(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (13) T3 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (51) Int. Cl. F03D7/04 ( ) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej Europejski Biuletyn Patentowy 2007/41 EP B1 (54) Tytuł wynalazku: Sposób działania elektrowni wiatrowej (30) Pierwszeństwo: DE (43) Zgłoszenie ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 2006/14 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 02/2008 (73) Uprawniony z patentu: Wobben, Aloys, Aurich, DE PL/EP T3 (72) Twórca (y) wynalazku: Wobben Aloys, Aurich, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Wierzbicka-Dobrzyńska Wanda Warszawa Senatorska 40 m. 42 Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 Sposób działania elektrowni wiatrowej Przedmiotem wynalazku jest sposób rozpoznawania osadu lodowego podczas pracy elektrowni wiatrowej, co ujawniono w części przedznamiennej zastrzeżenia patentowego 1. Wynalazek dotyczy ponadto elektrowni wiatrowej zgodnie z częścią przedznamienną zastrzeżenia 8. Termin parametr, względnie parametr działania używany jest tutaj w znaczeniu bezpośrednio badanego parametru, ale również w znaczeniu wartości parametru, wywiedzionej ze zmierzonej wartości. Z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US 2002/ A1 znany jest system sterowania elektrowni wiatrowej ze środkami czujnikowymi w celu rejestracji wartości pomiarowych, przy czym wartości pomiarowe wykorzystuje się do określania stopnia obciążenia turbiny elektrowni wiatrowej, występującego w zależności od warunków brzegowych. Przy nadmiernym obciążeniu elektrowni wiatrowej jej działanie można regulować na podstawie stwierdzonego obciążenia. Ze zgłoszenia patentowego US 2003/ A1 znane jest urządzenie kontrolne turbin wiatrowych, gdzie urządzenie kontrolne reguluje obciążenie momentem obrotowym w zależności od zmierzonego obciążenia w poszczególnych cięgnach napędowych. Elektrownie wiatrowe wytwarzane są od pewnego czasu w takiej liczbie sztuk, że można tutaj mówić o produkcji seryjnej. Jednakże każda elektrownia wiatrowa jest unikalna, jako że również w produkcji seryjnej występują odchylenia od optymalnych wytycznych. Zarazem nie jest to cecha właściwa

3 - 2 - wyłącznie produkcji seryjnej elektrowni wiatrowych. W wielu dziedzinach życia codziennego mowa jest o wartościach wytycznych oraz o dopuszczalnym zakresie tolerancji, w obrębie którego odchylenia od zadanych wartości są akceptowane, nie stanowiąc problemu. Jako że łopaty wirnikowe elektrowni wiatrowych wytwarzane są przy nadzwyczaj wysokim udziale pracy ręcznej, osiągając zarazem znaczące wymiary, każda łopata wirnikowa również staje się unikalna. Tym samym elektrownia wiatrowa obejmująca trzy łopaty wirnikowe już na wirniku dysponuje trzema unikalnymi elementami. W związku z tym żaden z wirników elektrowni wiatrowej nie jest taki jak inny i już sama wymiana łopaty wirnikowej zmienia cały wirnik w obrębie zakresu tolerancji. Odpowiednio różny jest także sposób działania każdej elektrowni wiatrowej, także wówczas, gdy są to elektrownie tego samego typu. Odchylenia znajdują się w dopuszczalnym zakresie tolerancji, mogą jednak również prowadzić do utraty wydajności. Elektrownie wiatrowe, a w szczególności ich elementy rozmieszczone w obszarze gondoli na zewnątrz, takie jak wirnik, ale również anemometr, wystawione są szczególnie zimą na ryzyko oblodzenia. Oblodzenie anemometru może łatwo prowadzić do błędnych wskazań, co z kolei może za sobą pociągać niewłaściwe sterowanie elektrownią wiatrową. Oblodzenie wirnika kryje ryzyko, że spadający lód może zranić osoby i uszkodzić rzeczy w otoczeniu elektrowni wiatrowej. Jako że w przypadku oblodzonych łopat wirnikowych nie sposób przewidzieć, kiedy i jaka ilość lodu z nich spadnie, konieczne jest zatrzymanie elektrowni wiatrowej

