WO2021018872A1 - Windkraftanlage sowie verfahren zum überwachen einer windkraftanlage - Google Patents

Windkraftanlage sowie verfahren zum überwachen einer windkraftanlage Download PDF

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WO2021018872A1
WO2021018872A1 PCT/EP2020/071223 EP2020071223W WO2021018872A1 WO 2021018872 A1 WO2021018872 A1 WO 2021018872A1 EP 2020071223 W EP2020071223 W EP 2020071223W WO 2021018872 A1 WO2021018872 A1 WO 2021018872A1
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wind turbine
area
ice
information
power plant
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PCT/EP2020/071223
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English (en)
French (fr)
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Lars JOTZO
Max Ludwig OSTROWSKI
Original Assignee
Rwe Renewables Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/80—Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • F05B2270/804—Optical devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the subject matter relates to a wind power plant and a method for monitoring at least one wind power plant.
  • a wind power plant In winter weather conditions, wind turbines,
  • Wind power plant or a wind park the risk of ice infestation is first assessed based on the specific location and used as the basis for the approval of the plant. Based on the hazard potential, the systems are shut down as a general rule in wintry weather conditions if ice shedding cannot be completely ruled out or is likely. This switch-off is purely a precautionary measure to prevent people or objects in the hazardous area of the systems from being exposed to ice shedding.
  • the power curve of the wind turbine has been used as an evaluation criterion for switching off the systems. Ice attack changes the performance curve. But if the wind turbine already
  • Ice formation can be reduced.
  • the problem still arises that as soon as ice infestation was detected, the system is switched off and, if necessary, has to be restarted manually.
  • the object was thus based on the task of increasing the number of operating hours of a wind turbine.
  • an ice sensor is initially provided in the area or on the wind power plant, which is set up to detect information on ice infestation at least on rotor blades of the wind power plant.
  • an ice sensor is known per se and will be described below.
  • the ice sensor can be a camera sensor, an environmental sensor, a torque sensor
  • Wind turbine are infested with ice or not.
  • the information on the ice infestation can contain a parameter that is representative of the ice infestation or represents a probability of ice infestation. This is also referred to as a parameter in the following.
  • a monitoring sensor is proposed that is used to detect presence information of a moving object in a Monitoring area in a spatial environment of the wind turbine
  • Wind power plant shut down as a precaution if ice has been signaled or if there is a risk of ice. Objectively, it is now proposed that it be monitored whether there are any moving objects such as one or more people, one or more vehicles or the like in an area around the wind turbine.
  • the monitoring area can be monitored by the monitoring sensor.
  • the monitoring sensor can also be dynamically changing
  • Monitor monitoring area A hazard can only be assumed if there is a person in the monitored area.
  • control circuit for receiving the information on the ice infestation and the presence information.
  • Control circuit gets the information about the ice infestation and the
  • control circuit can set at least one operating parameter of the wind turbine.
  • An operating parameter can be, for example, a rotor speed, a pitch of at least one rotor blade, an azimuth of a rotor (or the nacelle), a torque on an axis of rotation of the rotor or the like.
  • a change in the operating parameter can change the
  • Rotor speed a change in the pitch, a change in an azimuth, a change in a torque on an axis of rotation of the rotor or the like.
  • a change in the operating parameter can reduce or be an increase in the parameter.
  • a change in the operating parameter can be switching on or switching off the wind power plant.
  • the floor in the area of the wind turbine can be in a hazard area, an optional shutdown area, an optional projection area and a
  • Monitoring area can be divided. Ice can be shed in a hazardous area around the wind turbine. In order to protect people from thrown ice, if there are people in the hazardous area and / or the shutdown area and / or the projection area and / or the
  • the monitoring area is located, an operating parameter of the wind power plant is changed, in particular the wind power plant is switched off or at least the rotor speed of the rotor is initially reduced and, if necessary, the rotor is then switched off.
  • Presence information can also be given as spatial conditions
  • Environmental parameters can be used to control the wind turbine.
  • areas worthy of protection in the vicinity of the wind turbine can be known and defined. These can include paths, streets, other traffic areas, pastures, buildings, etc. Uncritical areas can also be defined in which ice shedding does not pose a risk to people, animals or property, for example because they are fenced in or cannot be reached in any other way.
  • the environmental parameters can be stored in the wind power plant as changeable or unchangeable. The environmental parameters can also be adjusted periodically and / or continuously, for example manually, for example at
  • Residence of persons or other moving objects in certain areas can be created on the basis of moving objects detected over sufficiently long times and thus independently probabilistic environmental parameters, in particular in the form of probability maps, are created.
  • the wind power plant can under certain circumstances continue to operate, even if ice can be shed, as long as the potentially thrown ice only reaches uncritical areas.
  • a distance between the wind power plant and areas in need of protection can be determined in every horizontal direction. In this way, orientations of the rotor plane of the wind power plant can be determined in which the ice shedding cannot reach the areas in need of protection.
  • Areas in need of protection can be delimited by straight border lines.
  • the rotor plane can be aligned parallel to the boundary line. It is also possible, if the maximum ejection distance allows, to let the rotor plane run only approximately parallel to the border line of the area in need of protection.
  • a minimum distance is preferably provided between the plane of the rotor and the straight or otherwise shaped boundary lines of the planes requiring protection.
  • the minimum distance can, inter alia, from the operating parameters and / or an estimated degree of ice infestation and / or the distance of the levels from the
  • Wind turbine along the rotor plane and / or the wind strength be dependent. It is also possible to change the azimuth of the wind turbine, i.e. the orientation of its
  • the danger area, the shutdown area, the monitoring area and the projection area explained later can overlap one another.
  • the shutdown area can be the same size or larger than the danger area.
  • the monitoring area can also be the same size or larger than the switch-off area.
  • the projection area can also be the same size or larger than the
  • the areas can differ in their radius and / or their area by 10% up to 100%.
  • the areas in radius and area can also deviate from one another by less than 10% and more than 100%.
  • control circuit be determined as a function of at least one detected by the wind power plant
  • Monitoring area is determined depending on an alignment of an axis of rotation of the rotor of the wind turbine and / or on a rotational speed of the rotor of the wind turbine.
  • the projection area and / or the monitoring area is determined dynamically by the control circuit, in particular as a function of at least one operating parameter of the wind power plant Be a wind turbine.
  • the area and shape of one or more of these areas can also differ from the
  • One or more of the named areas can depend on an alignment of an axis of rotation of the rotor of the wind power plant. In particular, it is possible to align one or more of the named areas along the plane of rotation of the rotor blades determined by the axis of rotation of the rotor.
  • the azimuth of a wind turbine can change as the wind direction changes. Ice is usually shed in the area of the plane of rotation of the rotor blades. It can therefore make sense to use one or more of the named areas in the area of the plane of rotation
  • Rotation speed of the rotor of the wind turbine can be dependent on the speed of rotation, in particular it can increase with increasing speed of rotation. It can therefore make sense to enlarge one or more of the areas mentioned radially around the wind turbine as the rotational speed increases
  • At least one of the areas mentioned is dependent on the information recorded on the ice infestation.
  • the spatial extent of one or more of these areas can be variable. That's the way it is
  • the environmental parameters can also be adapted as a function of such a planned presence.
  • the information about a known presence can be transmitted from a control center via a communication system or directly via mobile communication between a vehicle and / or a person with a mobile transmitter and the wind turbine.
  • the presence can be planned in advance and take place within a specified period or dynamically communicated shortly before and / or during the presence.
  • areas can be adapted and areas of the environmental parameters can be time-controlled and / or dynamically activated and / or deactivated on request.
  • the control circuit compares the information on the ice infestation with at least one limit value and, if the limit value is exceeded, changes an operating parameter of the wind turbine, in particular one, depending on the presence information
  • the alignment of the plane of rotation can also be used as a
  • operating parameters can also be set depending on environmental parameters. If a parameter of the information on the ice infestation is greater than a limit value, it can be concluded, for example, that there is ice infestation. In this case, the
  • Wind turbine or at least reducing the rotational speed of the rotor be indicated. But in particular only if there is actually a danger for an object. That means that a necessary condition for the
  • a change in the operating parameter is an exceeding of the limit value by the parameter and a sufficient condition is the detected presence in the presence information.
  • the azimuth of the rotor can be changed.
  • control circuit controls a display system set up to display information depending on at least the information on the ice infestation and / or the presence information and / or the operating parameters. A necessary and / or sufficient
  • Condition for the display can be that a limit value is exceeded by the Be a parameter that indicates the ice infestation
  • a sufficient condition for the display can be presence information.
  • An operating parameter can also be a sufficient condition for the display. Thus, a display can be unnecessary if the wind turbine is out of operation, for example.
  • the display system have display means in the projection area.
  • display means can be arranged in the projection area, e.g.
  • Display means can be arranged at angular distances from one another.
  • Display means can be arranged on the mast of the wind turbine or spatially separated therefrom.
  • the display means can each be arranged on a separate mast.
  • the display means comprise at least one projector and / or a display and / or a display panel.
  • a projector can be used to project onto the floor in the
  • the scoreboard or the display can e.g. be controlled dynamically and show warning information.
  • This projector can be an image projector. With the help of the projector, information can be projected onto a floor in the area of the wind turbine.
  • Projector can for example be an LED or laser-based projector and project information onto the ground around the wind turbine. According to one exemplary embodiment, it is proposed that the control circuit compare the information on the ice infestation with at least two mutually different upper limit values.
  • a first limit value can, for example, signal the dangers of ice infestation and a second limit value can signal that ice infestation is very likely or already exists. If a first upper limit value is exceeded, it may be possible to activation of the display means takes place as described. If the second limit value is exceeded, an operating parameter, for example the speed of rotation of the rotor of the wind power plant, can also be changed, for example reduced, or the wind power plant can be shut down. It is also possible for the wind power installation to be shut down only from a third, further upper limit value, which is above the first two limit values.
  • the control circuit compares the information on the ice infestation with at least one lower limit value and, if the lower limit value is undershot, activates the display means and / or changes an operating parameter of the wind turbine, in particular increases a rotation speed of the rotor of the wind turbine.
  • the wind turbine can be put back into operation if necessary.
  • a necessary and / or sufficient condition for commissioning can be that the parameter which indicates the ice infestation falls below a limit value.
  • a sufficient condition for the change / commissioning can be presence information, e.g. if no object was detected.
  • Display means are controlled by a control circuit as a function of the detected information on the ice infestation.
  • the floor in the area of the wind power plant can be divided into a hazard area, an optional shutdown area, an optional projection area and a
  • Monitoring area can be divided. Ice can be shed in a hazardous area around the wind turbine.
