Mitteilungsvorlage (Technische Beschreibung Eiserkennung)

Technische Beschreibung ENERCON Eiserkennung Leistungskurvenverfahren Technische Beschreibung ENERCON Eiserkennung Leistungskurvenverfahren Technische Beschreibung Leistungskurvenverfahren Impressum Herausgeber: ENERCON GmbH ▪ Dreekamp 5 ▪ 26605 Aurich ▪ Deutschland Telefon: +49 4941 927-0 Fax: +49 4941 927-109 Copyright: © ENERCON GmbH. Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts sind verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte für den Fall der Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmustereintragung vorbehalten. Änderungsvorbehalt: Die ENERCON GmbH behält sich vor, dieses Dokument und den darin beschriebenen Gegenstand jederzeit ohne Vorankündigung zu ändern, insbesondere zu verbessern und zu erweitern. Dokumentinformation Dokument D0154407-2 Datum 28.10.2010 Sprache ger "Original" oder Übersetzung von <Dokument> Original Revisionstabelle Index 0 1 2 ii Datum 14.10.2010 28.10.2010 28.10.2010 Änderung Erstellen des Dokuments Überarbeitung der Vorabversion Überarbeitung der Vorabversion D0154407-2 Technische Beschreibung Leistungskurvenverfahren 1 Einleitung An Rotorblättern von Windenergieanlagen kann es bei bestimm‐ ten Witterungsverhältnissen zur Bildung von Eis, Rauhreif oder Schneeablagerungen kommen. Voraussetzung ist in der Regel eine hohe Luftfeuchtigkeit bzw. Regen oder Schneefall bei Tem‐ peraturen um den Gefrierpunkt. Eis bildet sich dadurch, dass Wassertropfen an der Blattoberfläche gefrieren. Rauhreifablage‐ rungen entstehen, wenn die bereits im gefrorenen Zustand in der Luft befindliche Feuchtigkeit vom Rotorblatt aus der Luft ab‐ geschöpft wird und an der Blattoberfläche haften bleibt. Die häufigsten Vereisungstemperaturen liegen im Bereich von - 1°C bis - 4°C. Über + 1°C und unter - 7°C tritt gewöhnlich kei‐ ne Vereisung auf. Bei Temperaturen unter - 7°C wird die verfüg‐ bare Feuchtigkeit in der Luft zu gering. Die Steuerung der Wind‐ energieanlage misst über zwei voneinander unabhängige Tem‐ peraturfühler die Außenlufttemperatur auf der Gondel und unten am Turmfuß und kann damit feststellen, ob Vereisungsbedingun‐ gen vorliegen. Eis- und Reifablagerungen können den Wirkungsgrad reduzie‐ ren, die Materialbelastung – insbesondere durch Unwucht – und die Lärm-Emission erhöhen. Zudem können Eisstärken erreicht werden, von denen beim Herabfallen oder Wegschleudern Ge‐ fahren für Personen und Sachen ausgehen. Das Prinzip der Eiserkennung mit dem Leistungskurvenverfah‐ ren wird daher serienmäßig in allen Anlagen mit verstellbaren Rotorblättern eingesetzt und wurde vom TÜV Nord auf Plausibi‐ lität geprüft (TÜV Bericht Nr. 8104206760). D0154407-2 Einleitung 1/8 Technische Beschreibung Leistungskurvenverfahren 2 Funktionsweise Bei Rotorblättern werden hochwertige aerodynamische Profile eingesetzt, die in einem weiten Betriebsbereich einen optimalen Wirkungsgrad erziehlen. Die aerodynamischen Eigenschaften dieser Profile reagieren sehr empfindlich auf Kontur- und Rau‐ higkeitsänderungen durch Vereisung. Die daraus resultierende signifikante Änderung des Betriebskennfelds der Anlage (Zusam‐ menhang von Wind / Drehzahl / Leistung / Blattwinkel) wird von der Eisansatzerkennung genutzt. Dazu werden bei Temperatu‐ ren