4 - 3 - szczególnie w razie oblodzenia łopat wirnikowych, by tym samym ograniczyć ryzyko dla otoczenia. Ze stanu techniki znane są różne rozwiązania mające na celu uniknięcie powyższych problemów. Dostępne są na przykład podgrzewane anemometry. Podgrzewanie anemometru powinno zapobiec jego oblodzeniu. Jednak pełnego zabezpieczenia przed oblodzeniem anemometru podgrzewanie tego rodzaju nie daje, jako że system ogrzewania może ulec awarii, zaś działające ogrzewanie może nie zapobiec oblodzeniu przy dowolnie niskiej temperaturze. Znane są także różne rozwiązania dotyczące łopat wirnikowych. Stosowane są podgrzewane łopaty wirnikowe, co również zapobiegać ma powstawaniu osadu lodowego. Jednak w przypadku większych elektrowni wiatrowych o odpowiednio dużych łopatach wirnikowych nakłady na energię z tym związane są znaczące. Z publikacji DE A1 znany jest system, w którym po wystąpieniu oblodzenia dochodzi do zatrzymania instalacji, po czym łopaty wirnikowe są podgrzewane w celu usunięcia z nich oblodzenia przy możliwie optymalnym wydatku energii. Jednakże rozpoznawanie oblodzenia zgodnie ze stanem techniki odbywa się często poprzez badanie niewyważenia wirnika, do którego dochodzi, gdy z wirnika spadnie część utworzonego osadu lodowego. Jednak już to pierwsze oberwanie osadu lodowego oznacza ryzyko dla otoczenia. Zarazem wraz ze wzrostem wielkości łopat wirnikowych wzrasta też ich masa, przez co oberwanie stosunkowo niewielkiej ilości lodu nie prowadzi jeszcze do wykrywalnego niewyważenia. W efekcie trudno w pewny sposób rozpoznać, że doszło do oblodzenia.

5 - 4 - W związku z tym celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie możliwości dopasowania działania elektrowni wiatrowej do zachodzących zmian. Cel ten zgodnie z wynalazkiem zrealizowano, przedstawiając sposób w części znamiennej zastrzeżenia 1 oraz elektrownię wiatrową o cechach podanych w zastrzeżeniu 8. U podstaw niniejszego wynalazku leży przy tym stwierdzenie, że przy pragmatycznym podejściu także i osad lodowy na łopacie wirnikowej uznać należy za (przejściową, uzależnioną warunkami meteorologicznymi) zmianę kształtu łopaty wirnikowej. Z tego wynika, że osad lodowy na łopatach wirnikowych elektrowni wiatrowej prowadzi do stałych zmian profilu aerodynamicznego, tym samym pociągając za sobą pogorszenie wydajności elektrowni wiatrowej. Jednakże również w wyniku odchyleń łopat wirnikowych od zadanego optymalnego kształtu, powstałych na etapie produkcji oraz poprzez stopniowe zanieczyszczenie łopat wirnika podczas pracy urządzenia, dochodzi do odchyleń od tego kształtu, a tym samym odchyleń w zakresie wydajności. Po zmierzeniu zadanych parametrów działania, takich jak prędkość wiatru, kąt ustawienia łopat wirnikowych oraz zmierzona wydajność, można je zestawić z wartościami zapisanymi w elektrowni wiatrowej. Przy uwzględnieniu warunków brzegowych temperatury zewnętrznej, na podstawie której może wnosić, czy w ogóle dojść może do oblodzenia, wartości zapisane w elektrowni wiatrowej można dopasować do rzeczywistej sytuacji lub odpowiednio wpłynąć na działanie instalacji. Warunki brzegowe temperatury zewnętrznej można kontrolować przy użyciu czujnika temperatury. Gdy wyniki pomiarów wskażą temperaturę zewnętrzną na poziomie

6 - 5 - przynajmniej 2 C, oblodzenie jest z pewnością wykluczone, zaś odchylenie od wartości nie można tłumaczyć oblodzeniem, lecz odchyleniem zakresu tolerancji, na przykład w odniesieniu do profilu łopaty wirnikowej. W razie spadku temperatury poniżej 2 C nie można już w pewny sposób wykluczyć oblodzenia. W związku z tym przy zmianie wartości parametrów nie można wykluczyć oblodzenia, co ma wpływ na działanie instalacji, na przykład poprzez jej unieruchomienie. Aby móc dopasować zapisane w instalacji wartości parametrów do ciągłych zmian w elektrowni bez ryzyka błędnych wskazań obecności osadu lodowego, wartości parametrów zapisane w instalacji można odpowiednio dopasować przy (wielokrotnym) występowaniu odchyleń. W celu dopasowania tych wartości obliczana jest różnica między zapisaną wartością parametru a zarejestrowaną wartością parametru, po czym, odpowiednio do wielkości różnicy, wartości zapisanych parametrów można zmieniać przy użyciu podanego współczynnika. Współczynnik ten stanowić może na przykład ułamek wielkości różnicy, tak aby jednorazowa zmiana nie prowadziła do znaczącej modyfikacji zapisanych wartości parametrów. Wartości parametrów i/lub warunków granicznych można zarejestrować dla podanego odcinka czasu, na przykład 60 s i/lub podczas podanej liczby cykli pomiarowych, chcąc zmniejszyć wpływ przypadkowych pojedynczych zdarzeń. Jako że sterowanie elektrownią wiatrową przebiega w sposób zależny od prędkości wiatru w oparciu o różne parametry, użyte parametry różnicowane są korzystnie w zależności od drugiego warunku granicznego. Poniżej prędkości wiatru, dla której instalacja pozwala uzyskiwać moc znamionową, odbywa się sterowanie z wykorzystaniem uzyskiwanej mocy w zależności między innymi od prędkości

