechend überwacht werden kann. Weiterhin kann die Bestimmung und die dadurch ermöglichte eventuelle Überwachung einer Park-Eisschlagzone für den gesamten Windpark die Gefahr von Schäden oder Verletzungen durch Eisfall und/oder Eiswurf in der Umgebung des Windparks verringern.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
In dem Verfahren der Erfindung wird in einer vorteilhaften Weiterbildung die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung über eine Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien berechnet. Die verschiedenen Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien entsprechen dabei verschiedenen Parametern, die im Rahmen des Monte-Carlo-Algorithmus genutzt werden. Insbesondere ist es vorteilhaft für jeden entsprechend der Eisstückcharakteristik bestimmten Zufallswert für ein Eisstück oder für variable auf Zufallswerten basierende Umgebungsdaten eine entsprechende Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorie zu berechnen. Hierdurch kann die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung bestimmt werden, indem Treffpunkte der Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien auf den Untergrund gespeichert und zu einer Eisfall- und/oder Eiswurfhäufigkeit zusammengefügt werden, aus der sich die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ergibt. Die Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien sind typischerweise abhängig von den vorbestimmten Anlagendaten der Windenergieanlage und den Umgebungsdaten der Windenergieanlage. Vorzugsweise wird für die Berechnung der Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien ein Trajektorienmodell verwendet, das die endliche Ausdehnung der Eisstücke berücksichtigt.
In einer Variante dieser Weiterbildung wird die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis einer mindestens zweidimensionalen Bewegungsgleichung des Eisfalls und/oder Eiswurfs in einer durch die Rotorblätter der Windenergieanlage gebildeten Ebene, insbesondere einer zwei- oder dreidimensionalen Bewegungsgleichung, bevorzugt auf Basis einer dreidimensionalen Bewegungsgleichung, berechnet. Die Bewegungsgleichung erfasst dabei durch Verwendung der Umgebungsdaten Einflüsse der Umgebung auf den Eisfall und/oder Eiswurf, wie beispielsweise eine Windgeschwindigkeit und Windrichtung, einen entsprechenden Reibungswiderstand eines Eisstücks in der Luft und die auf das Eisstück wirkende Schwerkraft. In einer besonders bevorzugten Variante der dreidimensionalen Bewegungsgleichung werden die folgenden drei Differentialgleichungen als dreidimensionale Bewegungsgleichung genutzt:
Figure imgf000011_0001
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Die z-Achse beschreibt dabei eine Richtung, die senkrecht zur Erdoberfläche ist. Hierbei steht M für die Masse eines Eisstücks, g ist die Erdbeschleunigung, |V| steht für den Betrag der Geschwindigkeit des Eisstücks, insbesondere gemäß einer vereinfachten Annahme steht |V| für die Anfangsgeschwindigkeit des Eisstücks, CD steht für den Reibungskoeffizienten der Luftreibung (angenommen ist hierbei Newton-Reibung), A für die im Rahmen des Luftwiderstands relevante angeströmte Querschnittsfläche eines Eisstücks, U steht für die Windgeschwindigkeit und p für die Dichte der Luft.
In einer weiteren Variante weist das Verfahren das Bestimmen der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis einer zweidimensionalen Bewegungsgleichung auf, wobei die obigen Gleichungen (1 ) und (3) zur jeweiligen Berechnung der Eiswurf-Trajektorien verwendet werden. Hierbei steht die x-Achse bevorzugt senkrecht zur z-Achse in der durch die Rotorblätter der Windenergieanlage gebildeten Ebene.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Anlagendaten vorbestimmte Anlagendaten. Diese ergeben sich aus einem in der Vergangenheit liegenden Zustand der Windenergieanlage in deterministischer Weise. Insbesondere umfassen die Anlagendaten strukturelle Anlagendaten, welche den Aufbau der Windenergieanlage betreffen, wie beispielsweise einen Rotordurchmesser, eine Nabenhöhe der Windenergieanlage, eine Blattwinkelkurve oder weitere Daten zur Dimensionierung des Rotorblatts. Weitere vorbestimmte Anlagendaten können beispielsweise sein: Turbinen-Typ der Windenergieanlage, eine maximale Rotationsgeschwindigkeit der Windenergieanlage und ein Vorliegen einer Heizvorrichtung in der Windenergieanlage und gegebenenfalls ein Betriebszustand der Heizvorrichtung. In einer Variante haben die Anlagendaten auch einen nicht deterministischen Anteil, der zum Bestimmen der Anlagendaten abgeschätzt wird. Weiterhin umfassen die Anlagendaten in einer Weiterbildung eingegebene und/oder gemessene Anlagendaten, die im Rahmen eines Betriebs der Windenergieanlage variieren und daher nicht vorbestimmt sind, wie beispielsweise die Drehzahl der Rotorblätter, also den Betrieb der Windenergieanlage betreffen.
In einer Weiterbildung umfassen die Umgebungsdaten unter anderem Wetterdaten, wie beispielsweise eine mittlere Temperatur, eine mittlere Windgeschwindigkeit, eine mittlere Windrichtung, oder eine vorbestimmte Eisklassifizierung. Diese Umgebungsdaten können vorbestimmt bereitgestellt sein, und erfordern daher keine fortlaufende Messung.
Die Eisklassifizierung eines Standortes der Windenergieanlage kann beispielsweise durch die von der Forschungskooperation IEA Wind ausgegebene Eisklassifikation gemäß Tabelle 1 erfolgen.
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Tabelle 1
In einer Weiterbildung sind die Umgebungsdaten der Windenergieanlage zeitlich unvorhersehbar veränderliche Umgebungsdaten, insbesondere variable Umgebungsdaten. Die variablen Umgebungsdaten entziehen sich einer deterministischen Vorhersage, wie das beispielsweise für Wetterdaten oder einen Zeitpunkt der Eisbildung auf den Rotorblättern der Fall ist. Daher ist eine Bestimmung durch Festlegung von entsprechenden Zufallswerten besonders vorteilhaft. Hierbei können die Zufallswerte beispielsweise über bekannte Zufallszahlengeneratoren oder über abgespeicherte Zufallszahlentabellen bestimmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung hängen variable Umgebungsdaten von vorbestimmten Umgebungsdaten ab. So ist beispielsweise die statistische Verteilung der mittleren Windgeschwindigkeit, die u.a. gemäß der Weibull-Verteilung angenommen werden kann, ein standortspezifischer vorbestimmbarer Wert, wohingegen die momentane Windgeschwindigkeit ein Teil der unbestimmten Umgebungsdaten ist. Es kann beispielsweise ein Zufallswert der Windgeschwindigkeit statistisch über den Monte-Carlo Algorithmus unter Nutzung der Weibull-Verteilung bestimmt werden. Zeitlich veränderli- che Werte entziehen sich oft einer präzisen Vorhersage. Daher ist deren Festlegung über Zufallswerte in einem vorgegebenen statistischen Rahmen besonders vorteilhaft, da hierdurch verschiedene mögliche zeitliche Veränderungen dieser Werte, also der unbestimmten Umgebungsdaten, statistisch berücksichtigt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Eisstückcharakteristik aus Zufallswerten für eine Fläche eines Eisstücks, ein Volumen eines Eisstücks, eine Masse eines Eisstücks, eine Position eines auf einem Rotorblatt der Windenergieanlage befindlichen Eisstücks, oder eine Kombination daraus berechnet. Die Ausprägung von Eisstücken entzieht sich einer vorhersagenden, deterministischen Betrachtung, so dass deren Berücksichtigung durch Zufallswerte besonders vorteilhaft ist. Für die Modellierung solcher Zufallswerte können bekannte Eisfragment-Modellierungen genutzt werden. Hierbei wird in einer Variante der Erfindung vorteilhaft auf die vorliegende Vereisungsklasse des Standortes der Windenergieanlage oder auf vorliegende Wetterdaten für die Eisfragment- Modellierung zurückgegriffen.