auf der Gondel oberhalb von +2°C die anlagenspezifischen Betriebszusammenhänge (Wind / Leistung / Blattwinkel) als Langzeit-Mittelwerte erfasst. Bei Temperaturen unter +2°C (Ver‐ eisungsbedingungen) werden die aktuellen Betriebsdaten mit den Langzeit-Mittelwerten verglichen. Dazu wird um die anlagenspezifische Windleistungs- und WindBlattwinkelkennlinie ein empirisch ermitteltes Toleranzband ge‐ legt. Dieses basiert auf Simulationen, Versuchen und mehrjähri‐ ger Erfahrung an einer Vielzahl von Anlagen der unterschiedli‐ chen Typen. Liegen die Betriebsdaten von Leistung oder Blatt‐ winkel im Rahmen einer gleitenden Mittelung außerhalb des To‐ leranzbandes, wird die Anlage mit dem Hauptstatus 14: Eisan‐ satz gestoppt. Zusatzstatus Die Art der Abweichung vom Toleranzband wird ebenfalls aus‐ gewertet und in Form eines Zusatzstatus angezeigt. Liegt die gemessene mittlere Leistung unterhalb des Leistungs‐ fensters, deutet dies auf eine Vereisung des Rotors hin. Die An‐ lage wird dann mit dem Status 14 :11 Eisansatz: Rotor (Leis‐ tungsmessung) gestoppt. Für den Fall, dass es zu Eisansatz am Anemometer (Windmess‐ gerät) kommt und dadurch die gemessene mittlere Leistung der Anlage oberhalb des Leistungsfensters liegt, wird die Anlage mit Status 14 :12, Eisansatz : Anemometer (Leistungsmessung) gestoppt, da in diesem Fall davon auszugehen ist, dass nicht nur das Windmessgerät, sondern auch die Rotorblätter vereist sind. Bei vereisten Rotorblättern stellen sich im Regelbereich kleine‐ re Blattwinkel ein, als bei eisfreien Rotorblättern. Wenn der ge‐ messene mittlere Blattwinkel unterhalb des Blattwinkelfensters liegt, deutet dies auf eine Vereisung des Rotors hin. Die Anlage wird dann mit dem Status 14 :13 Eisansatz: Rotor (Blattwinkel‐ messung) gestoppt. Sollte der gemessene mittlere Blattwinkel oberhalb des Blattwin‐ kelfensters liegen, deutet dies, wie bei der Leistungsmessung, auf ein vereistes Windmessgerät hin. Die Anlage wird in diesem Fall mit Status 14 : 14 Eisansatz: Anemometer (Blattwinkelmes‐ sung) gestoppt, da keine genaue Aussage mehr über eventuel‐ len Eisansatz am Rotor gemacht werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Eisansatz über den gesamten Windge‐ schwindigkeitsbereich erkannt wird. 2/8 Funktionsweise D0154407-2 Technische Beschreibung Leistungskurvenverfahren An einem Ultraschallanemometer tritt keine Vereisung auf. Abschaltzeit D0154407-2 Durch die enge Lage des Toleranzbands erfolgt die Abschal‐ tung in der Regel innerhalb einer halben Stunde, bevor die Di‐ cke der Eisschicht zu einer Gefährdung der Umgebung führt. Auch im unvereisten Betrieb liegen regelmäßig einzelne Betriebs‐ punkte außerhalb der Toleranz, führen jedoch durch die gleiten‐ de Mittelung üblicherweise nicht zur Abschaltung. Funktionsweise 3/8 Technische Beschreibung Leistungskurvenverfahren 3 Wiederanfahren der Anlage Ein automatischer Neustart der Anlage ist erst wieder nach Ab‐ tauen des Eises nach entsprechend andauerndem Anstieg der Außentemperatur über +2°C möglich. In Abhängigkeit von der Außentemperatur wird eine erforderliche Abtauzeit ermittelt, in der die Anlage nicht automatisch startet. Ein manuelles vorzeiti‐ ges Wiedereinschalten ist nur direkt an der Anlage nach entspre‐ chender Sichtkontrolle möglich. Dabei