NO328300B1 - System for tidlig varsling for vindenergianlegg. - Google Patents

Description

Vindenergianlegg er alt etter størrelse og effektutlegning relativt dyre investeringsobjekter som må bli beskyttet mot ødeleggelser, skader og andre årsaker som kan føre til svikt i et vindenergianlegg, når den lange levetiden som- er lovet for vindenergianleggene skal bli nådd. Samtidig består for vindenergianlegg hele tiden ønsket om å drive med den maksimalt mulige effekten, slik at også et maksimalt stort energiutbytte kan bli oppnådd. Begge målene, nemlig den lange levetiden på den ene siden og det størst mulige energiutbytte på den andre siden står til dels diametralt mot hverandre, til slutt ville det riktignok i utgangspunktet være mulig å kjøre et vindenergianlegg også delvis i overbelastningsområdet, hvorved energiutbyttet blir økt, men noe som også samtidig ville føre til en tydelig forkortelse av levetiden. Blir et vindenergianlegg derimot bare kjørt i ganske små vindhastighetsområder så er anlegget sikkert bedre beskyttet enn andre, men ut fra sitt energiutbytte utilstrekkelig.

Fra den kjente teknikk skal det vises til WO 9842980.

Det er oppfinnelsens formål å angi forholdsregler og muligheter, hvordan et vindenergianlegg kan bli beskyttet mot skader eller omstendigheter som kan føre til svikt i et energianlegg, men hvor samtidig også et maksimalt mulig energiutbytte kan foregå.

Formålet blir oppnådd ved hjelp av en oppfinnelse med kjennetegnene ifølge krav 1. Fordelaktige utførelsesformer er angitt i de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen beror på den kunnskapen, ikke bare som hittil å måle vindforholdene i et vindenergianlegg ved hjelp av anemometer, men også å anvende disse måleresultatene for vindenergianleggene som i vindretningen er anordnet bak det første vindenergianlegget, slik at disse ved behov f.eks. når det opptrer en byge i god tid før bygen inntreffer kan foreta en bladinnstillingsvinkelforandring på vindenergianlegget, og at når bygen inntreffer på vindenergianlegget at belastningen ikke blir så stor at dette allikevel kan føre til skader.

Tidligvarslingssystemet ifølge oppfinnelsen baserer seg i grunnen på to for tiden forskjellige utgangspunkter, men som også kan bli kombinert med hverandre og så utfylle hverandre gjensidig.

En mulighet består i å anbringe et såkalt SODAR-system (se f.eks. http://akulOO.physik.uni-oldenburg.de/schallausbreitung/sodarl) på selve vindenergianlegget, fortrinnsvis på gondolen, eksempelvis i det fremre navområdet foran rotoren. Slike SODAR-systemer (Sonic Detection and Ranging) er i stand til å registrere vindforholdene tredimensjonalt (online) i en ønsket retning (i vindretningen) foran vindenergianlegget. Blir altså et SODAR-system anbrakt på en gondol i vindenergianlegget og rettet inn mot området foran rotoren til vindenergianlegget, så behøver det ikke å foregå noen etterjustering (da SODAR-systemet hele tiden med gondolen er rettet inn i retning av hovedvindretningen) og kan observere området foran rotoren i vindenergianlegget med hensyn til om byger opptrer.

Riktignok har SODAR-systemer i grunnen vært kjent lenge, men i lang tid er de bare blitt bygget opp stasjonært eller som mobile anlegg transportert på en tilhenger og tjener da bare til engangsmålinger av en vindprofil i et bestemt område.

Ifølge oppfinnelsen blir slike SODAR-systemer plassert på vindenergianlegget og ikke bare en gang bygget opp stasjonært, slik at når en byge nærmer seg som kunne føre til uønsket overbelastning av vindenergianlegget, blir dette oppdaget i tide, og allerede før bygen inntreffer i vindenergianlegget blir rotorbladene innstilt passende, slik at belastningen på vindenergianlegget fra den innkommende bygen er tydelig mindre enn med ikke innstilte rotorblader.