In einer bevorzugten Weiterbildung basiert die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurf- Verteilung auf Zufallswerten für die Fläche und die Masse eines Eisstückes. Entsprechend der bekannten Dichte von Eis können anstelle der Masse auch Zufallswerte für das Volumen bestimmt werden.
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung basiert die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Zufallswerten für das Verhältnis von Fläche zu Masse, A/M eines Eisstücks. In dieser Weiterbildung kann eine notwendige Anzahl von zu bestimmenden Zufallswerten dadurch reduziert werden, dass A und M nicht einzeln über Zufallswerte festgelegt werden, sondern nur ein einziger Zufallswert für das Verhältnis beider Größen der Eisstückcharakteristik genutzt wird.
Vorzugsweise basiert die Eisstückcharakteristik auf einer Eisklassifizierung des Standorts der Windenergieanlage. Eine derartige Eisklassifizierung kann beispielsweise die von der Forschungskooperation IEA Wind ausgegebene Eisklassifikation gemäß Tabelle 1 sein. Die Eisstückcharakteristik umfasst in einer Weiterbildung auch vorbestimmte Daten, beispielsweise: ein Durchschnittsgewicht von Eisstücken, eine mittleren Anzahl von Eisstücken auf einem Rotorblatt der Windenergieanlage, einen Anteil von geworfenen Eisstücken des Rotorblatts oder eine mittlere Verweildauer von Eisstücken auf dem Rotorblatt. Besonders bevorzugt sind derartige vorbestimmte Daten der Eisstückcharakteristik abhängig von der am Standort der Windenergieanlage vorherrschenden Eisklassifizierung.
Bevorzugt erfolgt die Bestimmung von Zufallswerten hierbei durch ein Festlegen eines Mittelwertes beispielsweise für die Masse und/oder ein A/M-Verhältnis eines Eisstückes, entsprechend einer genutzten Eisfragment-Modellierung und einer zufällig bestimmten Abweichung von diesem Mittelwert. Eine Varianz dieser Abweichung ist in einem Beispiel dieser Weiterbildung ebenfalls im Rahmen der Eisfragment-Modellierung oder durch Erfahrungswerte aus früheren Messungen vorgegeben.
Grundsätzlich sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt solche Annahmen für die Eisbildung und/oder für Umgebungseinflüsse und entsprechende unbestimmte Umgebungsdaten zu nutzen, die durch im Fachgebiet bekannte Annahmen gestützt sind oder aus der Industrie durch langfristig gemessene entsprechende Zeitreihen belegt werden können.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das Verfahren die folgenden Schritte auf
- Bereitstellen der, insbesondere vorbestimmten, Anlagendaten der Windenergieanlage;
- Festlegen oder Messen der Umgebungsdaten der Windenergieanlage;
- Festlegen einer Vielzahl von Zufallswerten für die Eisstückcharakteristik, zumindest teilweise basierend auf den Umgebungsdaten; - Berechnen einer Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien, auf Basis der, insbesondere vorbestimmten, Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Vielzahl von Zufallswerten für die Eisstückcharakteristik;
- Bestimmen der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung aus der Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien. Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, ein Aufnehmen von über einen zurückliegenden Zeitraum ermittelten empirischen Daten -insbesondere empirische Anlagendaten, empirische Umgebungsdaten und/oder empirische Eisstückcharakteristik- individuell für die Windenergieanlage und/oder den Typ der Windenergie- anläge, wobei die empirischen Daten für das Bereitstellen der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung verwendet werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass
- mittels einer Anlagen-Datenbank die empirischen Anlagendaten individuell für die Windenergieanlage und/oder den Typ der Windenergieanlage zugeordnet werden, und/oder - mittels einer Umgebungs-Datenbank die empirischen Umgebungsdaten individuell für die Windenergieanlage und/oder den Typ der Windenergieanlage zugeordnet werden, und/oder
- mittels einer Eisstück-Datenbank die empirische Eisstückcharakteristik individuell für die Windenergieanlage und/oder den Typ der Windenergieanlage zugeordnet werden. Eine Eisstückcharakteristik kann beispielsweise in einer Eisstück-Datenbank Werte zum Eiswurf bei verschiedenen Betriebsmodi (z.B. beheizter Betrieb oder unbeheizter Betrieb, Betrieb bei Teillast oder Nennlast oder Volllast) der Anlage umfassen bzw. Werte zum Eisfall bei Stillstand der Anlage umfassen. Die Eisstück-Datenbank kann auch empirische Datenwerte umfassen zu Eisstückzahlen -ggfs. sortiert nach Größe, Gewicht, Fläche, A/M und/oder Typ bzw. Eisstückcharakteristik-; dies ggfs. als Funktion eines Abstands und/oder Winkels zum Fuß der Anlage.
Insbesondere können die über einen zurückliegenden Zeitraum ermittelten empirischen Daten laufend aktualisiert werden, vorzugsweise in der einen oder den mehreren vorgenannten Datenbanken. Diese besonders bevorzugte Weiterbildung und deren Ausbildungen hat den Vorteil, dass die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Eisstückcharakteristik -über eine Berechnung mittels eines Monte-Carlo- Algorithmus bestimmt- zudem auf Basis der empirischen Daten (insbesondere aus einer Datenbank, vorzugsweise aus einer laufend aktualisierten Datenbank) mit bestimmt werden kann und/oder modifiziert werden kann. Dies führt zu einer höheren Anlagen spezifischen Verlässlichkeit der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung; sozusagen zu einer Anlagen spezifisch modifizierten gerechneten Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung unter Berücksichtigung der empirischen Daten.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Verfahren auch ein Aufnehmen aktueller oder über einen zurückliegenden Zeitraum gemittelter Wetterdaten für das Bereitstellen der, insbesondere vorbestimmten, Umgebungsdaten auf. Hierdurch kann die berechnete Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung an meteorologische Gegebenheiten des Standortes der Windenergieanlage angepasst werden.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird weiterhin anhand der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung eine Eisschlagzone um die Windenergieanlage festgelegt. Die Eisschlagzone stellt dabei ein Gebiet um die Windenergieanlage dar, in welchem die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch die Windenergieanlage einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Da die Gondel der Windenergieanlage üblicherweise drehbar gelagert ist, ist die Eis- schlagzone, abhängig von der Windverteilung, beispielsweise annähernd kreisförmig um die Windenergieanlage festgelegt. Alternativ kann sie auch annähernd rechteckig, ellip- soid oder polygonal sein. Hierbei sind die Abmessungen der Eisschlagzone über Eigenschaften der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung festgelegt.