7 - 6 - wiatru. Na podstawie uzyskiwanej mocy można zatem wnioskować o prędkości wiatru. Po osiągnięciu i przekroczeniu znamionowej prędkości wiatru instalacja stale generuje moc znamionową. Sterowanie odbywa się w tym zakresie w taki sposób, że zmianie podlega kąt ustawienia łopat wirnikowych. Odpowiednio do danego kąta ustawienia łopat wirnikowych przyporządkować można prędkość wiatru. Zgodnie z tym w zależności od osiągnięcia mocy znamionowej warunek graniczny parametrów może ulegać zmianie między uzyskaną mocą a kątem ustawienia łopat wirnikowych. Poniżej przedmiot wynalazku przedstawiono bliżej w przykładzie wykonania na podstawie załączonego rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schemat przepływowy sposobu według wynalazku; fig. 2 przedstawia schemat przepływowy alternatywnego rozwiązania sposobu; fig. 3 przedstawia przykład podanej krzywej standardowej oraz krzywych charakterystycznych uzyskanych na podstawie pomiarów; fig. 4 przedstawia zmiany zapisanych wartości parametrów. Widoczny na fig. 1 schemat przepływowy przedstawia poszczególne etapy. Etap 10 stanowi początek schematu przepływowego. Na etapie 11 sprawdza się, czy w danym wypadku chodzi o pierwsze uruchomienie elektrowni wiatrowej. Skierowane w dół odgałęzienie oznacza odpowiedź tak, z kolei odgałęzienie skierowane w prawo oznacza odpowiedź nie. W przypadku pierwszego uruchomienia na etapie 12 do pamięci wprowadzane są wartości standardowe właściwe dla

8 - 7 - danej instalacji. Wówczas, gdy nie jest to pierwsze uruchomienie, etap 12 jest pomijany. Na etapie 13 rejestrowana jest uzyskiwana moc P ist, kąt ustawienia α łopat wirnikowych oraz prędkość wiatru v w. Na etapie 14 sprawdzane jest, czy uzyskiwana moc P ist równa jest mocy znamionowej P N. Gdy tak jest w istocie, dolne odgałęzienie prowadzi do etapu 15. Tutaj jako parametr wybierany jest kąt ustawienia α łopat wirnikowych. Wówczas, gdy uzyskiwana moc nie jest równa mocy znamionowej, to jest, jest niższa od mocy znamionowej, wybierane jest odgałęzienie prawe prowadzące do etapu 16, gdzie jako parametr wybierana jest uzyskiwana moc P ist. W kolejnym etapie 19 sprawdza się, czy temperatura zewnętrzna υ wynosi przynajmniej 2 C lub więcej. Gdy tak jest w istocie, dalszy ciąg procesu poprzez dolne odgałęzienie odbywa się na etapie 20. Pomiar temperatury zewnętrznej υ można przeprowadzić przy użyciu termometru. Możliwe jest oczywiście zastosowanie dodatkowego termometru, ewentualnie w innym miejscu, przy czym temperatury mierzone tymi termometrami mogą być kontrolowane między sobą pod kątem prawdopodobieństwa. Na etapie 20 w zależności od parametrów zmierzonych na etapach 14, 15 i 16 - kąta ustawienia α łopat lub uzyskiwanej mocy P ist ustalana jest przynależna prędkość wiatru v K na podstawie danych zapisanych w elektrowni wiatrowej. Następnie prędkość wiatru v K zestawiana jest ze zmierzoną prędkością wiatru v W. Na etapie 21 sprawdzane jest, czy zmierzona prędkość wiatru różni się od zapisanej prędkości wiatru. Gdy tak jest w istocie, dolne odgałęzienie prowadzi do etapu 22, gdzie ustalana jest oraz zapisywana w elektrowni wiatrowej nowa wartość dla zapisywanej wartości parametru.