Er SODAR-systemet anbrakt i et vindenergianlegg (eller flere) som står i en vindpark og er dette vindenergianlegget oppstilt i kantområdet av vindparken som vinden som nærmer seg treffer først, så kan dataene som er målt av SODAR-systemet ikke bare bli bearbeidet i vindenergianlegget som bærer SODAR-systemet, men også av alle andre vindenergianlegg som i vindretningen står bak vindenergianlegget som er utrustet med SODAR-systemet, slik at bygen eller andre ugunstige vindforhold som går igjennom heller ikke der kan anrette noen skade, når vindenergianleggene stiller rotorbladene tilsvarende i vinden og dermed blir uangripelig for en byge eller andre ugunstige vindforhold.

Men i en vindpark er også et alternativ for et tidligvarslingssystem mulig, idet anemometerne og belastningsmåleinnretningene som hittil har vært i bruk og som er anbrakt på et vindenergianlegg blir anvendt til ikke bare å levere data som er viktige for vindenergianlegget som bærer anemometeret eller belastningsmåleinnretningene, men også blir vurdert for vindretningen bak vindenergianlegget med anemometeret. Måler eksempelvis anemometeret meget store vindstyrker så kan tilsvarende informasjoner bli avgitt til andre anlegg som i vindretningen står bak det berørte vindenergianlegget, og disse kan så ennå i tide før uønskede belastningtruende vindforhold inntreffer stille rotorbladene slik eller gripe til andre forholdsregler, f.eks. stenge av anleggene helt, slik at belastningene fremkalt av de ugunstige vindforholdene og dermed eventuelle skader som kan oppstå blir minst mulig, fortrinnsvis helt unngått.

En innstilling av rotorbladene i vinden fører regelmessig til at flatene på rotorbladene som er utsatt for vinden avtar og dette kan etter omstendighetene føre til en reduksjon av den elektriske effekten. Men denne ulempen er det tatt hensyn til når det ved å unngå overbelastninger kan bli unngått omfattende skader, definitivt kan allerede få tilfeller av overbelastning tydelig redusere levetiden for hele anlegget, slik at en forbigående redusert effekt neppe veier tungt når man tar dette i betraktning for hele levetiden for vindenergianlegget.

Tidligvarslingssystemet ifølge oppfinnelsen, hvor dataene (vind-, belastningsdata) som blir målt i et vindenergianlegg vil kunne bli anvendt også for andre vindenergianlegg forutsetter et kommunikasjonsnettverk mellom vindenergianleggene i en vindpark, hvor dataoverføringen kan foregå trådløst eller også bundet til ledninger og for selve overføringen kan kjente nettverksteknologier bli anvendt.

Dataoverføringen kan fra anlegg til anlegg her foregå over en sentral styring. Den sentrale styringen kan igjen videresende informasjonene med hensyn til vindforholdene, som blir målt i anlegget, til alle eller utvalgte vindenergianlegg (f.eks. de i "vindskyggen" til et bestemt anlegg) i en vindpark, og/eller på sin side stille til rådighet og formidle de nødvendige styringssignalene til hvert av vindenergianleggene. Naturligvis er også en kombinasjon av SODAR og anemoneter-måleregistreringene tenkelig, slik at på den ene siden kan overføringen foregå fra anlegg til anlegg, og på den andre siden gjennom en sentral styring, slik at det foreligger en informasjonsredundanse som muliggjør en feilkorrigering. Videre kan en plausibilitetskontroll f.eks. foregå slik at styringsanvisningene for vindenergianlegget utgitt fra sentralstyringen blir kontrollert ved hjelp av vindhastighets- h.h.v. vindretningsdataene overført fra anlegg til anlegg og blir utført bare ved påvist plausibilitet.