In einer Weiterbildung weist das Verfahren den Schritt eines Vergleichens der anhand der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung festgelegten Eisschlagzone mit einer, auf Basis von insbesondere vorbestimmten Anlagendaten, deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone auf. Es erfolgt ein Sichern derjenigen Eisschlagzone der Windenergieanlage, ausgewählt aus der anhand der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung festgelegten Eisschlagzone und der deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone, die eine kleinere Fläche um die Windenergieanlage aufweist. In dieser Weiterbildung wird eine eventuell um die Windenergieanlagen bestehende nutzbare Fläche vergrößert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist so zuverlässig, dass bei einer Eisschlagzone, die kleiner als eine konventionell geschätzte Eisschlagzone ist, die erfindungsgemäß bestimmte Eisschlagzone aufgrund ihrer standortspezifischen Parameter zu bevorzugen ist. Die Verkleinerung des für den Betrieb einer Windenergieanlage zu schützenden Bereichs um die Windenergieanlage ist ein zentraler Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in allen Weiterbildungen. Hierbei tritt keine Reduzierung des Schutzes vor Eisschlag unterhalb eines vertretbaren Maßes auf. Ein Vergleich der erfindungsgemäß festgelegten Eisschlagzone mit der auf Basis von vorbestimmten Anlagendaten deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone ist auch dadurch vorteilhaft, dass falsche Annahmen oder Fehler im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens schnell erkannt werden können. Die deterministisch berechnete konventionelle Eisschlagzone kann beispielsweise über die bekannte Sicherheitsabstands-Berechnung nach Publikationen von Baring-Gould et al. (IEA,„Wind Energy Projects in Cold Climates", 201 1 ) erfolgen. Hierbei werden zur Berechnung der konventionellen Eisschlagzone alle für die Analyse genutzten Parameter vorbestimmt, wie oben im Rahmen der Gleichungen (1 ) und (2) diskutiert. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Zufallswerte randomisiert, insbesondere wird die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung auf Basis von bevorzugt über 1.000.000 Wiederholungen des Festlegens randomisierter Zufallswerte geschätzt. Je größer die Anzahl an Wiederholungen ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die ermittelte Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung, im Rahmen der für den Monte-Carlo- Algorithmus getroffenen Annahmen hinsichtlich der Umgebungseinflüsse und der Eigenschaften der Windenergieanlage, genau ist und folglich die Umgebungseinflüsse und die Eigenschaften der Windenergieanlage realitätsnah abbildet. In einer anderen, alternativen Weiterbildung wird nur eine geringe Anzahl an Wiederholungen genutzt, um die Dauer der Berechnung im Rahmen des Monte-Carlo-Algorithmus zu verkürzen. Bevorzugt wird die Eisschlagzone oder die Eisfall- und/oder Eiswurfwahrscheinlichkeit im Rahmen der Planung des Standorts einer Windenergieanlage verwendet, um den Standort entsprechend der regional vorliegenden Wetterdaten und der in der Umgebung der Windenergieanlage vorliegenden externen Objekte zu planen. So können für die Windenergieanlage, insbesondere für eine Vielzahl von Windenergieanlagen, bereitgestellte Flächen effektiv genutzt werden, ohne dass dadurch eine Gefahr durch Eisfall und/oder Eiswurf vergrößert wird. So kann die Eisfall- und/oder Eiswurfcharakteristik vorteilhaft für eine Auslegung, Erweiterung oder Planung eines Windparks genutzt werden.
Die Windenergieanlage mit einer Warnvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist in einer Weiterbildung eine Speichereinheit auf, die ausgebildet ist, Eisschlagzonendaten, welche Informationen zu Eigenschaften einer durch die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) festgelegten Eisschlagzone aufweisen, zu speichern und auszugeben. Die Software wird bevorzugt auf einem externen Gerät ausgeführt, das mit der Windenergieanlage nicht verbunden ist. In alternativen Weiterbildungen wird die Software von einem innerhalb der Windenergieanlage befindlichen oder mit der Windenergieanlage elektronisch verbundenen Rechner ausgeführt, der Zugriff auf aktuelle Anlagendaten, wie etwa eine aktuelle Drehzahl des Rotors hat und entsprechend der aktuellen Anlagendaten die vorbestimmten Anlagendaten der Windenergieanlage für die Durchführung des Monte-Carlo-Algorithmus bestimmt. Dies ist insbesondere vorteilhaft für eine Weiterbildung, in der die Eisschlagzone in regelmäßigen, beispielsweise täglichen oder wöchentlichen, Zeitabständen neu festgelegt wird und dabei an aktuelle Wetterdaten und Anla- gendaten angepasst wird, wie beispielsweise einen Zustand einer Heizvorrichtung der Windenergieanlage. Hierdurch kann vorteilhaft eine Anpassung der Eisschlagzone an die aktuelle Großwetterlage oder andere saisonale oder temporäre Einflüsse auf die Anlagendaten erfolgen. Im Rahmen einer regelmäßigen Bestimmung der Eisschlagzone kann auch abgeschätzt werden, ob eine Heizvorrichtung der Windenergieanlage eingesetzt werden sollte bzw. ob auch der Betriebszustand einer eventuell vorhandenen Blattheizvorrichtung angepasst werden sollte. Es kann die für den Monte-Carlo-Algorithmus verwendete Drehzahl allerdings auch unter Berücksichtigung des Anlagendesigns und des Anlagenstandorts festgelegt werden, ohne aktuelle Anlagendaten auszuwerten.
Die Software ist bevorzugt angepasst, eine Parkauslegung eines Windparks zu verbes- sern, oder die Standortfestlegung einer Windenergieanlage an eine vorliegende Standortcharakteristik anzupassen. In einer Weiterbildung ist die Software ausgebildet, einen Betriebsstopp der Windenergieanlage und/oder ein Warnsignal auszulösen, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch die Windenergieanlage einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Auch wenn die vorliegende Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben sind anhand eines Verfahrens zum Betrieb einer oder mehrerer Windenergieanlagen unter Bestimmung einer Eisfalls- und/oder Eiswurfverteilung so sollte dennoch klar sein, dass das Konzept der vorliegenden Erfindung auch grundsätzlich anwendbar ist allgemein auf ein Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage unter Bestimmung einer Verteilung von Teileabfall- und/oder Teilewurf; nämlich insbesondere Teile der Windenergieanlage (Anlagenteile oder Anlagenstücke, wie Teilstücke oder Teilschichten, z.B. von Rotorblättern oder des Turms) oder anderer Teile (wie etwa zunächst anhaftende und dann abfallende oder abgeworfene Umgebungsteile wie Schmutz oder dergleichen).
Jedes Anlagenteil oder Anlagenstück hat naturgemäß eine lastbedingte Ermüdungszeit oder Teilecharakteristik kann sich vorzeitig von der Anlage lösen. Somit können von stehenden bzw. betriebenen Anlagenbereichen je nach Umweltbedingungen insbesondere Anlagenteile abfallen bzw. von einem drehenden Rotorblatt abgeworfen werden. Auch können beispielsweise zu externen Teilen akkumulierte Partikel wie Schmutz oder dergleichen abfallen oder abgeworfen werden. Auch auf solche fallenden oder geworfenen Teile kann das Trajektorienmodell angewendet werden im Rahmen eines Monte-Carlo- Algorithmus also zur Bestimmung einer Verteilung von solchen Teilen dienen. Ganz allgemein ist das Konzept der Erfindung also zu verstehen als Betriebsverfahren unter Bestimmung einer Eis- oder Teile-Fall und/oder Eis- oder Teile-Wurfverteilung.