  • information in particular a warning, is provided by the display means in the hazard area and / or shutdown area and / or
  • the information displayed informs people of the impending danger before they enter the hazardous area. This means that people can choose an alternative route or enter the hazardous area at their own risk and the wind farm or wind turbine can remain in operation.
  • control circuit compare the information on the ice infestation, in particular the parameter, with at least two mutually different upper limit values.
  • a first limit value can, for example, signal the risk of ice infestation and a second
  • Limit value can signal that ice infestation is very likely or already exists. If a first upper limit value is exceeded, the information mentioned above can be displayed. If the second limit value is exceeded, the operating parameters can also be changed, e.g. the
  • the speed of rotation of the rotor of the wind turbine can be reduced or the wind turbine can be shut down. It is too. It is possible for the wind power installation to be shut down only from a third, further upper limit value, which is above the first two limit values. It is also independently inventive and can be combined with all the features described here, for example, that a monitoring sensor monitors a spatial environment of the wind power plant and that the control circuit controls the display means as a function of the monitoring.
  • the monitoring can be carried out as a function of environmental parameters and, for example, only monitor areas in need of protection. If a person is in a surveillance area and ice infestation is possible at the same time, this information can be displayed.
  • the monitoring area it is also possible for the monitoring area to be larger than the projection area and / or the shutdown area and / or the danger area.
  • an area can be fitted 10% -50% further around the wind turbine than another area. This leads, for example, to people who are in the monitoring area but not yet in the projection area and / or
  • the monitoring area can be determined like the hazard area and / or shutdown area.
  • the monitoring area can be larger than the
  • the hazard area can, for example, be 10% -50% smaller than the projection area and / or
  • the switch-off area and the monitoring area can be 10% - 50% larger than the projection area and / or switch-off area. This means that people are monitored in a monitoring area.
  • the hazard area can, in particular, define up to where ice can be shed. Thus, people who enter the projection area and / or shutdown area have sufficient opportunity to perceive the display before they reach the hazard area.
  • the display can be set up as a function of environmental parameters and, for example, indicate a danger only in or near areas in need of protection. Also the danger area and / or the projection area and / or the
  • the switch-off range can be adjusted depending on the environmental parameters.
  • a speed of rotation of the rotor be reduced as a function of the monitoring sensor. If a person is detected in a surveillance area, the
  • Rotation speed of the rotor can be reduced.
  • Hazardous area as the throwing radius of ice and the probability of ice being shed is reduced due to the slower rotation speed. Thus, depending on the monitoring, a risk for people can be reduced.
  • Rotation speed can be performed.
  • the azimuth can be set to deviate from the optimal alignment if in this way a higher rotational speed can be maintained while at the same time not endangering the surroundings, that is, without changing the azimuth.
  • the control circuit compares the parameter for the ice infestation with at least one lower limit value and, if the parameter falls below the lower limit value, controls the display means and / or the rotor of the wind turbine, in particular increases the rotational speed of the rotor of the wind turbine.
  • the ice sensor (s) is used to detect whether or not ice infestation is still likely and if the ice infestation falls below a lower limit value
  • the display means can optionally first be activated via the control circuit so that they display a warning that the wind power plant is being started. People who are in the hazardous area and / or shutdown area and / or projection area can do so Perceive the warning and, if necessary, move away from the hazardous area.
  • the monitoring sensors check whether people leave the hazardous area. Only after a minimum time has elapsed, for example 5 minutes, 10 minutes, half an hour or the like, after the warning has been displayed and the parameter of the ice sensor specifying the ice infestation is below the lower limit value, the rotor of the wind turbine can be put into operation. Possibly then there are still falling pieces of ice
  • An ice sensor for detecting parameters specifying vain ice infestation can in particular be a camera and / or a lidar sensor. It is also possible for an ice sensor to enter a parameter specifying the ice infestation
  • Torque sensor a rotation sensor, an environmental sensor, in particular a temperature and / or humidity sensor, or comprises such a sensor.
  • Ice sensor for detecting the parameter specifying ice infestation can also be a combination of these or other ice sensors.
  • the ice sensor can do one
  • Output parameter that indicates how likely ice infestation is. The larger this parameter, the higher the probability of ice infestation. This parameter can be compared with the limit values described above and understood as information on the ice infestation.
  • the monitoring sensor which is used to monitor the monitoring area and / or projection area and / or switch-off area and / or
  • Hazardous area can also be an optical sensor, in particular a camera.
  • This sensor can also be a camera.
  • a monitoring sensor can be arranged on the mast of the wind turbine. In the case of a wind farm, monitoring sensors can be arranged on masts of at least peripheral wind turbines of the wind farm.
  • Monitoring sensor can be spatially attached to its own mast by a
  • Wind turbine to be arranged separately. With a wind farm you can
  • the masts can at least partially around the
  • Another aspect is a method according to claim 12.
  • a monitoring area in a spatial environment of the wind turbine be monitored and presence information recorded as a function of a moving object in the monitoring area.
  • an operating parameter of the wind turbine can then be set. Warning information can also be displayed in the area of the wind turbine.
  • the projection area is intended for this and can be adjusted as described above. Optional can only after the projection has taken place and optional
  • the parameter determining the ice infestation has risen and has exceeded a further limit value, the wind power plant is switched off.
  • the wind turbine can be monitored spatially.
  • the monitoring can be a monitoring area and / or a projection area and / or a shutdown area and / or a
  • Wind turbine is switched off. On the one hand, it is possible that a
  • the parameters specifying ice infestation are above a limit value.
  • the monitored area and / or shutdown area and / or projection area are only displayed and, if a person or movement is detected in the shutdown area and / or danger area, the
  • Wind turbine takes place. These two options are useful, for example, if the parameter specifying the ice infestation has a first limit value
  • a shutdown can already take place, for example, when a person or a movement in the projection area and / or monitoring area and / or
  • the wind power installation that was initially switched off be switched on again as a function of the information recorded on the ice infestation. If the parameter specifying the ice infestation falls below a limit value, a wind turbine that was previously stopped can be restarted. It is proposed that a display be made prior to this, if necessary, so that people who are in the hazard area and / or the projection area can move away from it. According to one exemplary embodiment, it is proposed that the hazard area, the projection area and / or the switch-off area and / or the monitoring area be monitored before the wind power installation is switched on and, depending on this monitoring, the display and switching on optionally take place.
  • the wind power plant is only switched on when there is no movement or person in the danger area and / or
  • the wind turbine described and the method described can be operated onshore as well as offshore.
  • the wind turbine can be part of a wind farm.
  • One or more wind turbines, preferably all wind turbines of a wind park, can be operated in accordance with what has been described above; in particular, it is possible for the systems peripheral in the wind park to be operated in accordance with what has been described above, opposite the entire wind park
  • the monitoring can take place not only in the direction of the ground, but also in the air.
  • the air can take place, for example, also in the air, above the
  • FIG. 1 shows a wind park with a plurality of wind turbines
  • 2a shows a view of a wind turbine with different areas
  • 2b shows a view of a Wihdkraftstrom with different areas
  • FIG. 3 shows a nacelle of a wind power plant with sensors
  • FIG. 4 shows a block diagram of a system according to exemplary embodiments
  • 5a-c show a plan view of a wind power plant with different areas; 6 shows a sequence of a subject method according to a
  • the wind park 4 can be offshore or onshore. At least one, preferably several
  • Wind turbines 2 can be operated as described below.
  • the wind power plants 2 which are arranged on the peripheral edge of the wind farm 4 (dashed line) can be operated accordingly.
  • 1 shows a hazard area, a projection area 24 and a
  • the projection area 24 can also be a
  • Shutdown area 23 include or be. In the peripheral area of the
  • Danger area 34 or in the monitoring area 24 can be arranged masts 3 which, as will be described below, have monitoring technology.
  • Display means 16 can be arranged in projection area 24, for example display panels 16a or information signs.
  • 2a shows a view of a wind power plant 2.
  • the wind power plant 2 is founded on the floor 8 via a tower 6.
  • a nacelle 10 is arranged on the tower 6 and rotor blades 12 are attached to a rotor 14 on the nacelle 10.
  • a projector 16b is arranged on the tower 6 or separately therefrom, but in particular at a height above the floor 8.
  • a monitoring sensor 18 is provided on the tower 6 or remotely therefrom, but preferably at a height above the floor 8.
  • a projection 20 on the floor 8 is possible with the aid of the projector 16b.
  • the projector 16b can have a projection area 22 around the tower 6
  • the monitoring sensor 18 for example a.
  • a movement sensor, a camera, a lidar sensor or the like can monitor a monitoring area 24 around the tower 6.
  • FIG. 2b shows a view of a wind power plant 2.
  • the wind power plant 2 is founded on the floor 8 via a tower 6.
  • a nacelle 10 is arranged on the tower 6 and rotor blades 12 are attached to a rotor 14 on the nacelle 10
  • monitoring sensors 18 for example a
  • Motion sensor a camera, a lidar sensor or the like is provided.
  • the monitoring sensors 18 can monitor a monitoring area 24 around the tower 6.
  • Projection area 22 can be arranged. Warning notices can be displayed with the aid of the displays 16a.
  • the projection area 22 can coincide with a switch-off area. There can also be only one shutdown area and the display means 16 can be omitted. To detect ice infestation, in particular in the area of the rotor 14,
  • Ice sensors are provided.
  • a weather sensor 26 and a torque sensor 28 can be arranged on the nacelle 10.
  • Further ice sensors, such as cameras, rotation speed sensors, lidar sensors or the like, can also be provided alternatively or cumulatively.
  • the ice sensors 26, 28 can transmit their sensor values to a control circuit 30. Based on the measured values of the ice sensors 26, 28, the
  • Control circuit 30 calculate information on ice infestation.
  • this can be a parameter whose value depends on the probability of ice infestation.
  • the control circuit 30 can, as shown in FIG. 4, be coupled to a control system 32 of the wind turbine 2. Via the control system 32, the
  • FIG. 5a A top view of the wind turbine 2 is shown schematically in FIG. 5a.
  • FIG. 5b shows, for example, a monitoring area 24, a projection area 20 (and / or a shutdown area) and a danger area 34 around a
  • Wind turbine 2 can run around.
  • the areas 20, 24, 34 run in a corridor around the plane of rotation 2b at a distance from the plane of rotation 2b.
  • the smallest area can be the hazard area 34, a somewhat larger area the projection area 22 and the largest area the monitoring area 24.
  • Hazardous area 34 and projection area / shutdown area 22 can be identical. It is also possible for the projection area / switch-off area 22 and the monitoring area 24 to be identical. It is also possible that the
  • the areas 22, 24, 34 can also be arranged in a circular or essentially circular manner around the wind power installation 2, as FIG. 5c shows.