9 - 8 - Ta nowa wartość mnożona jest przez współczynnik 0,05, po czym dodawana do dotychczasowej wartości z uwzględnieniem znaku liczby. Po uzyskaniu mniejszej wartości 1/20 różnicy odejmowana jest od zapisanej dotychczas wartości, po uzyskaniu wyższej wartości 1/20 różnicy dodawana jest do tej wartości. Po zapisaniu na nowo wyznaczonej wartości rozpoczyna się ponowne rejestrowanie uzyskiwanej mocy P ist, kąta ustawienia α łopaty wirnikowej oraz prędkości wiatru v w, po czym proces zaczyna się ponownie od etapu 13. Powyższy współczynnik przyjąć może inne odpowiednie wartości. Widać przy tym od razu, że przy wyższym współczynniku dochodzi do szybszego dopasowania zapisanych wartości do wartości zmierzonych niż przy niższym współczynniku. Powyższy współczynnik można zmieniać przykładowo również w zależności od wielkości różnicy między wartością zmierzoną a wartością zapisaną. Im większa jest ta różnica, tym mniejszy może być współczynnik, aby w ten sposób, przykładowo, zmniejszyć wpływ dużej różnicy lub odwrotnie. Zgodnie z alternatywnym rozwiązaniem można zrezygnować ze stosowania współczynnika przeliczeniowego. Zamiast tego dopasowanie zapisanych wartości do wartości zmierzonych może się odbywać niezależnie lub stopniowo, zależnie od różnic względem podanych wartości. Dopasowanie może się zatem odbywać z wykorzystaniem stałej wartości w lub dla ustalonego pierwszego przedziału wartości różnic stosowana jest pierwsza ustalona wartość w 1, dla ustalonego drugiego przedziału wartości stosowana jest ustalona wartość w 2, dla trzeciego przedziału wartość w 3 i tak dalej. W sytuacji gdy wartość zarejestrowana na etapie 20 nie różni się, względnie różni nieznacznie od wartości zapisanej,

10 - 9 - od etapu 21 prawym odgałęzieniem przejść można dalej, pomijając etap 22. Odpowiednio etap 22 można zapisać, tym samym odciążając będący w użyciu procesor. Po stwierdzeniu na etapie 19, że temperatura nie wynosi przynajmniej 2 C, nie można w pewny sposób wykluczyć oblodzenia łopat wirnikowych. Odpowiednio bocznym odgałęzieniem należy wówczas przejść do etapu 23. Na etapie 23 mierzona jest w oparciu o zarejestrowane parametry przyporządkowana do zapisanych wartości parametrów prędkość wiatru v W. Na etapie 24 sprawdza się, czy (przy uwzględnieniu obszaru tolerancji) prędkość wiatru v K obliczona na podstawie zapisanych wartości parametrów jest zgodna z zarejestrowaną prędkością wiatru v W. Gdy tak jest w istocie, bocznym odgałęzieniem powraca się do etapu 13, po czym proces jest kontynuowany - ponownie od zarejestrowania uzyskiwanej mocy P ist, kąta ustawienia α łopat wirnikowych oraz prędkości wiatru v W. Gdy na etapie 24 zostanie stwierdzone, że zarejestrowana prędkość wiatru v W nie jest zgodna w prędkością wiatru v K obliczoną na podstawie zapisanych wartości, na etapie 25 sprawdza się, czy zarejestrowana prędkość wiatru v W jest mniejsza od prędkości wiatru v K zmierzonej na podstawie wartości parametrów. Gdy tak jest w istocie, dolnym odgałęzieniem przechodzi się do etapu 26, gdzie przyjmuje się oblodzenie anemometru, jako że z uzyskiwanej mocy elektrowni, względnie kąta ustawienia łopat wynika, że prędkość wiatru powinna być wyższa, niż zarejestrował anemometr. Gdy zarejestrowana prędkość wiatru v W jest nie mniejsza niż prędkość wiatru v K obliczona na podstawie zapisanych

11 parametrów, proces jest kontynuowany bocznym odgałęzieniem na etapie 25. Jako że z etapu 24 jest wiadome, że zarejestrowana prędkość wiatru v W nie jest równa prędkości wiatru v K obliczonej na podstawie zapisanych wartości parametrów, oraz że zarejestrowana prędkość wiatru v W nie jest również mniejsza od prędkości wiatru v K obliczonej na podstawie zapisanych parametrów, musi być ona od niej większa. Gdy jednak przy wyższej prędkości wiatru uzyskiwana jest niższa moc, względnie rejestrowany jest mniejszy kąt ustawienia łopat wirnikowych, wynika stąd bezsprzecznie, że zmianie uległa charakterystyka aerodynamiczna łopat wirnikowych. Jako że z etapu 19 wiadomo, że temperatura wynosi poniżej 2 C, nie można wykluczyć oblodzenia łopat wirnikowych. Odpowiednio na etapie 27 przyjmuje się, że doszło do oblodzenia łopat wirnikowych. Zarówno przyjęte na etapie 26 oblodzenie anemometru, jak i przyjęte na etapie 27 oblodzenie łopat wirnikowych prowadzi na etapie 28 do zatrzymania elektrowni. Tym samym eliminuje się zagrożenie dla otoczenia. Cały proces kończy się wówczas na etapie 29. Na schemacie przepływowym widocznym na fig. 2 poszczególne etapy wyróżniono znakami odniesienia. Etap 10 stanowi początek schematu przepływowego. Na etapie 11 sprawdza się, czy w danym wypadku chodzi o pierwsze uruchomienie elektrowni wiatrowej. Skierowane w dół odgałęzienie oznacza odpowiedź tak, z kolei odgałęzienie skierowane w prawo oznacza odpowiedź nie. W przypadku pierwszego uruchomienia na etapie 12 do pamięci wprowadzane są wartości standardowe właściwe dla danej instalacji.