På den andre siden kan naturligvis også hvert anlegg ved hjelp av dataene overført mellom anleggene i sin egen styringsinnretning foreta en tilsvarende styring, og en sentralstyring gjennomfører en tilsvarende overvåkning.

Da avstanden mellom de enkelte vindenergianleggene i en vindpark ikke kan bli forandret så kan det ved hjelp av den kjente vindhastigheten, når det opptrer ugunstige vindforhold, ganske sikkert bli (forut-)beregnet når de tilsvarende ugunstige vindforholdene, f.eks. byger når frem til hvilke anlegg.

Overensstemmende med dette kan f.eks. et vindhastighetsavhengig tidsforløp bli beregnet, som anlegget trenger for å foreta de nødvendige innstillingene (innstillingsvinkel for rotorblader mot vinden). Alternativt eller utfyllende kan en fiks komponent bli innført for tidsforløpet.

På grunn av avstandene mellom de enkelte vindenergianleggene og vindhastighetene skulle forvarselstiden som fremkommer som regel være tilstrekkelig til å forandre bladvinkelen i tide (Pitchhastigheten ligger ved omtrent 4 til 8°/sekund.

Som nevnt kan formidlingen av informasjonene med hensyn til vindforholdene som blir målt i et vindenergianlegg i grunnen foregå i alle vindenergianlegg i en vindpark. Et alternativ kan være en vindretningsavhengig informasjonsformidling, hvor da en åpningsvinkel kunne være forutsatt, for i det minste å meddele informasjonene til anleggene som ligger umiddelbart ved siden av vindstien. Denne åpningsvinkelen kan igjen bli valgt fiks eller avhengig av vindretningssvingninger.

Naturligvis kan det i trekkene for informasjonsformidlingen ved siden av de rene vindhastighets- og vindretningsdataene også bli formidlet andre data som identifikasjon fra avsender- og målvindenergianleggene, feilkorrigeringskoder eller lignende informasjoner.

Det spesielle hensynet til vindretningen synes i dette aspektet hensiktsmessig da det med en vesentlig konstant vindretning stadig kan opptre lokale byger som bare når (kan nå) en del av vindenergianleggene, slik at med dette synspunktet for oppdragsoptimering også bare de vindenergianleggene som virkelig ligger i veien til en slik byge må bli styrt tilsvarende, slik at belastningene som opptrer der faller ut minst mulig. Figur 1 viser som eksempel en vindparkanordning med mange vindenergianlegg 1 som hvert er forbundet med en sentral styring 2. Den sentrale styringen kan her passende bearbeide målte data i de enkelte anleggene og også stille til rådighet passende styringssignaler for enkelte anlegg. Figur 2 viser som eksempel et typisk anvendelsestilfelle. Her strømmer vinden 3 mot et bestemt anlegg 4 som på sin side sender videre de målte dataene til en sentral styring eller på en annen måte (ikke sentralstyring) til andre anlegg. Det er å vente at vinden som treffer anlegget også vil treffe de anleggene som er anordnet i den umiddelbare vindskyggen til anlegget (tett skravert). Men det er absolutt mulig også å gjøre åpningsvinkelen videre (lettere skravert), for dermed å definere en bredere "vindskygge", slik at i samtlige anlegg som delvis eller fullstendig faller innenfor det skraverte området kan måleresultatene for det første anlegget altså også bli anvendt til å styre de andre anleggene i vindskyggen av det første anlegget slik at det ikke opptrer skader på de andre anleggene, og disse dermed også gjennom vurderingen av måleresultatene i det første anlegget kan bli beskyttet.

Istedenfor en sentral styring 2 kan - som allerede beskrevet - et annet styringskonsept bli anvendt. Eksempelvis kan også dette konseptet se slik ut at det mellom naboanlegg eller mellom vindenergianlegg i et bestemt område består data-(tele-) forbindelser, og måledata kan på denne måten bli utvekslet også trådløst og uten sentral styring mellom vindenergianleggene.