  • the wind power plant is operated as shown schematically in FIG. 6, for example.
  • one or both ice sensors 26, 28 initially determine a parameter specifying ice infestation as information on ice infestation (602).
  • the parameter is then compared with a first and a second upper limit value and a lower limit value. If the parameter is above the lower limit value and below the two upper limit values, the process branches back to step A.
  • step 606 a branch is made in step 606.
  • a rotor speed of the rotor 14 is optionally measured.
  • step 608 it is optionally dependent on the measured
  • Rotor speed and / or at least one of the areas 22, 24, 34 depending on the parameter It is thus possible, for example, for the areas 22, 24 to be changed individually, jointly or individually at a higher rotor speed.
  • step 610 the monitoring area 24 is monitored with the aid of the monitoring sensor 18.
  • step 612 it is determined whether a person and / or a movement in the
  • step 613 the projector 16b controlled in order to display the projection 20 on the floor 8 and a branch is made to step A again.
  • An optional display can also take place on a display 16a. If, on the other hand, no person or movement has been detected in the monitoring area 24, a branch is made directly to step A without a projection.
  • step 614 the monitoring area 24 is monitored by the monitoring sensor 18. If it is determined in step 616 that a person is in the monitoring area 24 or movement is detected there, then in step 618 the rotor speed of the rotor 14 is throttled or the rotor is completely turned off and the wind turbine deactivated. A branch is then made in step A.
  • step 616 If in step 616 no person or movement is detected in the monitoring area 24, the rotor speed is reduced in step 620 and a branch is made in step A.
  • step 604 If it is determined in step 604 that the parameter falls below a lower limit value, a branch is made in step 622.
  • step 622 it is evaluated whether the wind turbine 2 was switched off in step 618 or not. If not, the wind turbine 2 is still rotating and a branch is made in step A, with
  • step 624 a projection 20 is projected into the projection area 22 via the projector 16b and / or an indication is output on the display 16a, which warns of the start-up of the wind turbine 2. Furthermore, a certain period of time is waited for then, in step 630, to put the wind power installation 2 back into operation and a branch is made to step A.
  • step 626 If no person is found in the monitoring area 24 in step 626, the wind power installation 2 is immediately switched on again in step 632 and a branch is made to step A.
  • Steps 602-632 are individually optional and can be combined with one another as required.
  • the wind power plant is also operated as shown schematically in FIG. 7, for example.
  • a parameter specifying ice infestation is first determined as information on ice infestation via one or both iron furnaces 26, 28 (702).
  • Wind power plant for example a rotor speed of the rotor 14 measured.
  • At least one of the areas 22, 24, 34 is adapted as a function of the measured operating parameter and / or as a function of the parameter specifying the ice infestation. It is thus possible, for example, for the areas 22 and 34 to be changed jointly or individually at a higher rotor speed. Conversely, the rotor speed can likewise be adapted to match the areas 22 and 34.
  • a region 22, 24, 34 can also be enlarged in the case of a greater degree of ice infestation, that is to say with a parameter above a limit value, and one of the regions 22, 24, 34 can be reduced in the case of a small parameter which determines the ice infestation.
  • step 712 If it is determined in step 712 that there is no person in the monitoring area, a branch is made back to step A.
  • step 712 If it is determined in step 712 that people are in the monitoring area 24, the process branches to step 713. If it is determined in step 712 that people are already in the projection / disconnection area 22, a branch is made to step 718.
  • step 713 the display means, in particular the displays 16a, are first activated. Information that a hazard exists is displayed on these display means. The process then branches back to step A.
  • step 718 If people are already in the projection / switch-off area 22, an operating parameter of the wind turbine is changed in step 718. Either the speed of rotation can be reduced or the wind turbine can be switched off completely. A branch is then made to step 722.
  • step 722 the hazard area 34 is monitored via the monitoring sensors 18. A check is made as to whether or not people are in the hazard area 34. If people are in the hazard area 34, a branch is made to step A. If there are no people in the hazard area 34, a branch is made to step 730. In step 730, the wind turbine 2 is put back into operation and a branch is made to step A again.

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Abstract

Windkraftanlage (2) mit einem Eissensor (26, 28) eingerichtet zur Erfassung einer Information zu einem Eisbefall zumindest von Rotorblättern (12) der Windkraftanlage (2), einem Projektor (16) eingerichtet zur Projektion einer Information auf einen Boden (8) im Bereich der Windkraftanlage (2) und einer Steuerschaltung (30) eingerichtet zum Ansteuern des Projektors (16) abhängig von der erfassten Information zu dem Eisbefall.

Description

Windkraftänlage sowie Verfahren zum Überwachen einer Windkraftanlage
Der Gegenstand betrifft eine Windkraftanlage sowie ein Verfahren zuni Überwachen zumindest einer Windkraftanlage. Bei winterlichen Witterungsbedingungen kann es bei Windenergieanlagen,
insbesondere Windkraftanlagen, sogenannten Windturbinen, zu Eisabwurf kommen. Eisabwurf stellt eine Gefahr für Objekte und Personen im Gefährdungsbereich der Windkraftanlage dar. Nach bisheriger Praxis wird während der Planung einer
Windkraftanlage oder eines Windparks zunächst die Gefahr von Eisbefall basierend auf dem spezifischen Standort bewertet und als Grundlage für die Genehmigung der Anlage herangezogen. Basierend auf dem Gefahrdungspotential werden die Anlagen bei winterlichen Witterungsbedingungen pauschal abgeschaltet, wenn ein Eisabwurf nicht gänzlich ausgeschlossen werden kann oder wahrscheinlich ist. Dieses Ausschalten erfolgt als reine Vorsichtsmaßnahme, um zu verhindern, dass Personen oder Gegenstände, die sich im Gefahrdungsbereich der Anlagen aufhalten, Eisabwurf ausgesetzt sind.
Als Bewertungskriterium für das Abschalten der Anlagen wird bisher unter anderem die Leistungskurve der Windkraftanlage verwendet. Durch Eisbefall kommt es zu einer veränderten Leistungskurve. Wenn aber die Windkraftanlage bereits
vorbeugend bei der Gefahr von Eisbefall ausgeschaltet wurde, lässt sich Eisbefall nicht mehr anhand einer veränderten Leistungskurve detektieren. Die Windkraftanlage verbleibt dänn in einem abgeschalteten Zustand, bis diese teilweise per Hand, vor Ort nach einer Sichtprüfung wieder in Betrieb genommen wird.
Das Abschalten der Anlage führt jedoch zu einer Verminderung der Betriebsstunden und somit einem geringeren Energieertrag einer jeweiligen Anlage. Es sind Lösungen bekannt, dass Abschalten der Anlagen durch konkrete Überwachung des Eisbefalls hinauszuzögern. So sind Eissensoren bekannt, mit denen eine Eisbildung auf den Rotorblättern erkannt werden kann. Auch sind Lösungen bekannt, mit denen
Eisbildung reduziert werden kann. Jedoch tritt bei diesen Lösungen nach wie vor das Problem auf, dass sobäld Eisbefall detektiert wurde, die Anlage abgeschaltet wird und gegebenenfalls manuell wieder hochgefahren werden muss. Auch hier kommt es zu einer Reduzierung der Betriebsstunden und zu einem geringeren Energieertrag.
Dem Gegenstand lag somit die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der Betriebsstunden einer Windkraftanlage zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch eine Windkraftanlage nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Es ist erkannt worden, dass Eisbefall sowie Eisabwurf an sich zunächst
unproblematisch ist, solange sich im Gefahrdungsbereich der Windkräftanlage keine beweglichen Objekte wie Personen aufhalten. Basierend auf dieser Erkenntnis wird vorgeschlagen, dass zunächst im Bereich oder an der Windkraftanlage ein Eissensor vorgesehen ist, der zur Erfassung einer Information zu einem Eisbefall zumindest von Rotorblättern der Windkraftanläge eingerichtet ist. Ein solcher Eissensor ist an sich bekannt und wird nachfolgend noch beschrieben werden. Beispielsweise kann der Eissensor ein Kamerasensor, ein Umweltsensor, ein Drehmomentsensor, ein
Leistungssensor oder eine Kombination der hier beschriebenen Eissensoren sein. Mit Hilfe eines solchen Eissensore lässt sich feststellen, ob die Rotorblätter der
Windkraftanlage von Eis befallen sind oder nicht. Die Information zu dem Eisbefall kann einen Parameter enthalten, der repräsentativ für den Eisbefall ist oder eine Wahrscheinlichkeit eines Eisbefalls repräsentiert Nachfolgend wird dieser auch als Parameter bezeichnet. Darüber hinaus wird ein Überwachungssensor vorgeschlagen, der zur Erfassung einer Anwesenheitsinformation eines beweglichen Objektes in einem Überwachungsbereich in einer räumlichen Umgebung der Windkraftanlage
eingerichtet ist.
Wie Eingangs erläutert, ist Eisabwurf hinsichtlich der Personensicherheit relevant Um zu verhindern, dass Personen zu Schaden kommen, wird bisher eine
Windkraftanlage vorsorglich stillgelegt, wenn Eisbefall signalisiert wurde oder wenn die Gefahr von Eisbefall besteht. Gegenständlich wird nun vorgeschlagen, dass überwacht wird, ob sich überhaupt bewegliche Objekte wie z.B. eine oder mehrere Personen, ein oder mehrere Fahrzeuge oder dergleichen in einem Bereich um die Windkraftanlage herum aufhalten.
Der Überwachungsbereich kann durch den Überwachungssensor überwacht werden. Der Überwachungssensor kann auch dynamisch einen sich verändernden
Überwachungsbereich überwachen. Nur wenn in dem Überwachungsbereich eine Person ist, kann von einer Gefährdung ausgegangen werden.
Ferner wird eine Steuerschaltung eingerichtet zum Empfangen der Information zu dem Eisbefall und der Anwesenheitsinformation vorgeschlageh. In der
Steuerschaltung wird die Information zu dem Eisbefall und der
Anwesenheitsinformation ausgewertet. Bedingt durch die Information zu dem
Eisbefall und der Anwesenheitsinformation kann die Steuerschaltung zumindest einen Betriebsparameter der Windkraftanlage einstellen.
Ein Betriebsparameter kann z.B. eine Rotorgeschwindigkeit, eiri Pitch zumindest eines Rotorblatts, ein Azimut eines Rotors (bzw. der Gondel), ein Drehmoment an einer Drehachse des Rotors oder dergleichen sein.