12 Wówczas, gdy nie jest to pierwsze uruchomienie, etap 12 jest pomijany. Na etapie 13 rejestrowana jest uzyskiwana moc P ist, kąt ustawienia α łopat wirnikowych i prędkość wiatru v W. Na etapie 14 sprawdza się, czy uzyskiwana moc P ist jest równa mocy znamionowej P N. Gdy tak jest w istocie, dolnym odgałęzieniem przechodzi się do etapu 15. Tutaj jako parametr wybiera się kąt ustawienia α łopat wirnikowych. Gdy uzyskiwana moc nie jest równa mocy znamionowej, to jest, jest mniejsza od mocy znamionowej, prawym odgałęzieniem przechodzi się do etapu 16, gdzie jako parametr wybiera się uzyskiwaną moc P ist. Na etapie 17 odpowiednio do parametru wybranego na etapie 15 lub 16 obliczana jest przyporządkowana zapisana wartość prędkości wiatru v K. Prędkości wiatru v K przyporządkowywany jest określony zakres tolerancji. Zakres ten może się różnić, przykładowo w zależności od lokalizacji elektrowni wiatrowej. W lokalizacjach o wysokim stopniu zagrożenia dla otoczenia, na przykład w sąsiedztwie budynków, wąski zakres tolerancji pozwala uzyskać szybką reakcję systemu sterowania elektrowni wiatrowej w odpowiedzi na odchylenia od zapisanych wartości. Dla tego wąskiego zakresu tolerancji obliczono wartości empiryczne ±0,5 m/s do ±2 m/s, korzystnie ±1,2 m/s. Z kolei w przypadku obszarów o niższym stopniu zagrożenia odpowiedni okazał się zakres ±1 m/s do ±3 m/s, korzystnie ±2 m/s. Na etapie 18 sprawdzane jest, czy zarejestrowana prędkość wiatru v W przy uwzględnieniu obszaru tolerancji jest zgodna z prędkością wiatru v K obliczoną na podstawie wartości zapisanych. Gdy tak jest w istocie, prawym odgałęzieniem

13 przechodzi się z etapu 18 z powrotem do etapu 13. Tutaj ponownie rejestrowana jest prędkość wiatru v W, kąt ustawienia α łopat wirnikowych i uzyskiwana moc P ist. W sytuacji, gdy zarejestrowana prędkość wiatru v W nie jest zgodna z zapisaną prędkością wiatru v K (oczywiście ponownie przy uwzględnieniu zakresu tolerancji), z etapu 18 przechodzi się dolnym odgałęzieniem do etapu 19. Na etapie 18 sprawdza się, czy temperatura zewnętrzna υ wynosi przynajmniej 2 C lub więcej. Gdy tak jest w istocie, dalszy ciąg procesu poprzez dolne odgałęzienie odbywa się na etapie 20. Na etapie 20 w zależności od parametrów zmierzonych na etapach 14, 15 i 16 - kąta ustawienia α łopat lub uzyskiwanej mocy P ist ustalana jest przynależna prędkość wiatru v K na podstawie danych zapisanych w elektrowni wiatrowej, jak również mierzona jest różnica między nimi. Na etapie 22 ustalana jest oraz zapisywana w elektrowni wiatrowej nowa wartość dla zapisywanej wartości parametru. Ta nowa wartość mnożona jest przez współczynnik 0,05, po czym dodawana do dotychczasowej wartości z uwzględnieniem znaku liczby. Po uzyskaniu mniejszej wartości 1/20 różnicy odejmowana jest od zapisanej dotychczas wartości, po uzyskaniu wyższej wartości 1/20 różnicy dodawana jest do tej wartości. Po zapisaniu na nowo wyznaczonej wartości rozpoczyna się ponowne rejestrowanie uzyskiwanej mocy P ist, kąta ustawienia α łopaty wirnikowej oraz prędkości wiatru v w, po czym proces zaczyna się ponownie od etapu 13. W odniesieniu do powyższego współczynnika również obowiązują uwagi poczynione przy okazji omawiania fig. 1. Po stwierdzeniu na etapie 19, że temperatura nie wynosi przynajmniej 2 C, nie można w pewny sposób wykluczyć