Det er også mulig at når det opptrer et bestemt vindforhold, f.eks. ved byger, blir ikke bare de konkret berørte anleggene stilt om, men samtlige i det umiddelbare naboskapet til dette anlegget eller anleggene som står i et bestemt geografisk forhold til det berørte anlegget. Dette kan f.eks. ifølge figur 2 også være vindenergianleggene 6 som i vindretningen står til venstre og høyre for det berørte anlegget.

Er det første anlegget 4 ifølge figur 2 utrustet med en SODAR så kan en byge bli målt allerede når den inntreffer på det første vindenergianlegget, og passende foranstaltninger bli truffet også i det første vindenergianlegget, slik at eventuelle skader kan bli forhindret.

Claims (8)

1. Vindenergianlegg med et akustisk system for å registrere vindhastighet nemlig med en SODAR som er anbrakt på gondolen i vindenergianlegget og som registrerer området foran rotoren på vindenergianlegget, hvor SODAR er anbrakt i området ved rotornavet i vindenergianlegget, foran rotorplanet for rotoren i vindenergianlegget.

2. Vindenergianlegg ifølge krav 1,karakterisert vedat SODAR måler vindforholdene foran rotoren og videresender tilsvarende måledata til en styring for vindenergianlegget som på sin side, når det opptrer spesielt uønskede vindforhold, f.eks. når det opptrer vindbyger, forandrer rotorbladenes innstillingsvinkel tilsvarende for dermed å beskytte hele anlegget mot uønskede belastninger og ødeleggelser.

3. Vindpark med flere vindenergianlegg ifølge krav 1 eller 2 med et tidligvarslingssystem for beskyttelse av vindenergianlegg i en vindpark, med midler for måling av vindforholdene i området ved et første vindenergianlegg, hvor de målte dataene blir bearbeidet av en styringsinnretning som styrer det første vindenergianlegget og/eller et andre vindenergianlegg i nærheten av det første vindenergianlegget, hvor styringen spesielt består i innstillingen av innstillingsvinkelen for rotorbladet mot vinden (Pitch), og en forskyvning av innstillingsvinkelen blir foretatt så snart et vindforhold som kan være farlig for det første vindenergianlegget blir målt.

4. Vindpark med flere vindenergianlegg ifølge krav 1 eller 2, hvor måledataene for et første vindenergianlegg i vindparken, som først blir utsatt for vinden, blir overført til minst ett andre vindenergianlegg som er anordnet bak det første vindenergianlegget i vindretningen, og avhengig av de målte dataene over vindforholdene i området ved det første vindenergianlegget blir det andre vindenergianlegget styrt i vindskyggen av det første vindenergianlegget.

5. Vindenergianlegg ifølge krav 1 eller 2, med en innretning for registreringen av vindforholdene i området ved vindenergianlegget,karakterisert veden innretning for sending/mottaking av vindhastighets- og/eller vindretningsinformasjoner til/fra minst et av de andre vindenergianleggene i vindparken.

6. Vindenergianlegg med en innretning for registrering av vindforhold ifølge krav 1 eller 3 og 5,karakterisert vedat innretningen for registrering av vindhastighet opererer med lydbølger, fortrinnsvis med ultralydbølger på den måten SODAR arbeider.

7. Vindenergianlegg ifølge krav 6,karakterisert vedat innretningen for registreringen av vindhastigheten i det minste delvis er anordnet i området ved gondolen i vindenergianlegget.

8. Vindenergianlegg ifølge krav 7,karakterisert vedat innretningen for registreringen av vindhastigheten registrerer vindhastigheten tredimensjonalt.

8. Vindenergianlegg ifølge krav 7,karakterisert vedat innretningen for registreringen av vindhastigheten registrerer vindhastigheten tredimensjonalt.