Eine Veränderung des Betriebspärameters kann eine Veränderung der
Rotorgeschwindigkeit, eine Veränderung des Pitches, ein eine Veränderung eines Azimuts, eine Veränderung eines Drehmoments an einer Drehachse des Rotors oder dergleichen sein. Eine Veränderung des Betriebsparameters kann ein Reduzieren oder ein Erhöhen des Parameters sein. Eine Veränderung des Betriebsparameters kann ein Einschalten oder Abschalten der Windkraftarilage sein.
Zur Optimierung der Betriebsstunden wird nun vorgeschlagen, dass die
Steuerschaltung abhängig von der erfassten Information zu dem Eisbefall und der Anwesenheitsinformation die Windkraftanlage angesteuert wird. Der Boden im Bereich der Windkraftanlage kann in einem Gefahrdungsbereich, einen optionalen Abschaltbereich, einen optionalen Projektionsbereich und einen
Überwachungsbereich eingeteilt werden. In einem Gefährdungsbereich um die Windkraftanlage herum kann Eisabwurf stattfinden. Um Personen vor abgeworfenem Eis zu schützen, wird, wenn sich Personen in dem Gefährdungsbereich und/oder dem Abschaltbereich und/oder dem Projektionsbereich und/oder dem
Überwachungsbereich befinden, ein Betriebsparameter der Windkraftanlage verändert, insbesondere wird die Windkraftanlage ausgeschaltet oder zumindest die Rotorgeschwindigkeit des Rotors zunächst reduziert und ggf. anschließend der Rotor abgeschaltet.
Somit ist es möglich, trotz Eisbefall gegebenenfalls die Windkraftanlage weiter zu betreiben, wenn sichergestellt ist, dass sich keine Personen in dem
Gefährdungsbereich und/oder dem Abschaltbereich und/oder dem
Projektionsbereich aufhalten.
Neben Informationen über Betriebsparameter der Windkraftanlage und der
Anwesenheitsinformationen können auch räumliche Gegebenheiten als
Umgebungsparameter zur Steuerung der Windkraftanlage herängezogen werden.
Insbesondere können schützenswerte Areale in der Nähe der Windkraftanlage bekannt und definiert sein. Diese können Wege, Straßen, andere Verkehrsflächen, Weiden, Gebäude, etc umfassen. Auch können unkritische Areale definiert werden, in denen Eisabwurf keine Gefahr für Personen, Tiere oder Sachgegenstände darstellt, weil diese beispielsweise umzäunt sind oder anderweitig nicht erreichbar sind. Die Umgebungsparameter können in der Windkraftanlage veränderlich oder unveränderlich hinterlegt sein. Auch können die Umgebungsparameter periodisch und/ oder kontinuierlich angepasst werden, beispielsweise manuell, etwa bei
Wartungen oder über kabelgebundene oder drahtlose Kommunikation ausgehend von einer Steuerungszentrale etc Auch ist es möglich, dass die Umgebungsparameter auf Basis von Messungen der jeweiligen Windkraftanlage und/ oder anderer
benachbarter Windkraftanlagen erstellt/ überprüft/ angepasst und/oder aktualisiert etc. werden. Es können auch beispielsweise Wahrscheinlichkeitswerte für den
Aufenthalt von Personen oder anderen beweglichen Objekten in bestimmten Arealen ausgehend von über ausreichend lange Zeiten delektierten bewegten Objekten erstellt werden und so selbstständig probabilistische Umgebungsparameter insbesondere in der Form von Aufenthaltswahrscheinlichkeitskarten erstellt werden.
Auch ist es möglich, Umgebungsparameter auf Basis vorbestimmter Kriterien anzupassen und beispielsweise ein Areal temporär als schutzbedürftig zu deklarieren oder schutzbedürftige Areale als unkritisch freizugeben. Dies kann beispielsweise durch Kommunikation zwischen einer Zentrale und der Windkraftanlage geschehen. Oder mobile Elemente wie etwa ein Traktor auf einem Feld nahe der Windkraftanlage können eine solche Anpassung der Umgebungsparameter erwirken. So kann die Windkraftanlage dynamisch, abhängig von bekannten momentanen Gegebenheiten der Umgebung gesteuert werden, zusätzlich zu delektierten unplanmäßigen
Aufenthalten von beweglichen Elementen.
Basierend auf dieser Einteilung der Umgebung in schützbedürftige und unkritische Areale kann die Windkraftanlage unter Umständen weiterbetrieben werden, auch wenn Eisabwurf möglich ist, solange das potentiell abgeworfene Eis nur unkritische Bereiche erreicht Insbesondere kann in jeder horizontalen Richtung ein Abstand zwischen Windkraftanlage und schutzbedürftigen Flächen bestimmt werden. So können Ausrichtungen der Rotorebene der Windkraftanlage bestimmt werden, in denen der Eisabwurf nicht in die schutzbedürftigen Flächen gelangen kann.
Schutzbedürftige Areale können durch gerade Grenzlinien begrenzt sein. In diesem Falle kann die Rotorebene parallel zur Grenzlinie ausgerichtet werden. Auch ist es möglich, falls die maximale Abwurfdistanz es zulässt, die Rotorebene nur ungefähr parallel zur Grenzlinie des schutzbedürftigen Bereichs verlaufen zu lassen.
Vorzugsweise ist ein Mindestabstand zwischen Rotorebene und den gerade oder anderweitig geformten Grenzlinien der schutzbedürftigen Ebenen vorgesehen. Der Mindestabstand kann unter anderem von den Betriebsparametem und/ oder einem geschätzten Grad des Eisbefalls und/ oder dem Abstand der Ebenen von der
Windkraftanlage entlang der Rotorebene und/ oder der Windstärke abhängig sein. Auch ist es möglich, den Azimut der Windkraftanlage, also die Ausrichtung seiner
Rotationsebene, von der optimalen, durch die Windrichtung vorgegebenen
Ausrichtung abweichen zu lassen. So kann unter Umständen ein Eisabwurf in schutzbedürftige Bereiche durch Anpassung der durch die Rotationsebene
bestimmten Wurfrichtung vermieden werden. Ein verringerter Ertrag wird hierbei in Kauf genommen.
Der Gefahrenbereich, der Abschaltbereich, der Überwachungsbereich und der später noch erläuterte Projektionsbereich können sich einander überlappen. Insbesondere kann der Abschaltbereich gleich groß oder größer als der Gefahrenbereich sein. Auch kann der Überwachungsbereich gleich groß oder größer als der Abschaltbereich sein.
Auch kann der Projektionsbereich gleich groß oder größer als der
Überwachungsbereich sein. Die Bereiche können in ihrem Radius und/oder ihrer Fläche um 10% bis hin zu 100% voneinander abweichen. Auch können die Bereiche in Radius und Fläche um weniger als 10% und mehr als 100% voneinander abweichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Steuerschaltung abhängig von zumindest einem durch die Windkraftanlage erfassten
Betriebsparameter der Windkraftanlage einen Gefährdungsbereich und/oder einen Abschaltbereich und/oder einen Projektionsbereich und/oder den
Überwachungsbereich um die Windkraftanlage herum bestimmt
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Gefahrdungsbereich und/oder der Abschaltbereich und/oder der Projektionsbereich und/oder der
Überwachungsbereich abhängig von einer Ausrichtung einer Rotationsachse des Rotors der Windkraftanlage und/oder von einer Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage bestimmt ist. Der Gefahrdungsbereich und/oder der Abschaltbereich und/oder der
Projektionsbereich und/oder der Überwachungsbereich wird dynamisch durch die Steuerschaltung, insbesondere abhängig von zumindest einem Betriebsparameter der Windkraftanlage bestimmt Die Fläche eines oder mehrerer dieser Bereiche und/oder der radiale Abstand der Grenze eines oder mehrerer dieser Bereiche zu der Windkraftanlage kann abhängig von dem Betriebsparameter der Windkraftanlage sein.
Auch kann die Fläche und Form eines oder mehrerer dieser Bereiche von den
Umgebungsparametern abhängig sein.
Einer oder mehrere der genannten Bereiche kann abhängig von einer Ausrichtung einer Rotationsachse des Rotors der Windkraftanlage ist Insbesondere ist es möglich, einen oder mehrere der genannten Bereiche entlang der durch die Rotationsachse des Rotors bestimmte Rotationsebene der Rotorblätter auszurichten. Der Azimut einer Windkraftanlage kann sich mit veränderter Windrichtung ändern. Eisabwurf erfolgt in der Regel im Bereich der Rotationsebene der Rotorblätter. Somit kann es sinnvoll sein, im Bereich der Rotationsebene einen oder mehrere der genannten Bereiche
festzulegen. Insbesondere kann es sinnvoll sein, einen oder mehrere der genannten Bereiche in einem einige Meter bis mehrere zehn Meter (oder gar bis einige hundert Meter) breiten Korridor entlang der Rotationsebene festzulegen. Auch kann es sinnvoll sein, einen oder mehrere der genannten Bereiche abhängig von einer Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage festzulegen. Die ballistische Flugkurve des abgeworfenen Eis ist abhängig von der
Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage. Insbesondere kann die Flugstrecke des abgeworfenen Eises abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit sein, insbesondere mit steigender Rotationsgeschwindigkeit ansteigen. Somit kann es sinnvoll sein, mit steigender Rotationsgeschwindigkeit einen oder mehrere der genannten Bereiche radial um die Windkraftanlage zu vergrößern
Auch wird vorgeschlagen, dass zumindest einer der genannten Bereiche abhängig von der erfassten Information zu dem Eisbefall ist So kann insbesondere die räumliche Ausdehnung eines oder mehrerer dieser Bereiche variabel sein. So ist es
beispielsweise möglich, abhängig von dem Grad des Eisbefalls einen oder mehrerer dieser Bereiche zu verändern. Bei hur sehr schwachem Eisbefall sind gegebenenfalls abfallende Eisstücke nur sehr klein und werden weniger weit abgeworfen als größere Eisstücke, die bei starkem Eisbefall auftreten können. Somit kann mit zunehmendem Eisbefall einer oder mehrere dieser Bereiche vergrößert werden. Die Bereiche können in Abhängigkeit von yorbestimmten Kriterien angepasst werden.