14 oblodzenia łopat wirnikowych. Odpowiednio bocznym odgałęzieniem należy wówczas przejść do etapu 25. Na etapie 25 sprawdza się, czy zarejestrowana prędkość wiatru v W jest mniejsza od prędkości wiatru v K obliczonej na podstawie wartości parametrów. Gdy tak jest w istocie, dolnym odgałęzieniem przechodzi się do etapu 26, gdzie przyjmuje się oblodzenie anemometru, jako że z uzyskiwanej mocy P ist instalacji, względnie kąta ustawienia α łopat wynika, że prędkość wiatru powinna być wyższa niż zarejestrowana przez anemometr. Jeśli prędkość wiatru v W jest nie mniejsza niż prędkość wiatru v K zmierzona na podstawie zapisanych wartości parametrów, proces kontynuowany jest bocznym odgałęzieniem, przechodząc do etapu 25. Jako że na podstawie etapu 24 wiadomo, że zarejestrowana prędkość wiatru v W nie jest równa prędkości wiatru v K zmierzonej na podstawie zapisanych wartości parametrów, oraz, że zarejestrowana prędkość wiatru v W nie jest również mniejsza od prędkości wiatru v K zmierzonej na podstawie zapisanych wartości parametrów, musi być ona większa. Gdy jednak przy wyższej prędkości wiatru uzyskiwana jest niższa moc, względnie rejestrowany jest mniejszy kąt ustawienia łopat wirnikowych, wynika stąd bezsprzecznie, że zmianie uległa charakterystyka aerodynamiczna łopat wirnikowych. Jako że z etapu 19 wiadomo, że temperatura wynosi poniżej 2 C, nie można wykluczyć oblodzenia łopat wirnikowych. Odpowiednio na etapie 27 przyjmuje się, że doszło do oblodzenia łopat wirnikowych. Zarówno przyjęte na etapie 26 oblodzenie anemometru, jak i przyjęte na etapie 27 oblodzenie łopat wirnikowych prowadzi

15 na etapie 28 do zatrzymania elektrowni. Tym samym eliminuje się zagrożenie dla otoczenia. Cały proces kończy się wówczas na etapie 29. Fig. 3 przedstawia wykres trzech krzywych charakterystycznych. Oś odciętych układu współrzędnych wskazuje prędkość wiatru v W. Prędkość wiatru v W do wartości znamionowej prędkości wiatru v N stanowi wartość istotną, dla której elektrownia wiatrowa uzyskuje moc znamionową. Powyżej prędkości wiatru v N istotnym parametrem jest kąt ustawienia α łopat wirnikowych. Ten z uwagi na konieczność zachowania przejrzystości pominięto na rysunku. Oś rzędnych opisuje moc P. Podano moc znamionową P N. Linia prosta przedstawia przykład standardowych wartości parametrów zapisanych w elektrowni wiatrowej podczas jej pierwszego uruchomienia. Linią przerywaną oznaczono pierwszą krzywą charakterystyczną właściwą dla elektrowni, uzyskaną w wyniku dopasowania zapisanych wartości standardowych do wartości zarejestrowanych, zaś linią kreska-kropka-kreska oznaczono drugi przykład krzywej charakterystycznej właściwej dla elektrowni, uzyskanej w wyniku dopasowania zapisanych wartości standardowych do wartości zarejestrowanych. Oczywiście dla danej elektrowni wiatrowej obowiązuje zawsze tylko jedna krzywa charakterystyczna właściwa dla tej elektrowni. Biegnąca poniżej linii ciągłej pierwsza oznaczona linią przerywaną krzywa charakterystyczna wskazuje na to, że moc uzyskiwana w rzeczywistości przez instalację znajduje się poniżej wartości mocy przy parametrach standardowych. Z kolei druga oznaczona linią kreska-kropka-kreska krzywa charakterystyczna wskazuje na wyższą moc uzyskiwaną dla zakresu do znamionowej prędkości wiatru v N.