In dem Verfahren zur Bestimmung einer Eis- oder Teile-Fall und/oder Eis- oder Teile- Wurfverteilung für die Windenergieanlage ist vorgesehen, dass
- zur Bestimmung der Eis- oder Teile-Fall und/oder Eis- oder Teile-Wurfverteilung einer Windenergieanlage verwendet werden:
Anlagendaten, insbesondere weitgehend vorbestimmte oder bestimmbare Anlagendaten, bevorzugt statische Anlagendaten der Windenergieanlage, und Umgebungsdaten, insbesondere weitgehend variable Umgebungsdaten der Windenergieanlage, eine Eisstück- oder Teilecharakteristik, und dass
- die Eis- oder Teile-Fall und/oder Eis- oder Teile-Wurfverteilung auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Eisstück- oder Teilecharakteristik über eine Be- rechnung mittels eines Monte-Carlo-Algorithmus bestimmt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese sollen die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend der Form und des Details einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen; insbesondere kann die Beschreibung zur Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung gemäß den Ausführungsformen auch verstanden werden als Beschreibung zur Bestimmung der Teile-Fall und/oder Teile-Wurfverteilung allein oder in Kombination mit der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung.
Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Wei- terbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der einge- schränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
FIG.1 ein Schema eines Verfahrens zur Bestimmung einer Eisschlagzone für eine
Windenergieanlage betreffend Eisfall und/oder Eiswurf, im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung;
FIG.2a, FIG.2b eine Illustration einer bekannten deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone (FIG.2a) und einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ers- ten Aspekt der Erfindung berechnet wurde (FIG.2b);
FIG.3 den Aufbau einer Windenergieanlage mit einem Turm und einer Gondel— vorliegend mit einer Warnvorrichtung, die ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen- im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; den Aufbau einer Windenergieanlage mit einem Turm und einer Gondel— vorliegend mit einem Schutzmittel, das ausgebildet ist, eine Eisschlagzone der Windenergieanlage gegen unbefugtes Betreten zu sichern- im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
FIG.5 den Aufbau eines Windparks mit einem Parkabschnitt und mindestens einem gemeinsamen Einspeisepunkt zum Anschluss an ein Versorgungsnetz— vorliegend mit einer Park-Eisschlagzone, die anhand von Eisschlagzonen der einzelnen Windenergieanlagen festgelegt ist - im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 6a, FIG. 6b ein Schema einer zur Implementierung eines Software-Moduls, das zum einen ein Eiswurf-Modul (FIG.6a) umfasst, das dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (FIG.6b) einer Windenergieanlage über einen Monte-Carlo-Algorithmus zu bestimmen und zum anderen ein SCADA-Modul (Supervisory Control and Data Acquisition) (FIG.6a) umfasst als ein Computer-System zum Überwachen und Steuern von technischen Prozessen der Windenergieanlage, um die Windenergieanlage zu betreiben, vorzugsweise zur Bestimmung einer Sektorenaufteilung bei einer Eisschlagzone (FIG.6b);
FIG. 7 ein detailliertes Schema zum Betrieb einer Windenergieanlage (WEA) mit einem grundsätzlichen Heizkonzept bei einer Eisüberwachung der Windenergieanlage (WEA) unter Einsatz einer Rotorblattheizung (RBH);
FIG. 8 ein detailliertes Schema zum Betrieb einer Windenergieanlage (WEA) mit einem grundsätzlichen Abschaltkonzept zum Festlegen eines in Fig. 6 gezeigten Abschaltsektors bzw. Sektors zum Heizen bei Stillstand.
FIG.1 zeigt ein Schema eines Verfahrens 5 zur Bestimmung einer Eisschlagzone für eine Windenergieanlage betreffend Eisfall und/oder Eiswurf, im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung.
Das Verfahren 5 weist in einem ersten Schritt 10 ein Bereitstellen von Anlagendaten der Windenergieanlage auf. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich dabei um eingegebene und gemessene Anlagendaten. Eingegebene vorbestimmte Anlagendaten sind dabei eine Nabenhöhe der Windenergieanlage, eine maximale Rotationsgeschwindigkeit von Rotorblättern der Windenergieanlage und der Rotorblattdurchmesser. Gemessene Anlagendaten sind die Drehzahlen der Rotorblätter, ein vorliegender Heizmo- dus einer Heizvorrichtung in der Windenergieanlage und eine Angabe, ob die Rotorblätter der Windenergieanlage rotieren.
In einem weiteren Schritt 20 werden, insbesondere unbestimmte, Umgebungsdaten der Windenergieanlage über Zufallswerte festgelegt und bereitgestellt. Bei den Umgebungs- daten handelt es sich zumindest teilweise um zeitlich veränderliche Umgebungsdaten, wie etwa um eine Windrichtung, eine Windgeschwindigkeit oder eine Außentemperatur. Im Detail kann beispielsweise ein Zufallswert für einen Rotorblattwinkel festgelegt werden, indem ein Zufallswert P zwischen 0 und 1 bestimmt wird, dieser Zufallswert P mit 2*Pi multipliziert wird, und somit ein zufälliger Wert zwischen 0 und 2*Pi erhalten wird. Analog kann eine zufällige normalverteilte Abweichung von einem bekannten Mittelwert beispielsweise über die bekannte Box-Müller-Methode realisiert werden.
In einem weiteren Schritt 30 werden Zufallswerte basierend auf einer auf den Umgebungsdaten basierenden Eisstückcharakteristik bestimmt. Hierbei werden insbesondere Zufallsdaten für ein Gewicht, eine Position eines auf dem Rotorblatt der Windenergiean- läge befindlichen Eisstücks und für eine äußere Fläche des Eisstücks bestimmt.
Ein nächster Schritt 40 umfasst ein Bestimmen einer Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorie eines Eisstückes auf Basis der Anlagendaten, der Zufallswerte der Umgebungsdaten und der über die Eisstückcharakteristik bestimmten Zufallswerte über einen Monte-Carlo- Algorithmus. Hierbei werden vor allem die vorbestimmten Anlagendaten und die insbesondere unbestimmten Umgebungsdaten genutzt, um durch wiederholtes Ausführen der Schritte 20 und 30 eine Vielzahl von Eiswurf-Trajektorien zu berechnen. Die Berechnung der Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorie erfolgt über die oben angegebene dreidimensionale Bewegungsgleichung, die sich aus der komponentenweisen Darstellung der Gleichungen (1 ), (2) und (3) ergibt. Nach der Berechnung einer einzelnen Eisfall-und/oder Eiswurf- Trajektorie erfolgt eine Bestimmung von neuen Zufallswerten und eine entsprechende, auf den neuen Zufallswerten basierende, Berechnung einer nächsten Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorie. Eine solche Wiederholung der Berechnung einer Eisfall-und/oder Eiswurf-Trajektorie erfolgt bevorzugt über 1.000.000 Mal im Rahmen des Bestimmens der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung.
Im vorliegenden Fall ist vorgesehen, dass im Schritt 40 eine Eiswurf-Trajektorie berechnet wird unter Verwendung der in den Schritten 20 und 30 bestimmten Zufallswerte, also insbesondere unter Verwendung einer Eisstückcharakteristik. Die Eisstückcharakteristik berücksichtigt vor allem eine oder mehrere der folgenden Parameter allein oder in Korn- bination: eine Fläche eines Eisstücks, eine Masse eines Eisstücks, eine Position eines auf einem Rotorblatt 108 der Windenergieanlage 100 befindlichen Eisstücks. Es kann insbesondere die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung 80 auf Zufallswerten für die Fläche und die Masse eines Eisstückes basieren. Eine Kombination aus diesen Parametern hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen und betrifft insbesondere eine Kennzahl wie die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung 80 aufgrund von Zufallswerten für das Verhältnis von Fläche zu Masse A/M eines Eisstücks.