Insbesondere falls in der Umgebung der Windkraftanlage eine planmäßige oder unplanmäßige Präsenz auftritt wie etwa die eines Traktors, eines Wartungsfahrzeugs, eines Baufiahrzeugs etc. Auch können die Umgebungsparameter in Abhängigkeit einer solchen geplanten Präsenz angepasst werden. Die Informationen über eine bekannte Präsenz können über ein Kommunikationssystem von einer Zentrale aus übermittelt werden oder direkt über mobile Kommunikation zwischen einem Fahrzeug und/ oder einer Person mit mobilem Sender und der Windkraftanlage. Die Präsenz kann im Voraus geplant sein und in einem festgelegten Zeitraum stattfinden oder dynamisch kurz vorher und/ oder während der Präsenz kommuniziert werden. Demensprechen könne Bereiche angepasst und Areale der Umgebungsparameter zeitgesteuert und/oder auf Anfrage dynamisch aktiviert und/ oder deaktiviert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Steuerschaltung die Information zu dem Eisbefall mit zumindest einem Grenzwert vergleicht und bei einem Überschreiten des Grenzwertes abhängig von der Anwesenheitsinformation einen Betriebsparameter der Windkraftanlage verändert, insbesondere eine
Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage reduziert.
Insbesondere kann auch die Ausrichtung der Rotationsebene als ein
Betriebsparameter geändert werden.
Zusätzlich oder alternativ zu Informationen zum Eisbefall und der Anwesenheit können Betriebsparameter auch abhängig von Umgebungsparametem eingestellt werden. Wird ein Parameter der Information zu dem Eisbefall größer als ein Grenzwert, kann z.B. auf Eisbefall geschlossen werden. In diesem Fall kann ein Abschalten der
Windkraftanlage oder zumindest ein Reduzieren der Drehgeschwindigkeit des Rotors angezeigt sein. Dies aber insbesondere nur dann, wenn auch tatsächlich eine Gefahr für ein Objekt besteht Das heißt, dass eine notwendige Bedingung für die
Veränderung des Betriebsparameters ein Überschreiten des Grenzwerts durch den Parameter ist und eine hinreichende Bedingung die erfasste Anwesenheit in der Anwesenheitsinformation.
Altemativ zur Reduktion der Drehgeschwindigkeit des Rotors oder dem Abschalten der Anlage kann der Azimut des Rotors geändert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Steuerschaltung ein Anzeigesystem eingerichtet zur Anzeige von Informationen abhängig von zumindest der Information zu dem Eisbefall und/oder der Anwesenheitsinformation und/oder dem Betriebsparameter ansteuert Eine notwendige und/oder hinreichende
Bedingung für die Anzeige kann ein Überschreiten eines Grenzwertes durch den Parameter sein, der den Eisbefall anzeigt Eine hinreichende Bedingung für die Anzeige kann eine Anwesenheitsinformation sein. Eine hinreichende Bedingung für die Anzeige kann auch ein Betriebsparameter sein. So kann eine Anzeige hinfällig sein, wenn die Windkraftanlage z.B. außer Betrieb ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Anzeigesystem Anzeigemittel in dem Projektionsbereich aufweist. In dem Projektionsbereich können mehrere Anzeigemittel angeordnet sein, z.B. ringförmig in beabstandet, z.B. in
Winkelabständen zueinander können Anzeigemittel angeordnet sein. Die
Anzeigemittel können an dem Mast der Windkraftanlage oder räumlich davon getrennt angeordnet sein. Die Anzeigemittel können jeweils an einem eigenen Mast angeordnet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Anzeigemittel zumindest einen Projektor und/oder ein Display und/oder eine Anzeigetafel umfassen. Mit einem Projektor lässt sich eine Projektion auf den Boden im
Projektionsbereich darstellen. Die Anzeigetafel oder das Display kann z.B. dynamisch angesteuert sein und Warninformationen darstellen. Dieser Projektor kann ein Bildprojektor sein. Mit Hilfe des Projektors lässt sich eine Information auf einen Boden im Bereich der Windkraftanlage projizieren. Der
Projektor kann beispielsweise ein LED oder lasergestützter Projektor sein und Informationen auf den Boden um die Windkraftanlage herum projizieren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Steuerschaltung die Information zu dem Eisbefall mit zumindest zwei voneinander verschiedenen oberen Grenzwerten vergleicht.
Ein erster Grenzwert kann beispielsweise die Gefahren eines Eisbefalls signalisieren und ein zweiter Grenzwert kann signalisieren, dass Eisbefall sehr wahrscheinlich ist oder bereits vorhanden ist. Wird ein erster oberer Grenzwert überschritten, kann ggf. eine Aktivierung der Anzeigemittel, wie beschrieben, erfolgen. Bei einem Überschreiten des zweiten Grenzwertes kann darüber hinaus ein Betriebsparämeter, z.B. die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage, verändert, z.B. reduziert werden oder die Windkraftanlage stillgelegt werden. Auch ist es möglich, dass eine Stilllegung der Windkraftanlage erst ab einem dritten, weiteren oberen Grenzwert, der über den ersten beiden Grenzwerten liegt, erfolgt.
Auch ist es möglich, dass eine derartige Steuerung in Abhängigkeit von den
Umgebungsparametern agiert und beispielsweise selbst bei starkem Eisbefall die Rotationsgeschwindigkeit nur soweit reduziert und/oder den Azimut nur soweit anpasst, dass keine schutzbedürftigen Bereiche mehr von abgeworfenem Eis erreicht werden können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Steuerschaltung die Information zu dem Eisbefall mit zumindest einem unteren Grenzwerten vergleicht und bei einem Unterschreiten des unteren Grenzwertes die Anzeigemittel ansteuert und/oder einen Betriebsparameter der Windkraftanlage verändert, insbesondere eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage erhöht. Wenn der Eisbefall zurück gegangen ist, kann die Windkraftanlage ggf. wieder in Betrieb genommen werden. Eine notwendige und/oder hinreichende Bedingung für die Inbetriebnahme (oder die Veränderung des Betriebsparameters) kann ein Unterschreiten eines Grenzwertes durch den Parameter sein, der den Eisbefall anzeigt. Eine hinreichende Bedingung für die Veränderung/Inbetriebnahme kann eine Anwesenheitsinformation sein, wenn z.B. kein Objekt delektiert wurde.
Zur Optimierung der Betriebsstunden wird auch, eigenständig erfinderisch und mit allen hier offenbarten Merkmalen kombinierbar vorgeschlagen, dass die
Anzeigemittel durch eine Steuerschaltung abhängig von der erfassten Information zu dem Eisbefall angesteuert werden. Der Boden im Bereich der Windkraftanlage kann in einen Gefahrdungsbereich, einen optionalen Abschaltbereich, einen optionalen Projektionsbereich und einen
Überwachungsbereich eingeteilt werden. In einem Gefahrdungsbereich um die Windkraftanlage herum kann Eisabwurf stattfinden. Um Personen vor abgeworfenem Eis zu schützen, wird eine Information, insbesondere ein Warnhinweis durch die Anzeigemittel im Gefahrdungsbereich und/oder Abschaltbereich und/oder
Projektionsbereich der Windkraftanlage angezeigt.
Gegenständlich ist es möglich, trotz Eisbefall gegebenenfalls die Windkraftanlage weiter zu betreiben, wenn sichergestellt ist, dass keine Personen in den
Gefahrdungsbereich gelangen. Dies kann durch die Anwesenheitsüberwachung und/oder die Information, die durch die Anzeigemittel angezeigt wird, erreicht werden. Durch die angezeigte Information werden Personen vor dem Eintritt in den Gefahrdungsbereich auf die drohende Gefahr hingewiesen. Somit können Personen eine Altemativroute wählen oder den Gefahrdungsbereich auf eigenes Risiko betreten und der Windpark oder die Windkraftanlage kann in Betrieb bleiben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass die Steuerschaltung die Information zu dem Eisbefall, insbesondere den Parameter mit zumindest zwei voneinander verschiedenen oberen Grenzwerten vergleicht. Ein erster Grenzwert kann beispielsweise die Gefahr eines Eisbefalls signalisieren und ein zweiter
Grenzwert kann signalisieren, dass Eisbefall sehr wahrscheinlich ist oder bereits vorhanden ist. Wird ein erster oberer Grenzwert überschritten, kann die oben erwähnte Anzeige der Information erfolgen. Bei einem Überschreiten des zweiten Grenzwertes kann darüber hinaus der Betriebsparameter verändert werden, z.B. die
Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage reduziert werden oder die Windkraftanlage stillgelegt werden. Auch ist es. möglich, dass eine Stilllegung der Windkraftanlage erst ab einem dritten, weiteren oberen Grenzwert, der über den ersten beiden Grenzwerten liegt, erfolgt. Eigenständig erfinderisch und mit allen hier beschriebenen Merkmalen kombinierbar ist beispielsweise auch, dass ein Überwachungssensor eine räumliche Umgebung der Windkraftanlage überwacht und dass die Steuerschaltung die Anzeigemittel abhängig von der Überwachung ansteuert.
Die Überwachung kann in Abhängigkeit von Umgebungsparametern durchgeführt werden und beispielsweise nur schutzbedürftige Bereiche überwachen. Wenn sich in einem Überwachungsbereich eine Person auftiält und gleichzeitig ein Eisbefall möglich ist kann eine Anzeige dieser Information erfolgt.
Insbesondere ist es auch möglich, dass der Überwachungsbereich größer als der Projektionsbereich und/oder der Abschaltbereich und/oder der Gefahrenbereich ist. Insbesondere kann ein Bereich 10% - 50% weiter um die Windkraftanlage herum gepasst sein, als ein anderer Bereich. Dies führt z.B. dazu, dass Personen die sich im Überwachungsbereich aber noch nicht im Projektionsbereich und/oder
Abschaltbereich aufhalten, vor dem-Eintritt in den Projektionsbereich und/oder Abschaltbereich bereits erkannt werden. Dann kann ein vorsorgliches Abschälten und/oder eine Anzeige am Boden erfolgen, durch welche die Personen gewarnt werden.
Auch ist es möglich, dass ein Überwachungsbereich und ein davon verschiedener Gefährdungsbereich und/oder Abschaltbereich festgelegt werden. Der
Überwächungsbereich kann wie der Gefährdungsbereich und/oder Abschaltbereich bestimmt werden. Der Überwachungsbereich kann größer als der
Gefährdungsbereich und/oder Abschaltbereich sein. Der Gefährdungsbereich kann beispielsweise 10% - 50% kleiner als der Projektionsbereich und/oder
Abschaltbereich sein und der Überwachungsbereich kann 10% - 50% größer als der Projektionsbereich und/oder Abschaltbereich sein. Das heißt, dass in einem Überwachungsbereich Personen überwacht werden.
Dadurch, dass die Personen bereits im Überwachungsbereich erkannt werden, werden sie vor Eintritt in den Projektionsbereich und/oder Abschaltbereich durch die Anzeige auf die bestehende Gefahr hingewiesen. Ein Eintritt in den Projektionsbereich und/oder Abschaltbereich kann unproblematisch sein, wenn dieser größer ist als der Geiahrdungsbereich. Der Gefährdungsbereich kann insbesondere festlegen, bis wohin Eisabwurf möglich ist Somit haben Personen, die den Projektionsbereich und/oder Abschaltbereich betreten, ausreichend Möglichkeit, die Anzeige wahrzunehmen bevor sie den Gefahrdungsbereich erreichen.