16 Poniżej znamionowej prędkości wiatru v N stosuje się parametr P ist. Krzywa charakterystyczna oznaczona linią przerywaną wskazuje na to, że moc P 1 uzyskiwana jest przy zarejestrowanej prędkości wiatru v 2. Standardowa krzywa charakterystyczna oznaczona linią ciągłą wskazuje, że moc P 1 uzyskiwana jest przy prędkości wiatru v 1, mniejszej od zarejestrowanej prędkości wiatru v 2. Zatem prędkość wiatru v 2 zarejestrowana przy mocy P 1 jest większa niż prędkość wiatru v 1 obliczona na podstawie zapisanych wartości. Przy temperaturze poniżej 2 C doszłoby więc zgodnie z wynalazkiem do wyłączenia elektrowni wiatrowej, przy czym założono by oblodzenie łopat wirnikowych. Przy temperaturze przynajmniej 2 C obliczana jest różnica v = v 2 v 1. Jako wartość korygującą dodaje się do zapisanej wartości v/20 i zapisuje w pamięci w miejsce dotychczasowej wartości. Jako że różnica v posiada znak dodatni, wartość zapisana zostaje przesunięta w kierunku wartości wyższej, to jest w kierunku v 2 o wartość równą 1/20 różnicy. Linia kreska-kropka-kreska przedstawia odchylenie w odwrotnym kierunku. Dla mocy P 1 rejestrowana tu jest prędkość wiatru v 3, mniejsza od prędkości wiatru v 1 obliczonej na podstawie standardowej krzywej charakterystycznej. Różnica v 3 -v 1 daje ponownie v, zaś v/20 dodaje się jako wartość korygującą do wartości zapisanej. Jako że w tym wypadku różnica v jest liczbą ujemną, do zapisanej wartości dodaje się wartość ze znakiem ujemnym, to jest odejmuje wartość v/20. Innymi słowy, także i tu wartość zapisaną dostosowuje się, uwzględniając 1/20 różnicy przy uwzględnieniu znaku liczby, tym razem jednak w kierunku v 3.

17 Po osiągnięciu wartości mocy znamionowej, to jest gdy wartość znamionowa prędkości wiatru v N zostanie osiągnięta lub przekroczona, jako parametr rejestruje się już nie uzyskiwaną moc P ist, lecz kąt ustawienia α łopat wirnikowych. Dalsze postępowanie odpowiada opisanemu powyżej. Na podstawie zarejestrowanego kąta ustawienia α łopat wirnikowych przy użyciu standardowej krzywej charakterystycznej (linia ciągła) oblicza się przynależną prędkość wiatru. Ta porównywana jest z zarejestrowaną prędkością wiatru. W razie wystąpienia różnicy dalsze przetwarzanie danych odbywa się w opisany wyżej sposób. Fig. 4 przedstawia w powiększeniu fragment krzywych charakterystycznych widocznych na fig. 3 w obszarze poniżej wartości znamionowej prędkości wiatru v N. Na fig. 4 wartości prędkości wiatru zaznaczono podobnie jak na fig. 3. Dzięki powiększeniu omawiana różnica jest lepiej widoczna. Prędkość wiatru będącą wartością odniesienia stanowi obliczona na podstawie zapisanych wartości prędkość wiatru v 1. Ta odejmowana jest za każdym razem od zarejestrowanej prędkości wiatru, v 2 i v 3. Odpowiednio obliczana jest v. W przypadku różnicy v 2 v 1 v ma znak dodatni, zaś w przypadku różnic v 3 v 1 znak ujemy. Aby uniknąć zbyt wysokiego wpływu tych odchyleń na zapisane wartości, różnica ta jest ważona podanym współczynnikiem. W tym wypadku wynosi on 0,05. Aby zatem dopasować zapisane wartości do danej elektrowni wiatrowej, ważona różnica, to jest w tym wypadku v/20 jest dodawana do zapisanej wartości v1, względnie w przypadku różnicy przy temperaturze zewnętrznej poniżej 2 C przyjmuje się wystąpienie oblodzenia i praca elektrowni wiatrowej zostaje zatrzymana.

18 Aby nie musieć reagować przy każdym dowolnie niewielkim odchyleniu v, można uwzględnić zakres tolerancji. Ten na rysunku oznaczono symbolem T dla dolnej granicy oraz +T dla górnej granicy. Przy odchyleniu v w zakresie tolerancji elektrownia działa dalej, względnie dane zapisane w elektrowni wiatrowej nie podlegają zmianom. Oczywiście zakres tolerancji może obowiązywać na przykład tylko dla potrzeb sterowania pracą elektrowni wiatrowej. Wówczas także przy niewielkich zmianach są wprawdzie dopasowywane zapisane wartości, ale również przy temperaturze poniżej 2 C elektrownia nadal pracuje. Wartości zakresu tolerancji można ustalać indywidualnie w zależności od lokalizacji danej elektrowni wiatrowej. W jednej lokalizacji dostateczny będzie zakres tolerancji ±2 m/s, zaś w innej dla tego samego typu instalacji wymagany będzie zakres tolerancji ±1,2 m/s. Przy prędkości wiatru v 1 równej 10 m/s przy tolerancji ± 1,2 m/s górna granica wynosi 11,2 m/s, zaś dolna granica 8,8 m/s. W obrębie tego obszaru, to jest między 8,8 m/s a 11,2 m/s, możliwe jest więc przykładowo dopasowywanie parametrów, jednak instalacja będzie działać dalej nawet przy niskich temperaturach zewnętrznych. Zgodnie z rysunkiem v 1 wynosi 10 m/s, v 2 12 m/s, zaś v 3 8,5 m/s. W efekcie v = v 2 v 1 = 2 m/s. Dopasowanie zapisanej wartości odbywa się przy zastosowaniu współczynnika 1/20, zatem w tym przykładzie 0,1 m/s. Jako że znak liczby jest dodatni, wartość v 1 jest zmieniana z uzyskaniem wartości 9,925 m/s. Współczynnik ważenia określa, jak szybko można dopasowywać zapisane wartości do wartości zarejestrowanych.