Die Eisstückcharakteristik kann -vorteilhaft basierend auf den Werten für ein Verhältnis von Fläche zu Masse A/M eines Eisstücks- eine Eisklassifizierung des Standorts der Windenergieanlage berücksichtigen. Eine Eisklassifizierung ordnet eine bestimmte Sorte von Eis z.B. nach einem bestimmten Verhältnis von Fläche zu Masse A/M eines Eisstücks, aber auch in alternativen Ausführungsformen nach Form, Oberfläche oder Struktur. Vorteilhaft kann das Auftreten einer gewissen Eisklasse bestimmten Umgebungsbe- dingungen wie beispielsweise einer Menge von Eis auf einem Rotorblatt der Windenergieanlage zugeordnet werden.
Im darauffolgenden Schritt 50 werden Auftreffpunkte der Eisfall- und/oder Eiswurf- Trajektorien auf dem Erdboden berechnet und auf Basis dieser Auftreffpunkte wird die Eisfall- und/oder Eiswurf-Verteilung der Windenergieanlage berechnet. Die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung liegt in dieser Ausführungsform als zweidimensionale Wahrscheinlichkeitsverteilung für ein Auftreffen eines Eisstückes in einem die Windenergieanlage umgebenden Gebiet vor. Eine genauere Beschreibung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ist im Rahmen von FIG.2b dargestellt.
In einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform, werden die Schritte 20 und 30 nicht wiederholt ausgeführt, sondern sämtliche Zufallswerte werden im Rahmen eines Schrittes bestimmt, und daraufhin werden Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien für sämtliche bestimmte Zufallswerte berechnet.
Die Bestimmung der Eischarakteristik erfolgt unter Verwendung von bekannten Eisfragment-Modellen. Hierbei kann anhand einer am Standort der Windenergieanlage vorherr- sehenden Vereisungsklasse und anhand einer aufgenommenen Wetterinformation, wie beispielsweise Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Windhäufigkeit, auf eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für das Gewicht eines sich von den Rotorblättern ablösenden Eisstücks geschlossen werden. Außerdem kann vorteilhaft die erhaltene Eisschlagzone oder die bestimmte Eiswurfverteilung mit experimentellen Ergebnissen verglichen werden.
FIG.2 illustriert im Rahmen von FIG.2a eine deterministisch berechnete konventionelle Eisschlagzone 70 um eine Windenergieanlage 100. Hierbei wurde der Schutzbereich über die deterministische Berechnung von vorbestimmten Daten, nämlich Nabenhöhe und Rotordurchmesser der Windenergieanlage 100, und mittlerer Windgeschwindigkeit am Standort gemäß den oben angegebenen Gleichungen (1 ) und (2) abgeschätzt. Hieraus ergibt sich aufgrund empirischer Ergebnisse, dass außerhalb eines äußeren Schutzbereiches 74 die Gefahr von Unfällen durch Eisfall- und/oder Eiswurf sehr gering ist, und außerhalb eines inneren Schutzbereiches 78 die Gefahr von Unfällen durch Eisfall- und/oder Eiswurf immer noch klein ist. Das dargestellte Ergebnis basiert somit wesentlich auf in der Vergangenheit ausgeführten Beobachtungen, d.h. die Modellierung beruht auf zufallsverteilten Werten und des Ergebnis auf der Modellierung. Auf eine Verteilungsfunktion von zufallsverteilten Werten im Ergebnis selbst kann somit weitest- gehend verzichtet werden - dies macht das Ergebnis vergleichsweise genau und verlässlich.
FIG.2b zeigt eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung 80, wie sie im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung berechnet wurde. Man erkennt um die Windenergieanlage 100 einen hell dargestellten Bereich 90, in dem die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Eiswurf bereits deutlich geringer ist als in unmittelbarer Nähe zur Windenergieanlage 100. Es ist ebenfalls anhand eines Vergleichs zwischen FIG.2a und 2b erkennbar, dass die Ergebnisse für eine jeweilige Gefahreneinschätzung vergleichbar sind, jedoch Unterschiede bei detaillierter Betrachtung auftreten. Insbesondere ist die bestimmte Eiswurfverteilung 80 nicht isotrop um die Windenergiean- läge 100 ausgebildet, sodass sich östlich von der Windenergieanlage 100 ein größerer Gefahrenbereich bezüglich Eisfall-/ Eiswurf ergibt, als dies südlich von der Windenergieanlage 100 der Fall ist. Eine solche, auf standortspezifischen Daten beruhende Asymmetrie wurde mit der in FIG.2a dargestellten deterministisch geschätzten konventionellen Eisschlagzone 70 mit innerem und äußerem Schutzbereich 74, 78 nicht erfasst. In einer nicht dargestellten Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wird in einem letzten Schritt des Verfahrens ein Vergleich zwischen der auf Basis einer probabilistischen Berechnung festgelegten Eisschlagzone und einer deterministisch berechneten konventionellen Eisschlagzone durchgeführt, und diejenige Eisschlagzone mit einer kleineren um die Windenergieanlage verteilten Fläche wird abschließend als finale Eisschlagzone festgelegt. Hierbei bildet der Vergleich eine vor- teilhafte Überprüfungsinstanz, um Fehler in genutzten Datensätzen zu finden und zu korrigieren. Die erfindungsgemäß bestimmte Eisschlagzone ist durch den genutzten Standortbezug besonders vertrauenswürdig und dabei dennoch gemäß bisheriger Erfahrungen geringer als die konventionell geschätzte Eisschlagzone. FIG.3 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 einer Nabe 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
Außerdem weist die Windenergieanlage 100 eine Warnvorrichtung 140 auf, wobei die Warnvorrichtung 140 ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen, falls ein sich bewegendes Objekt sich innerhalb einer Eisschlagzone 130 der Windenergieanlage 100 befindet. Die Eisschlagzone 130 wurde dabei gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung festgelegt. Die illustrierte Ausführungsform der Windenergieanlage 100 zeigt, dass die Eisschlagzone 130 eine rechteckige Form haben kann. Jede andere geometrische Form, insbesondere eine elliptische oder polygonale Form, ist ebenfalls möglich, wobei die Ausmaße dieser jeweiligen geometrischen Form, also insbesondere der vorliegenden rechteckigen Form, gemäß der ermittelten Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung festgelegt wurden.
Die Warnvorrichtung 140 ist in dieser Ausführungsform als Kamerasystem 144 ausgebil- det, welches an dem Turm 102 befestigt ist. Das Kamerasystem 144 umfasst zwei schwenkbare Kameras 146, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine Kamera in FIG.3 dargestellt ist. Die Datenerfassung durch die Kamera sowie die entsprechende Auswertung erfolgen automatisch.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nicht dargestellt, dass die Warnvorrichtung 140 eine Speichereinheit aufweist. Die Speichereinheit ist ausgebildet, Eisschlagzonendaten, welche Informationen zu Eigenschaften der Eisschlagzone 130 aufweisen, zu speichern und auszugeben. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Eisschlagzonendaten an eine Verarbeitungseinheit der Warnvorrichtung ausgegeben, die zusätzlich durch das Kamerasystem 144 aufgenommene Daten empfängt. Falls ein Betreten der Eisschlagzo- ne 130 durch ein Objekt durch die Verarbeitungseinheit festgestellt wird, ist diese ausgebildet, das Warnsignal auszulösen.