Die Anzeige kann in Abhängigkeit von Umgebungsparametern eingerichtet sein und beispielsweise nur in oder nahe schutzbedürftiger Bereiche eine Gefahr arizeigen. Auch der Gefahrenbereich und/ oder der Projektionsbereich und/ oder der
Abschaltbereich kann in Abhängigkeit von den Umgebungsparametern angepasst werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass abhängig von dem Überwachungssensor eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors reduziert wird. Wird eine Person in einem Überwachungsbereich detektiert, kann die
Rotationsgeschwindigkeit des Rotors reduziert werden. Die reduzierte
Rotationsgeschwindigkeit des Rotors führt zu einer Verkleinerung des
Gefahrdungsbereichs, da der Wurfradius von Eis als auch die Wahrscheinlichkeit von Eisabwurf durch die geringere Rotationsgeschwindigkeit verringert ist. Somit kann abhängig von der Überwachung eine Gefahr für Personen reduziert werden.
Zur Optimierung der Betriebsstunden und des Energieertrags ist es sinnvoll, dass die Windkraftanlage stets mit optimaler Rotationsgeschwindigkeit arbeitet. Wird aufgrund von Eisbefall die Rotationsgeschwindigkeit reduziert, kann bei
abnehmender Gefahr von Eisbefall (z.B. durch den oder die Eissensoren detektiert) die Rotationsgeschwindigkeit wieder erhöht werden. Somit kann der Energieertrag erhöht werden. Auch kann eine Abwägung zwischen den Leistungseinbußen durch eine Änderung der Rotationsebene und Leistungseinbußen durch eine Änderung der
Rotationsgeschwindigkeit durchgeführt werden. So kann beispielsweise der Azimut von der optimalen Ausrichtung abweichend eingestellt werden, wenn auf diese Weise eine höhere Rotationsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Nicht-Gefährdung der Umgebung beibehalten werden kann also ohne Änderung des Azimuts.
Somit ist es möglich, die Wmdkraftanlage überhaupt weiter zu betreiben, auch wenn der Ertrag geringer ist als in einem optimalen Betriebspunkt. Bisher erfolgte stets eine
Abschaltung mit Null Ertrag, wenn wegen Eisabwurf schutzwürdige Bereiche gefährdet waren.
Auch ist es möglich, dass bei abnehmender Gefahr von Eisbefall oder bei nicht mehr vorhandenem Eisbefall die Anzeige verändert wird oder eingestellt wird. Daher wird vorgeschlagen, dass die Steuerschaltung den Parameter zu dem Eisbefall mit zumindest einem unteren Grenzwert vergleicht und bei einem Unterschreiten des unteren Grenzwertes durch den Parameter die Anzeigemittel und/oder den Rotor der Windkraftanlage ansteuert, insbesondere eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage erhöht.
Auch ist es möglich, dass nachdem eine Windkraftanlage angehalten wurde, über den oder die Eissensoren erfasst wird, ob Eisbefall noch wahrscheinlich ist oder nicht und bei einem Unterschreiten eines unteren Grenzwertes durch den Eisbefall
spezifizierende Parameter eine Inbetriebnahme-Prozedur der Windkraftanlage begonnen wird.
Bei einer solchen Prozedur können optional zunächst über die Steuerschaltung die Anzeigemittel angesteuert werden, dass diese eine Warnung anzeigen, dass die Windkraftanlage angefahren wird. Personen die sich im Gefährdungsbereich und/oder Abschaltbereich und/oder Projektionsbereich aufhalten, können diese Warnung wahrnehmen und sich gegebenenfalls aus dem Gefährdungsbereich entfernen. Das Verlassen der Personen des Geiahrdungsbereichs wird durch die Überwachungssensoren überprüft. Erst nach Ablauf einer Mindestzeit, beispielsweise 5 Minuten, 10 Minuten, eine halbe Stunde oder dergleichen, nachdem die Warnung angezeigt wurde und der den Eisbefall spezifizierende Parameter des Eissensors unterhalb des unteren Grenzwertes liegt, kann der Rotor der Windkraftanlage in Betrieb genommen werden. Eventuell dann noch abfallende Eisstücke sind
unproblematisch, da sich Personen aus dem Gefahrdungsbereich entfernen konnten. Ein Eissensor zum Erfassen eitles Eisbefall spezifizierenden Parameters kann insbesondere eine Kamera und/oder ein Lidar-Sensor sein. Auch ist es möglich, dass ein Eissensör zur Erfassung des Eisbefall spezifizierenden Parameters ein
Drehmomentsensor, ein Rotationssensor, ein Umweltsensor, insbesondere ein Temperatur- und/oder Luftfeuchtesensor ist oder einen solchen umfasst. Ein
Eissensor zur Erfassung des Eisbefall spezifizierenden Parameters kann auch eine Kombination dieser oder anderer Eissensoren sein. Der Eissensor kann einen
Parameter ausgeben, der angibt, wie wahrscheinlich ein Eisbefall ist. Je größer dieser Parameter, desto höher die Wahrscheinlichkeit des Eisbefalls. Dieser Parameter kann mit den oben beschriebenen Grenzwerten verglichen werden und als Information zu dem Eisbefall verstanden werden.
Der Überwachungssensor, der zur Überwachung des Überwachungsbereichs und/oder Projektionsbereichs und/oder Abschaltbereichs und/oder
Gefahrdungsbereichs wie zuvor beschrieben eingesetzt wird, kann ebenfalls ein optischer Sensor sein, insbesondere eine Kamera. Auch kann dieser Sensor ein
Infrarotsensor, ein Lidar Sensor oder dergleichen sein. Dieser Sensor kann ein Signal ausgeben, welches eine Information zu einer Person oder einem Gegenstand innerhalb eines der oben genannten Bereiche beinhaltet. Insbesondere können Bewegungen detektiert werden, die darauf schließen lassen, dass Personen oder bewegliche Gegenstände in den Überwachungsbereich und/oder Projektionsbereich und/oder Abschaltbereich und/oder Gefährdungsbereich eintreten. Ein Überwachungssensor kann am Mast der Windkraftanlage angeordnet sein. Bei einem Windpark können Überwachungssensoren an Masten von zumindest peripheren Windkraftanlagen des Windparks angeordnet sein. Ein
Überwachungssensor kann an einem eigenen Mast räumlich von einer
Windkraftanlage getrennt angeordnet sein. Bei einem Windpark können
Überwachungssensor an jeweils eigenen Masten im peripheren Bereich des
Windparks angeordnet sein. Die Masten können zumindest teilweise um den
Windpark herum angeordnet sein.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren nach Anspruch 12.
Um zu verhindern, dass bei Eisbefall die Windkraftanlage unmittelbar abgeschaltet werden muss, wird vorgeschlagen, ein Überwachungsbereich in einer räumlichen Umgebung der Windkraftanlage überwacht und eine Anwesenheitsinformation abhängig von einem beweglichen Objekt im Überwachungsbereich erfasst. Bedingt durch Eisbefall und ein detektiertes Objekt kann dann ein Betriebsparameter der Windkraftanlage eingestellt werden. Auch kann im Bereich der Windkraftanlage eine Warninformation angezeigt wird.
Dazu ist der Projektionsbereich gedacht, der wie oben beschrieben, angepasst werden kann. Optional kann, erst nachdem die Projektion erfolgt ist und optional
gegebenenfalls der den Eisbefall bestimmende Parameter angestiegen ist und einen weiteren Grenzwert überschritten hat, ein Abschälten der Windkraftanlage erfolgen.
Wie zuvor beschrieben, kann eine räumliche Überwachung der Windkraftanlage erfolgen. Die Überwachung kann einen Überwachungsbereich und/oder einen Projektionsbereich und/oder einen Abschaltbereich und/oder einen
Gefährdungsbereich betreffen. Es ist möglich, dass abhängig von der Überwachung eine Anzeige erfolgt. Die Anzeige kann beispielsweise nur dann erfolgen, wenn in dem Überwachungsbereich und/oder Projektionsbereich und/oder Abschaltbereich und/oder Gefahrdungsbereich eine Person und/oder eine Bewegung detektiert wurde. Es wird vorgeschlagen, dass abhängig von der Überwachung die
Windkraftanlage abgeschaltet wird. Dabei ist es einerseits möglich, dass eine
Abschaltung dann erfolgt, wenn in dem Überwachungsbereich und/oder
Abschaltbereich eine Bewegung oder eine Person detektiert wurde und der den
Eisbefall spezifizierende Parameter über einem Grenzwert liegt. Darüber hinaus ist es möglich, dass bei einer Detektion einer Person oder einer Bewegung im
Überwachungsbereich und/oder Abschaltbereich und/oder Projektionsbereich lediglich eine Anzeige erfolgt und bei einer Detektion einer Person oder Bewegung in dem Abschaltbereich und/oder Gefährdungsbereich eine Abschaltung der
Windkraftanlage erfolgt. Diese beiden Optionen sind beispielsweise dann sinnvoll, wenn der den Eisbefall spezifizierende Parameter einen ersten Grenzwert
überschritten hat. Überschreitet der den Eisbefall spezifizierende Parameter einen zweiten Grenzwert, kann eine Abschaltung beispielsweise bereits erfolgen, wenn eine Person oder eine Bewegung im Projektionsbereich und/oder Überwachungsbereich und/oder
Abschaltbereich detektiert wurde. Somit ist es möglich, kaskadiert abhängig von der Überwachung der Umgebung und dem den Eisbefall spezifizierenden Parameter eine Anzeige vorzunehmen und anschließend optional als weitere Maßnahme die
Windkraftanlage abzuschalten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass abhängig von der erfassten Information zu dem Eisbefall die zunächst abgeschaltete Windkraftanlage wieder eingeschaltet wird. Wenn der den Eisbefall spezifizierende Parameter unter einen Grenzwert fällt, kann eine Windkraftanlage, die zuvor angehalten wurde, wieder angefahren werden. Es wird vorgeschlagen, dass zeitlich davor gegebenenfalls eine Anzeige erfolgt, so dass sich Personen, die sich im Gefährdungsbereich und/oder Projektionsbereich aufhalten, aus diesem entfernen können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass vor dem Einschalten der Windkraftanlage der Gefährdungsbereich, der Projektionsbereich und/oder der Abschaltbereich und/oder der Überwachungsbereich überwacht wird und abhängig von dieser Überwachung optional die Anzeige und ein Einschalten erfolgt.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Windkraftanlage nur dann eingeschaltet wird, wenn keine Bewegung oder Person im Gefahrdungsbereich und/oder
Abschaltbereich und/oder Projektionsbereich und/oder Überwachungsbereich delektiert wurde. Die beschriebene Windkraftanlage als auch das beschriebene Verfahren kann Onshore als auch Offshore betrieben werden. Die Windkraftanlage kann Teil eines Windparks sein. Ein oder mehrere Windkraftanlagen, vorzugsweise alle Windkraftanlagen eines Windparks können gemäß des zuvor Beschriebenen betrieben werden, insbesondere ist es möglich, dass die im Windpark peripheren Anlagen entsprechend des zuvor Beschriebenen betrieben werden, um den gesamten Windpark gegenüber
Personenschäden durch Eisabwurf zu schützen.