obliegt dem Betreiber die Verantwortung für die eventuell davon ausgehende Gefährdung. Es wird davon ausgegangen, dass das Eis nur durch Außentem‐ peraturen über +2°C wieder abtauen kann. Die erforderliche Ab‐ tauzeit wird – basierend auf empirischen Werten – in Abhängig‐ keit von der Außentemperatur so definiert, dass beim Wiederan‐ laufen die Gefährdungen durch an den Rotorblättern haftendes Eis minimiert wird. Bis zum Wiederanlauf der Anlage können so, je nach Außentemperatur, mehrere Stunden vergehen. Rotorblattenteisung ENERCON bietet eine optionale Rotorblattenteisung an. Dieses System wird erst nach Stillstand der Anlage eingeschaltet. Durch die Rotorblattheizung wird Eisansatz nicht verhindert, die Abtauzeit kann jedoch deutlich verringert werden. Wenn die Anlage mit einer Rotorblattenteisung ausgerüstet ist, nimmt sie nach Ablauf der Heizdauer, die üblicherweise mehre‐ re Stunden beträgt, den Betrieb wieder auf. In der Steuerung kann bei Bedarf eingestellt werden, dass die Anlage den Betrieb nicht automatisch wieder aufnimmt, nach‐ dem sie Eisansatz erkannt hat. Ein Neustart der Anlage erfolgt dann in jedem Fall erst durch manuelle Bedienung. 4/8 Wiederanfahren der Anlage D0154407-2 Technische Beschreibung Leistungskurvenverfahren 4 Sicherheit Die Betriebsicherheit der Eisansatzerkennung mittels Leistungs‐ kurvenverfahren ist sehr hoch. Ein eventueller Ausfall der Tem‐ peratur-Messstelle wird durch eine zweite Messstelle am Turm‐ fuß überwacht. Alle weiteren, mit Toleranzen behafteten Mess‐ werte wie Windgeschwindigkeit, Leistung und Blattwinkel wer‐ den von der Steuerung nicht als Absolutwerte betrachtet. Zur Er‐ kennung von Eisansatz wird lediglich die Veränderung dieser Werte berücksichtigt. Alle relevanten Messgrößen der Windenergieanlage werden per‐ manent durch die Steuerung auf Plausibilität überprüft. Auch ei‐ ne unplausible Veränderung eines Messwertes, die nicht auf Eis‐ ansatz beruht, wird von der Steuerung als Eisansatz interpre‐ tiert und die Anlage wird abgeschaltet. Ein Versagen der Eisan‐ satzerkennung durch Toleranzen in den Messsignalen oder gar dem Ausfall eines Signals wird dadurch unmöglich. Das Kennlinienverfahren kann systembedingt Eisansatz auch dann erkennen, wenn von anderen Systemen genutzte Eissen‐ soren auf der Gondel aufgrund klimatischer Schichtung keine Vereisung erkennen können. D0154407-2 Sicherheit 5/8 Technische Beschreibung Leistungskurvenverfahren 5 Grenzen Da sich der Rotor für das Leistungskurvenverfahren drehen muss, kann dieses Verfahren nicht im Stillstand funktionieren. Bei niedrigen Windgeschwindigkeiten (unter 3 m/s) reduziert sich die Empfindlichkeit der Eisansatzerkennung. In diesen Fäl‐ len kann ein Eiswurf nicht vollständig ausgeschlossen werden. Bei Windstille und niedrigen Windgeschwindigkeiten erfolgt je‐ doch in der Regel kein Aufbau von dickwandigen Eisstücken. Zu‐ dem dreht sich der Rotor dann nicht bzw. nur mit geringer Ge‐ schwindigkeit. Ein etwaiger Eisansatz wird daher nicht über ei‐ ne größere Distanz geschleudert, sondern fällt von den Rotor‐ blättern im Nahbereich der Windenergieanlage herunter. Das da‐ mit verbundene Eiswurfrisiko ist vergleichbar mit dem Eiswurfrisiko bei höheren Gebäuden, Hochspannungsleitungen o.ä. 6/8 Grenzen D0154407-2