Das Warnsignal ist in der dargestellten Ausführungsform eine blinkende Lampe 148, welche ausgebildet ist, eine sich innerhalb der Eisschlagzone befindliche Person darauf aufmerksam zu machen, dass sie sich in einem bezüglich Eisschlag gefährlichen Gebiet befindet.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist das Warnsignal ein elektrisches Signal, welches an einen Betreiber der Windenergieanlage gesendet wird. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist das Warnsignal ein akustisches Signal.
FIG.4 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Schutzmittel 135, wobei das Schutzmittel 135 ausgebildet ist, eine Eisschlagzone 130 der Windenergieanlage 100 gegen unbefugtes Betreten zu sichern. Die Eisschlagzone 130 ist dabei gemäß einem Verfahren entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung festgelegt worden. Das Schutzmittel 135 ist in der dargestellten Ausführungsform ein Zaun, in anderen nicht dargestellten Ausführungsform ist das Schutzmittel 135 ein Warnschild, ein Graben oder eine Mauer.
Die in FIG.4 dargestellte Windenergieanlage unterscheidet sich mithin von der Windenergieanlage aus FIG.3 dadurch, dass kein Warnsignal ausgelöst wird, falls ein bewegtes Objekt sich innerhalb der Eisschlagzone 130 der Windenergieanlage befindet, da dies bereits durch das Schutzmittel 135 verhindert werden kann. Das Schutzmittel 135 weist einen in Fig. 4 nicht dargestellten Durchgang auf, durch den Fachpersonal, beispielsweise im Falle einer Wartung, die Windenergieanlage erreichen kann.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform weist die Windenergieanlage sowohl ein Schutzmittel, wie beispielsweise einen Zaun, als auch eine Warnvorrichtung zum Auslö- sen eines Warnsignals auf. Hierdurch kann die Gefahr eines durch Eisfall- und/oder Eiswurf verursachten Unfalls für Mensch und Tier verringert werden.
FIG.5 zeigt einen Windpark 1 12 mit beispielhaft drei Windenergieanlagen 100 eines Parkabschnitts, die gleich oder verschieden sein können. Die drei Windenergieanlagen 100 stehen somit repräsentativ für im Grunde eine beliebige Anzahl von Windenergiean- lagen eines Windparks 1 12 mit einem oder mehreren Parkabschnitten. 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 mindes- tens einen gemeinsamen Einspeisepunkt 1 18, der auch allgemein als PCC bezeichnet wird, in das Versorgungsnetz 120 einzuspeisen. FIG.5 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 ge- staltet sein, indem beispielsweise auch ein Transformator am Ausgang jeder Windenergieanlage 100 vorhanden ist, um nur ein anderes Ausführungsbeispiel zu nennen.
Der Windpark 1 12 weist eine Park-Eisschlagzone 150 auf, wobei alle Windenergieanlagen 100 des Windparks 1 12 innerhalb der Park-Eisschlagzone 150 liegen. Die Park- Eisschlagzone 150 ist anhand von Eisschlagzonen 130 der einzelnen Windenergieanlagen 100 festgelegt, wobei die Eisschlagzonen 130 jeweils durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisschlagzone für Windenergieanlagen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bestimmt sind. Hierbei können Eisschlagzonen 130 verschiedener Windenergieanlagen 100 entsprechend unterschiedlicher Eigenschaften der jeweiligen Windener- gieanlage 100 auch unterschiedlich ausgebildet sein.
In der dargestellten Ausführungsform ist eine rechteckige Form der Park-Eisschlagzone 150 genutzt. Die Ausmaße dieser rechteckigen Form sind anhand der Eisschlagzonen 130 der einzelnen Windenergieanlagen 100 festgelegt.
In nicht dargestellten Ausführungsformen hat die Park-Eisschlagzone eine runde Form, eine ellipsoide Form, eine quadratische Form oder eine polygonale Form.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist die Park-Eisschlagzone aus einer Vereinigung sämtlicher Eisschlagzonen der jeweiligen Windenergieanlagen gebildet.
Die Park-Eisschlagzone verfügt in einer nicht dargestellten Ausführungsform über ein Schutzmittel und einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform über eine Warnvorrichtung, wie sie in FIG 3 für eine Windenergieanlage dargestellt ist.
Fig. 6a zeigt zunächst für eine Windenergieanlage 100 wie sie in Fig. 4 als Einzelanlage bzw. Fig. 5 als Teil eines Windparks gezeigt ist eine Anlagensteuerung 160 mit einem SCADA-Modul 161 sowie einem Eiswurf-Modul 162, die mit einem Modul 163 zur Umset- zung eines Abschalt- bzw. Heizkonzepts bidirektional datenkommunizierend verbunden sind und mit diesem zusammen arbeiten im Rahmen der eine Anlagensteuerung 160; dabei ist diese Zusammenarbeit unabhängig vom Standort der Module - diese können einzeln oder in Gruppen in der Anlage, in deren Nähe oder weiter entfernt, z.B. in einer Steuerzentrale eines Windparks oder noch weiter entfernt z.B. in einer Steuerzentrale der Anlagen einer Region angeordnet sein und bidirektional datenkommunizierend verbunden sein. Das SCADA-Modul 161 ist vorliegend der Betriebssteuerung einer hier symbolisch dazu gezeigten Windenergieanlage 100 zugeordnet. Das Eiswurf-Modul 162 ist vorliegend auf einem separaten Rechner oder Anlagenrechner 101 oder zusätzlich oder alternativ auch auf der Betriebssteuerung einer hier symbolisch dazu gezeigten Windenergieanlage 100 implementiert sein.
Das SCADA-Modul kann zur Fernüberwachung der Windenergieanlage eingesetzt werden, das heißt es können beispielsweise Daten über Statusmeldungen vom Anlagenzu- stand und von Fehlern, Ertragsdaten sowie weiteren Betriebsdaten wie Drehzahl, Leistung, Windgeschwindigkeit und Windrichtung erfasst werden. Dazu kann im vorliegenden Fall auch eine Information zu einem Vereisungszustand dienen, wie beispielsweise eine Parameterangabe dazu, ob eine Vereisung vorhanden ist oder nicht. In der Betriebssteuerung oder dem separaten Rechner oder Anlagenrechner 101 können die Daten gesammelt werden und über Modem abgerufen werden. Die Betriebssteuerung oder der separate Rechner oder Anlagenrechner 101 umfasst vorliegend auch ein vorgenanntes Eiswurf-Modul 162, das zur Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung 80 ausgebildet ist. Das Eiswurf-Modul 162 ist allein oder jedenfalls in datentechnischer Kommunikation mit der vorgenannten Peripherie an Rechnern und Steuerungen ausgebildet, eine Eisschlagzone 130 anzugeben (area of impact), die in Fig. 6b beispielhaft mit der Windenergieanlage 100 -also analog wie in Fig. 4 oder Fig. 5 bereits symbolisch gezeigt- - dargestellt ist.
Außerdem sind in Fig. 6b die in Fig. 6a genannten Schutzobjekte gezeigt wie beispielsweise ein Haus 134.1 oder eine Solaranlage 134.2. Die Eisschlagzone 130 kann in unterschiedliche kritische Sektoren 131 i, 131 ii -hier zum Heizen im Betrieb- oder den Sektor 132 -hier zum Heizen im Stillstand- oder den Sektor 133—für eine Gondelpositi- on- unterteilt sein.