Die Überwachung kann nicht nur in Richtung des Bodens, sondern auch in die Luft erfolgen. Somit ist es beispielsweise möglich, auch in der Luft, oberhalb der
Windkraftanlage befindliche Objekte in einem Überwachungsbereich oder
Gefahrdungsbereich zu delektieren und gegebenenfalls dann, gegebenenfalls auch ohne eine Projektion, eine Reduktion der Rotationsgeschwindigkeit der
Windkraftanlage bis hin zu einem Abschalten der Windkraftanlage wie zuvor beschrieben zu bewirken.
Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Windpark mit einer Mehrzahl von Windkraftanlagen;
Fig. 2a eine Ansicht einer Windkraftanlage mit Verschiedenen Bereichen; Fig. 2b eine Ansicht einer Wihdkraftanlage mit verschiedenen Bereichen
Fig. 3 eine Gondel einer Windkraftanlage mit Sensoren;
Fig.4 ein Blockschaltbild einer Anlage gemäß Ausführungsbeispielen;
Fig. 5a-c eine Draufsicht auf eine Windkraftanlage mit verschiedenen Bereichen; Fig. 6 einen Ablaufeines gegenständlichen Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 einen Ablauf eines gegenständlichen Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt eine Mehrzahl an Windkraftanlagen 2 in einem Windpark 4. Der Windpark 4 kann Offshore oder Onshore sein. Zumindest eine, vorzugsweise mehrere
Windkraftanlagen 2 können wie nachfolgend beschrieben betrieben werden. Dabei können insbesondere die Windkraftanlagen 2 entsprechend betrieben werden, die am peripheren Rand des Windparks 4 (gestrichelte Linie) angeordnet sind.
In der Fig. 1 ist ein Gefährdungsbereich, ein Projektionsbereich 24 sowie ein
Überwachungsbereich 24 gezeigt Der Projektionsbereich 24 kann auch ein
Abschaltbereich 23 umfassen oder sein. Im peripheren Bereich des
Gefahrdungsbereichs 34 oder im Überwachungsbereich 24 können Masten 3 angeordnet sein, die, wie nachfolgend noch beschrieben, Überwachungstechnik aufweisen. Im Projektionsbereich 24 können Anzeigemittel 16 angeordnet sein, beispielsweise Anzeigetafeln 16a oder Hinweisschilder. Fig. 2a zeigt eine Ansicht einer Windkraftanlage 2. Die Windkraftanlage 2 ist über einen Turm 6 am Boden 8 gegründet An dem Turm 6 ist eine Gondel 10 angeordnet und an der Gondel 10 sind Rotorblätter 12 an einem Rotor 14 befestigt. An dem Turm 6 oder hiervon getrennt, insbesondere jedoch in einer Höhe über dem Boden 8, ist ein Projektor 16b angeordnet Ferner ist an dem Turm 6 oder abgesetzt davon, jedoch bevorzugt in einer Höhe über dem Boden 8 ein Überwachungssensor 18 vorgesehen. Mit Hilfe des Projektors 16b ist eine Projektion 20 auf dem Boden 8 möglich. Dabei kann der Projektor 16b einen Projektionsbereich 22 um den Turm 6 herum
ausleuchten.
Der Überwachungssensor 18, beispielsweise ein. Bewegungssensor, eine Kamera, ein Lidar Sensor oder dergleichen, kann einen Überwachungsbereich 24 um den Turm 6 herum überwachen.
Fig. 2b zeigt eine Ansicht einer Windkraftanlage 2. Die Windkraftanlage 2 ist über einen Turm 6 am Boden 8 gegründet An dem Türm 6 ist eine Gondel 10 angeordnet und an der Gondel 10 sind Rotorblätter 12.an einem Rotor 14 befestigt
An getrennten Masten 3 sind Überwachungssensoren 18, beispielsweise ein
Bewegungssensor, eine Kamera, ein Lidar Sensor oder dergleichen vorgesehen. Die Überwachungssensoren 18 können einen Überwachungsbereich 24 um den Turm 6 herum überwachen.
An den Masten 3 oder getrennt hiervon können Displays 16a in einem
Projektionsbereich 22 angeordnet sein. Mit Hilfe der Displays 16a ist eine Anzeige von Wamhinweisen möglich. Der Projektionsbereich 22 kann zusammenfallen mit einem Abschaltbereich. Es kann auch nur ein Abschaltbereich vorhanden sein und die Anzeigemittel 16 können entfallen. Zur Detektion von Eisbefall kann insbesondere im Bereich des Rotors 14,
vorzugsweise in oder an der Gondel 10, wie in Fig. 3 gezeigt, eine Anzahl an
Eissensoren vorgesehen seih. So können beispielsweise ein Wettersensor 26 sowie ein Drehmomentsensor 28 an der Gondel 10 angeordnet sein. Weitere Eissensoren, wie beispielsweise Kameras, Drehgeschwindigkeitssensoren, Lidar Sensoren oder dergleichen können ebenso alternativ oder kumulativ vorgesehen sein.
Die Eissensoren 26, 28 können ihre Sensorwerte an eine Steuerschaltung 30 übermitteln. Basierend auf den Messwerten der Eissensoren 26, 28 kann die
Steuerschaltung 30 eine Information zu einem Eisbefall berechnen. Dies kann insbesondere ein Parameter sein, dessen Wert abhängig von der Wahrscheinlichkeit für einen Eisbefall ist.
Die Steuerschaltung 30 kann, wie in Fig.4 gezeigt, mit einem Steuersystem 32 der Windkraftanlage 2 gekoppelt seih. Über das Steuersystem 32 lässt sich die
Rotationsgeschwindigkeit der Rotorblätter 12 einstellen oder die Windkraftanlage 2 äbschalten sowie die Windkraftanlage 2 auch wieder einschalten. Gekoppelt mit der Steuerschaltung 30 sind sowohl die Anzeigemittel 16a, b als auch der
Überwachungssensor 18.
Eine Draufsicht auf die Windkraftanlage 2 ist schematisch in der Fig. 5a dargestellt. Zu erkennen ist eine Rotationsachse 2a sowie eine Rotationsebene 2b, die sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Eisabwurf findet insbesondere in der Rotationsebene 2b statt.
Fig. 5b zeigt, wie beispielsweise ein Überwachungsbereich 24, ein Projektionsbereich 20 (und/oder ein Abschaltbereich) sowie ein Gefahrdungsbereich 34 um eine
Windkraftanlage 2 herum verlaufen können. Die Bereiche 20, 24, 34 verlaufen in einem Korridor um die Rotationsebene 2b mit einem Abstand zur Rotationsebene 2b. Dabei kann der kleinste Bereich der Gefährdungsbereich 34 sein, ein etwas größerer Bereich der Projektionsbereich 22 und der größte Bereich der Überwachungsbereich 24. Gefahrdungsbereich 34 und Projektionsbereich/Abschaltbereich 22 können identisch sein. Auch ist es möglich, dass der Projektionsbereich/Abschaltbereich 22 und der Überwachungsbereich 24 identisch sind. Auch ist es möglich, dass die
Bereiche 22, 24, 34 identisch sind.
Die Bereiche 22, 24, 34 können auch kreisförmig oder im Wesentlichen kreisförmig um die Windkraftanlage 2 angeordnet sein, wie Fig. 5c zeigt.
Die Windkraftanlage wird beispielhaft wie in Fig. 6 schematisch dargestellt betrieben.
Zu Beginn des Prozesses (A) wird zunächst über einen oder beide Eissensoren 26, 28 ein einen Eisbefall spezifizierender Parameter als Information zu einem Eisbefall bestimmt (602). In Schritt 604 wird anschließend der Parameter mit einem ersten und einem zweiten oberen Grenzwert sowie einem unteren Grenzwert verglichen. Liegt der Parameter über dem unteren Grenzwert und unter den beiden oberen Grenzwerten, so wird wieder in Schritt A verzweigt.
Liegt der Parameter oberhalb eines ersten Grenzwertes wird in Schritt 606 verzweigt. In Schritt 606 wird optional eine Rotorgeschwindigkeit des Rotors 14 gemessen.
Anschließend wird in Schritt 608 optional abhängig von der gemessenen
Rotorgeschwindigkeit und/oder abhängig von dem Parameter zumindest einer der Bereiche 22, 24, 34 angepasst. So ist es beispielsweise mögliche, dass bei größerer Rotorgeschwindigkeit die Bereich 22, 24 individuell, gemeinsam oder einzeln verändert werden.
In Schritt 610 wird mit Hilfe des Überwächungssensors 18 der Überwachungsbereich 24 überwacht.
In Schritt 612 wird festgestellt ob eine Person und/oder eine Bewegung im
Überwachungsbereich 24 delektiert wurde. Optional wird in Schritt 613 der Projektor 16b angesteuert, um auf dem Boden 8 die Projektion 20 anzuzeigen und es wird erneut in Schritt A verzweigt. Auch kann eine optionale Anzeige auf einem Display 16a erfolgen. Ist hingegen keine Person oder Bewegung im Überwachungsbereich 24 detektiert worden, so wird unmittelbar in Schritt A, ohne eine Projektion verzweigt.
Liegt in Schritt 604 der Parameter über einem zweiten Grenzwert so wird in Schritt 614 verzweigt. In Schritt 614 erfolgt eine Überwachung des Überwachungsbereichs 24 durch den Überwachungssensor 18. Wird in Schritt 616 festgestellt, dass sich im Überwachungsbereich 24 eine Person aufhält oder wird dort Bewegung festgestellt, so wird in Schritt 618 die Rotorgeschwindigkeit des Rotors 14 gedrosselt oder der Rotor wird gänzlich abgestellt und die Windkraftanlage deaktiviert. Anschließend wird in Schritt A verzweigt.
Wird in Schritt 616 keine Person oder Bewegung im Überwachungsbereich 24 festgestellt so wird in Schritt 620 die Rotorgeschwindigkeit reduziert und in Schritt A verzweigt.
Wird in Schritt 604 festgestellt dass der Parameter einen unteren Grenzwert unterschreitet, so wird in Schritt 622 verzweigt. In Schritt 622 wird ausgewertet, ob die Windkraftanlage 2 in Schritt 618 ausgeschaltet wurde oder nicht. Falls nein, dreht sich die Windkraftanlage 2 noch und es wird in Schritt A verzweigt, wobei
gegebenenfalls (nicht gezeigt) die Rotorgeschwindigkeit wieder auf einen Normalwert hochgesetzt wird. Wird festgestellt dass die Windkraftanlage 2 abgestellt wurde, wird in Schritt 624 der Überwachungsbereich 24 überwacht. Wird in Schritt 626 festgestellt dass sich in dem Überwachungsbereich 24 eine Person aufhält, wird in Schritt 628 abgezweigt. In Schritt 628 wird über den Projektor 16b eine Projektion 20 in den Projektionsbereich 22 projiziert und/oder eine Anzeige auf dem Display 16a ausgegeben, die vor dem Anlaufen der Windkraftanlage 2 warnt. Ferner wird eine gewisse Zeit gewartet, um anschließend in Schritt 630 die Windkraftanlage 2 wieder in Betrieb zu nehmen und es wird in den Schritt A verzweigt.
Wird in Schritt 626 keine Person im Überwachungsbereich 24 festgestellt, wird in Schritt 632 die Windkraftanlage 2 unmittelbar wieder angestellt und in den Schritt A verzweigt.
Die Schritte 602-632 sind jeweils individuell optional und können beliebig mit einander kombiniert werden.
Die Windkraftanlage wird auch beispielhaft wie in Fig. 7 schematisch dargestellt betrieben.
Zu Beginn des Prozesses (A) wird zunächst über einen oder beide Eissensofen 26, 28 ein einen Eisbefall spezifizierender Parameter als Information zu einem Eisbefall bestimmt (702).
In einem darauf folgenden Schritt 706 wird ein Betriebsparameter der
Windkraftanlage, beispielsweise eine Rotorgeschwindigkeit des Rotors 14 gemessen.
Anschließend wird in einem optionalen Schritt 708 abhängig von dem gemessenen Betriebsparameter und/oder abhängig von dem den Eisbefall spezifizierenden Parameter zumindest einer der Bereiche 22, 24, 34 angepasst. So ist es beispielsweise möglich, dass bei größerer Rotorgeschwindigkeit die Bereiche 22 und 34 gemeinsam oder einzeln verändert werden. Ebenso kann umgekehrt die Rotorgeschwindigkeit passend zu den Bereichen 22 und 34 angepasst werden. Auch kann bei größerem Eisbefall, also bei einem Parameter über einem Grenzwert, ein Bereich 22, 24, 34 vergrößert werden und bei einem kleinen Parameter, welcher den Eisbefall bestimmt eine der Bereiche 22, 24, 34 reduziert werden. In einem Schritt 710 wird mit Hilfe des Überwachungssensors der
Überwachungsbereich 24 überwacht.
Wird in Schritt 712 festgestellt, dass keine Person in dem Überwachungsbereich ist, wird in Schritt A zurück verzweigt.
Wird in Schritt 712 festgestellt, dass sich Personen im Überwachungsbereich 24 aufhalten, so wird in Schritt 713 verzweigt Wird in Schritt 712 festgestellt, dass sich Personen bereits im Projektions-/Abschaltungsbereich 22 befinden, so wird in den Schritt 718 verzweigt.
In dem Schritt 713 erfolgt zunächst eine Ansteuerung der Anzeigemittel, insbesondere der Displays 16a. Auf diesen Anzeigemitteln wird eine Information angezeigt, dass eine Gefährdung besteht. Im Anschluss wird in den Schritt A zurück verzweigt.
Befinden sich Personen bereits im Projektions-/Abschaltbereich 22 wird in Schritt 718 ein Betriebsparameter der Windkraftanlage verändert. Dabei kann entweder die Rotationsgeschwindigkeit verringert oder die Windkraftanlage bereits vollständig abgeschaltet werden. Anschließend wird in den Schritt 722 verzweigt.
Im Schritt 722 wird über die Überwachungssensoren 18 der Gefährdungsbereich 34 überwacht. Es wird überprüft, ob sich Personen im Gefährdungsbereich 34 aufhalten oder nicht Wenn Personen sich im Gefährdungsbereich 34 aufhalten, so wird in Schritt A verzweigt. Wenn keine Personen im Gefährdungsbereich 34 sind, so wird in den Schritt 730 verzweigt. Im Schritt 730 wird die Windkraftanlage 2 wieder in Betrieb genommen und es wird wieder in den Schritt A verzweigt.
Mit Hilfe des gezeigten Verfahrens ist es möglich, die Betriebsstunden einer
Windkraftanlage bei Gefahr von Eisbefall und bei vorhandenem Eisbefall zu erhöhen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Windkraftanlage mit
einem Eissensor eingerichtet zur Erfassung einer Information zu einem Eisbefall zumindest von Rotorblättern der Windkraftanlage,
einem Überwachungssensor eingerichtet zur Erfassung einer
Anwesenheitsinformation eines beweglichen Objektes in einem
Überwachungsbereich in einer räumlichen Umgebung der Windkraftanlage und einer Steuerschaltung eingerichtet zum Empfangen der Information zu dem Eisbefall und der Anwesenheitsinformation und zum Einstellen zumindest eines Betriebsparameters der Windkraftanlage abhängig von der Information zu dem Eisbefall und der Anwesenheitsinformation.
2. Windkraftanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerschaltung abhängig von zumindest einem durch die
Windkraftanlage erfassten Betriebsparameter der Windkraftanlage einen Gefahrdungsbereich und/oder einen Abschaltbereich und/oder einen
Projektionsbereich und/oder den Überwachungsbereich um die Windkräftanlage herum bestimmt.
3. Windkraftänlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerschaltung dazu einrichtet ist, abhängig von zumindest einem Umgebungsparameter, insbesondere von Informationen über schutzbedürftige und/ oder unkritische Areale, zumindest einen Betriebsparameter der
Windkraftanlage einzustellen.
4. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Umgebimgsparameter zeitgesteuert und/ oder manuell und/ oder auf Basis vorbestimmter Kriterien anpassbar ist.
5. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Gefährdungsbereich und/oder der Abschaltbereich und/oder der Projektionsbereich und/oder der Überwachungsbereich abhängig von einer Ausrichtung einer Rotationsachse des Rotors der Windkraftanlage und/oder von einer Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage ist.
6. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerschaltung die Information zu dem Bisbefall mit zumindest einem Grenzwert vergleicht und bei einem Überschreiten des Grenzwertes abhängig von der Anwesenheitsinformation und/ oder abhängig von zumindest einem Umgebungsparameter einen Betriebsparameter der Windkraftanlage verändert, insbesondere eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage reduziert und/ oder den Azimut des Rotors variiert.
7. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerschaltung ein Anzeigesystem eingerichtet zur Anzeige von Informationen abhängig von zumindest der Information zu dem Eisbefall ünd/oder der Anwesenheitsinformation und/oder dem Betriebsparameter ansteuert.
8. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Anzeigesystem Anzeigemittel in dem Projektionsbereich aufweist.
9. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzeigemittel zumindest einen Projektor und/oder ein Display und/oder eine Anzeigetafel umfassen.
10. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerschaltung die Information zu dem Eisbefall mit zumindest zwei voneinander verschiedenen oberen Grenzwerten vergleicht und bei einem Überschreiten eines ersten oberen Grenzwertes die Anzeigemittel ansteuert und bei einem Überschreiten eines zweiten oberen Grenzwertes einen
Betriebsparameter der Windkraftanlage verändert.
11. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerschaltung die Information zu dem Eisbefall mit zumindest einem unteren Grenzwerten vergleicht und bei einem Unterschreiten des unteren Grenzwertes die Anzeigemittel ansteuert und/oder einen Betriebsparameter der Windkraftanlage verändert, insbesondere eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors der Windkraftanlage erhöht und/oder den Azimut des Rotors der Windkraftanlage variiert.
12. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Eissensor ein optischer Sensor, insbesondere eine Kamera und/oder ein LIDAR Sensor umfasst und/oder dass der Eissensor einen Drehmomentsensor umfasst und/oder dass der Eissensor einen Rotationssensor und/oder einen Umweltsensor, insbesondere einen Temperatur und/oder Luftfeuchtesensor umfasst.
13. Windkraftanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Überwachungsschaltung den Eissensor überwacht und bei einer Fehlfunktion des Eissensors ein Warnsignal ausgibt.
14. Verfahren zum Überwachen einer Windkraftanläge umfassend:
Erfassen einer Information zu einem Eisbefall zumindest von Rotorblättern der Windkraftanlage,
Überwachen eines Überwachungsbereichs in einer räumlichen Umgebung der Windkraftanlage und Erfassen einer Anwesenheitsinformation abhängig von einem beweglichen Objektes im Überwachungsbereich und
Einstellen eines Betriebsparameters der Windkraftanlage abhängig von der Information zu dem Eisbefall und der Anwesenheitsinformation.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem erfassten Eisbefall zunächst eine Warninformation auf den Anzeigemitteln angezeigt werden und anschließend zumindest ein
Betriebsparameter der Windkraftanlage verändert wird, insbesondere dass die Windkraftanlage abgeschaltet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Überwachungsbereich überwacht wird und abhängig von der
Überwachung die Warninformation angezeigt wird und/oder die
Windkraftanlage abgeschaltet wird.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Betriebsparameter der Windkraftanläge abhängig von zumindest einem Umgebungsparameter eingestellt wird.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass abhängig von der erfassten Information zu dem Eisbefall die zunächst abgeschaltete Windkraftanlage wieder eingeschaltet wird, wobei insbesondere zunächst vor dem Einschalten die Warninformation angezeigt wird.
19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Überwachungsbereich überwacht wird und abhängig von der
Überwachung die zunächst abgeschaltete Windkraftanlage wieder eingeschaltet wird.
PCT/EP2020/071223 2019-07-31 2020-07-28 Windkraftanlage sowie verfahren zum überwachen einer windkraftanlage WO2021018872A1 (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013034244A1 (de) * 2011-09-07 2013-03-14 Repower Systems Se Verfahren und system zur enteisung einer windenergieanlage
WO2018109106A1 (de) * 2016-12-14 2018-06-21 Wobben Properties Gmbh Bestimmung einer eisfall- und/oder eiswurfverteilung einer windenergieanlage

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