Die Sektoren 131. i, 131. ii, 132, 133 der Eisschlagzone 130 können je nach Umgebungsbedingungen variieren und je nach Schutzobjektanordnung variieren. Es kann im Rahmen einer solchen Anordnung also eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung 80 mittels dem Eiswurf-Modul 162 angegeben werden und unter Berücksichtigung der Daten des SCADA-Moduls 161 in einem Modul zur Umsetzung des Abschalt- bzw. Heizkonzepts 163 verwendet werden, das -wie in dieser Ausführungsform dargestellt- auch Sektoren (Sektoren also im Sinne von Winkelbereichen der Eisschlagzone 130) berücksichtigt; vorliegend jedenfalls die in Fig. 6b dargestellten Sektoren einer Eisschlagzone 130 zum Heizen im Betrieb (Sektor 132 je nach Anordnung von Schutzobjekten), zum Heizen im Stillstand (Sektor 133) und für eine Gondelposition (Sektor 133) berücksichtigt. Ein solches Abschalt- bzw. Heizkonzept -wie beispielsweise im Modul 163 der Abschalt- und Heizsteuerung implementiert- ist im Rahmen eines detaillierten Schemas zum Betrieb der Windenergieanlage (WEA) in Fig.7 dargestellt.
Die Windenergieanlage WEA läuft gemäß dem Abschalt- bzw. Heizkonzept der Fig.7 im Schritt S1 solange, bis gemäß einem Abfrageschritt S2 ein Eisansatz erkannt wird und/oder Wetterdaten zeigen, dass Vereisungsbedingungen vorliegen. Sollten solche Bedingungen einer Eiserkennung vorliegen kann unter weiterer Berücksichtigung eines Abfrageschritts S3 ob eine Blattheizung -im Betrieb- zulässig ist, im Schritt S4 die Rotorblattheizung (RBH) automatisch eingeschaltet werden oder (falls nicht automatisch möglich) in einem manuellen Schritt die Rotorblattheizung (RBH) eingeschaltet werden. Bejahendenfalls nach Schritt S4 oder S5 schaltet sich somit -falls eine Blattheizung im Betrieb zulässig ist- die Rotorblattheizung RBH in Betrieb dann ein, wie dies im Schritt S45 dargestellt ist.
Sollte jedoch ein solches Einschalten im Betrieb oder eine Eiserkennung wie erläutert nicht möglich sein, kann auch aufgrund einer Betriebskennlinie der Windenergieanlage WEA jedenfalls geprüft werden, ob ein Eisansatz anzunehmen ist - sollte das Ergebnis einer solchen Prüfung des Schrittes S6 positiv sein, kann danach im Schritt S7 geprüft werden ob die Detektionszeit für einen Eisansatz überschritten ist.
Sollte dies für den Schritt S7 der Fall sein, kann ein bevorzugter Abschaltsektor der Windenergieanlage festgelegt werden. Dazu wird im Schritt S8 die Abfrage des Abschaltsektors im Rahmen eines vorgesehenen Ablaufs umgesetzt.
Wie im Schritt S9 dargestellt, hält die Windenergieanlage WEA an und die Rotorblattheizung RBH wird eingeschaltet - dazu ist ein in Schritt S10 dargestellter Ablauf zum Einschalten der Rotorblattheizung RBH bei Stillstand vorgesehen. Anschließend kann die Windenergieanlage wie in Schritt S1 dargestellt wieder anlaufen.
Sollte der vorgenannte Ansatz zum Feststellen eines Eisansatz im Rahmen eines Kennlinienverfahrens nicht möglich oder nicht angemessen sein, kann -etwa vorsichtshalber oder im Rahmen einer präventiven Maßnahme (diese kann beispielsweise durch vorgenannte empirische Daten nahegelegt sein)- im Schritt S1 1 dennoch die Rotorblatthei- zung RBH, (vorliegend z.B. 20 Minuten) für einen bestimmten oder vorbestimmten Zeitraum aktiv sein (dies ggfs. auch im Betrieb der Windenergieanlage WEA).
Soweit nicht bereits im Betrieb läuft die Windenergieanlage danach weiter wie im Schritt S1 dargestellt. Fig. 8 zeigt im Detail wie ein Abschaltkonzept im Rahmen des Betriebs einer Windenergieanlage WEA vorgesehen sein kann unter Festlegung eines Sektors zum Heizen bei Stillstand. Dazu wird zum Teil auf die gleichen Bezugszeichen zurückgegriffen wie die in Fig. 7. Im Rahmen des vorgesehenen Ablaufs zur Abfrage eines Abschaltsektors im Schritt S8 wird anschließend abgerufen, ob ein Abschaltsektor -entnommen aus einer Eiswurf- oder Eisfallberechnung; also der Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung- vorgegeben ist oder vorgesehen werden sollte; dies ist im Schritt S9.0 dargestellt.
Beispielsweise macht es Sinn, die besonders betroffenen Sektoren zum Heizen im Be- trieb nicht gerade in der Nähe von schützenswerten Objekten 134.1 , 134.2 zuzulassen; diese sind in Fig. 6b deswegen möglichst weit entfernt zu den schützenswerten Objekten vorgesehen.
Liegt eine Sektorvorgabe vor, hält die Windenergieanlage in dem vorgegebenen Sektor an wie dies in Schritt S9.1 dargestellt ist; falls nicht hält die Windenergieanlage an wie es sich aus dem weiteren Betrieb normalerweise ergibt und wie dies im Schritt S9.2 dargestellt ist.
Anschließend wird der vorgesehene Ablauf zum Einsatz der Rotorblattheizung RBH bei Stillstand im Schritt S10 umgesetzt. Ist dieser abgeschlossen, läuft die Windenergieanlage wiederum an, wie dies im Schritt S1 dargestellt ist.
Bezuqszeichenliste
5 Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung
10, 20, 30, Schritte des Verfahrens zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eis
40, 50 wurfverteilung
70 deterministisch geschätzte konventionelle Eisschlagzone
74 äußerer Schutzbereich
78 innerer Schutzbereich
80 Eiswurfverteilung
90 Bereich mit geringer Eiswurfgefahr
100 Windenergieanlage (WEA)
101 Anlagenrechner
102 Turm
104 Gondel
106 Rotor
108 Rotorblätter
1 10 Nabe
1 12 Wind park
1 14 Parknetz
1 16 Transformator
1 18 Einspeisepunkt
120 Versorgungsnetz
130 Eisschlagzone
131 i, 131 Ü Sektor der Eisschlagzone für Heizen im Betrieb
132 Sektor der Eisschlagzone für Heizen im Stillstand
133 Sektor der Eisschlagzone für Gondelposition
134i, 134Ü durch Eiswurf gefährdete Objekte (Haus, Solaranlage)
135 Schutzmittel
140 Warnvorrichtung
144 Kamerasystem
146 Kamera
148 Lampe
150 Park-Eisschlagzone
160 Anlagensteuerung
161 SCADA-Modul
161 Eiswurf-Modul
163 Modul für Abschalt- und/oder Heizsteuerung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage (100), wobei für die Windenergieanlage (100) eine Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung ermittelt wird, insbesondere laufend ermittelt wird, gemäß einem Verfahren (5) zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) für die Windenergieanlage (100), insbesondere für eine einzelne Windenergieanlage (100) und/oder für ein Kollektiv einer Vielzahl von Windenergieanlagen (100) oder eines Windparks (1 12) als Ganzes, dadurch gekennzeichnet, dass
- zur Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) verwendet werden: Anlagendaten der Windenergieanlage (100), und
Umgebungsdaten der Windenergieanlage (100), und eine Eisstückcharakteristik, und dass
- die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) auf Basis der Anlagendaten, der Umge- bungsdaten und der Eisstückcharakteristik über eine Berechnung mittels eines Monte-
Carlo-Algorithmus bestimmt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei die Anlagedaten, insbesondere vorbestimmten Anlagedaten, strukturelle Anlagedaten umfassen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Anlagendaten, eingegebene und/oder gemessene Anlagendaten umfassen, die im Rahmen eines Betriebs der Windenergieanlage variieren.
4. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Umgebungsdaten, insbesondere variable Umgebungsdaten, zeitlich unvorhersehbar veränderliche Umgebungsdaten umfassen.
5. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) über eine Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf- Trajektorien unter Berücksichtigung einer endlichen Ausdehnung entsprechender Eisstücke berechnet wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) auf Basis einer drei-dimensionalen Bewegungsgleichung berechnet wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisstückcharakteristik aus einer Kombination von Zufallswerten für eine Fläche eines Eisstücks, eine Masse eines Eisstücks und eine Position eines auf einem Rotorblatt (108) der Windenergieanlage (100) befindlichen Eisstücks berechnet wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) auf Zufallswerten für die Fläche und die Masse eines Eisstückes basiert.
9. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Bestimmung der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) auf Zufallswerten für das Verhältnis von Fläche zu Masse (A/M) eines Eisstücks basiert.
10. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisstückcharakteristik auf einer Eisklassifizierung des Standorts der Windenergieanlage basiert.
1 1. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eisstückcharakteristik Daten umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einem Durchschnittsgewicht von Eisstücken, einer mittleren Anzahl von Eisstücken auf einem Rotorblatt (108) der Windenergieanlage, einem Anteil von geworfenen Eisstücken auf dem Rotorblatt (108), eine Verweildauer von Eisstücken auf dem Rotorblatt (108).
12. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verfahren weiter die folgenden Schritte aufweist
- Bereitstellen der, insbesondere vorbestimmten, Anlagendaten der Windenergieanlage (100); - Festlegen oder Messen der Umgebungsdaten der Windenergieanlage (100);
- Festlegen einer Vielzahl von Zufallswerten für die Eisstückcharakteristik, zumindest teilweise basierend auf den Umgebungsdaten;
- Berechnen einer Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien, auf Basis der Anlagendaten, der Umgebungsdaten und der Vielzahl von Zufallswerten für die Eisstückcharakteristik;
- Bestimmen der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) aus der Vielzahl von Eisfall- und/oder Eiswurf-Trajektorien.
13. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin aufweisend ein Aufnehmen von über einen zurückliegenden Zeitraum ermittelten empirischen Daten -insbesondere empirische Anlagendaten, empirische Umgebungsdaten und/oder empirische Eisstückcharakteristik- individuell für die Windenergieanlage und/oder den Typ der Windenergieanlage, wobei die empirischen Daten für das Bereitstellen der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) verwendet werden.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass
- mittels einer Anlagen-Datenbank die empirischen Anlagendaten individuell für die Windenergieanlage und/oder den Typ der Windenergieanlage zugeordnet werden, und/oder
- mittels einer Umgebungs-Datenbank die empirischen Umgebungsdaten individuell für die Windenergieanlage und/oder den Typ der Windenergieanlage zugeordnet werden, und/oder
- mittels einer Eisstück-Datenbank die empirische Eisstückcharakteristik individuell für die Windenergieanlage und/oder den Typ der Windenergieanlage zugeordnet werden.
15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die über einen zurückliegenden Zeitraum ermittelten empirischen Daten laufend aktualisiert werden.
16. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, weiterhin aufweisend ein Aufnehmen von über einen zurückliegenden Zeitraum gemittelter Wetterdaten für das Bereitstellen der Umgebungsdaten.
17. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei weiterhin anhand der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) eine Eisschlagzone (130) um die
Windenergieanlage (100) festgelegt wird.
18. Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei abhängig von der Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung
- ein Abschalten und/oder Beheizen der Windenergieanlage (100) und/oder ein Ausgeben eines Warnsignals ausgelöst wird, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder
Eisfalls auf ein externes Objekt einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, oder
- ein präventives Abschalten und/oder Beheizen der Windenergieanlage (100) und/oder ein Ausgeben eines Warnsignals ausgelöst wird, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt einen vorbestimmten Grenzwert zu überschreiten droht
19. Software mit Programmmittel aufweisend ein Modul, insbesondere Steuerung einer Windenergieanlage mit dem Modul, das dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung einer Windenergieanlage über einen Monte-Carlo-Algorithmus zu bestimmen und die Windenergieanlage gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18 zu betreiben, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln.
20. Windenergieanlage (100), dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 betreibbar ist und/oder ein Software-Modul, insbesondere eine Steuerung mit dem Software-Modul, des Anspruch 19 aufweist.
21. Windenergieanlage (100) gemäß Anspruch 20, mit einer Warnvorrichtung (140), wobei die Warn Vorrichtung (140) ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen, falls die
Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch die Windenergieanlage (100) einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
22. Windenergieanlage (100) gemäß Anspruch 20 oder 21 , wobei die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) für die Windenergieanlagen (100) bestimmt ist, wobei für die Windenergieanlage (100) die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung laufend ermittelbar ist.
23. Windenergieanlage (100) gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, mit einer Warn- Vorrichtung (140) und einer Speichereinheit , wobei die Speichereinheit ausgebildet ist,
Eisschlagzonendaten, welche Informationen zu Eigenschaften einer durch die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) festgelegten Eisschlagzone (130) aufweisen, zu speichern und auszugeben.
24. Windpark (1 12), aufweisend eine Vielzahl von Windenergieanlagen (100) eines oder mehrerer Parkabschnitte, wobei Windenergieanlagen (100) eines oder mehrerer
Parkabschnitte über mindestens einen gemeinsamen Einspeisepunkt (1 18) zum An- schluss an ein Versorgungsnetz mit einander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Windenergieanlage (100), insbesondere eine Mehrzahl von Windenergieanlagen, des Parks oder des Parkabschnittes, nach einem der Ansprüche 1 bis 18 betreibbar sind und/oder ein Software-Modul, insbesondere eine Steuerung mit dem Software-Modul, des Anspruch 19 aufweist.
25. Windpark (1 12) gemäß Anspruch 24, wobei
- der Windpark (1 12) eine Warnvorrichtung aufweist, die ausgebildet ist, ein Warnsignal auszulösen, falls die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt durch eine Windenergieanlage (100) des Windparks (1 12) einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
26. Windpark (1 12) gemäß Anspruch 24 oder 25, wobei
- die Wahrscheinlichkeit eines Eiswurfs und/oder Eisfalls auf ein externes Objekt für jede Windenergieanlage des Windparks jeweils durch das Verfahren zur Bestimmung einer Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung (80) bestimmt ist, wobei für wenigstens eine Windenergieanlage (100) des Windparks die Eisfall- und/oder Eiswurfverteilung laufend ermittelbar ist.
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