19 Im wyższa jest wartość tego współczynnika, tym szybciej dochodzi do dopasowania. Jednakże samo rejestrowanie wartości odgrywa również rolę. Zazwyczaj w odniesieniu do elektrowni wiatrowych wartości dotyczące otoczenia, takie jak temperatura, czy prędkość wiatru, obliczane są nie na podstawie pojedynczego pomiaru, lecz w oparciu o większą liczbę cykli pomiarowych, na przykład 30, lub w określonym odcinku czasu, na przykład 60 s. Na podstawie uzyskanych wyników obliczane są interesujące wartości, na przykład jako średnia arytmetyczna lub geometryczna. Wobben Aloys Pełnomocnik

20 Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób rozpoznawania osadu lodowego na łopatach wirnikowych elektrowni wiatrowej podczas pracy elektrowni wiatrowej, obejmujący następujące etapy: - rejestrowanie wartości podanych parametrów działania elektrowni wiatrowej przy użyciu odpowiednich czujników (etap 13), - rejestrowanie wartości przynajmniej pierwszego podanego warunku brzegowego, a mianowicie temperatury zewnętrznej w obszarze rozmieszczenia elektrowni wiatrowej (etap 19), - zestawienie zarejestrowanych wartości z zapisanymi wartościami parametrów działania, znamienny tym, że przy odchyleniach zarejestrowanych wartości parametrów działania od zapisanych wartości parametrów działania oraz w zależności od zarejestrowanej wartości warunków brzegowych, a mianowicie temperatury zewnętrznej w obszarze rozmieszczenia elektrowni wiatrowej (etap 19), zapisane wartości parametrów działania dopasowuje się do zarejestrowanych wartości parametrów działania (etapy 20, 21, 22) lub wpływa się (etapy 26-29) na działanie elektrowni wiatrowej w zależności także od podanych zarejestrowanych wartości parametrów działania (etapy 24, 25). 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy przekroczeniu wartości granicznej warunku brzegowego dopasowuje się zapisane wartości parametrów działania, a ponadto tym, że przy przekroczeniu wartości granicznej wpływa się na działanie elektrowni wiatrowej. 3. Sposób według dowolnego spośród powyższych zastrz.,

21 znamienny tym, że dopasowywanie zapisanych wartości parametrów działania odbywa się przy zastosowaniu określonego współczynnika ważenia dla odchylenia od zapisanej wartości parametru działania. 4. Sposób według dowolnego spośród powyższych zastrz., znamienny tym, że rejestrowane wartości parametrów działania i/lub warunki brzegowe rejestruje się w określonym odcinku czasu. 5. Sposób według dowolnego spośród powyższych zastrz., znamienny tym, że wartości parametrów działania i/lub warunki brzegowe rejestruje się podczas określonej liczby cykli pomiarowych. 6. Sposób według dowolnego spośród powyższych zastrz., znamienny tym, że użyte parametry działania różnią się w zależności od drugiego warunku brzegowego. 7. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że po przekroczeniu wartości granicznej drugiego warunku brzegowego stosuje się wartości pierwszego parametru działania, zaś w razie uzyskania wartości poniżej wartości granicznej drugiego warunku brzegowego stosuje się wartości drugiego parametru działania. 8. Elektrownia wiatrowa wraz z urządzeniem do rozpoznawania osadu lodowego na łopatach wirnikowych w elektrowni wiatrowej dysponującej czujnikami do rejestrowania wartości podanych parametrów działania, a przynajmniej wartości jednego warunku granicznego, mianowicie temperatury zewnętrznej w obszarze rozmieszczenia elektrowni wiatrowej, oraz do zestawiania wartości parametrów działania z zapisanymi wartościami parametrów działania, znamienny tym, że urządzenie obejmuje środki, które przy odchyleniu zarejestrowanych wartości parametrów działania od

22 zapisanych wartości parametrów działania oraz w zależności od zarejestrowanej wartości warunku brzegowego, a mianowicie temperatury zewnętrznej w obszarze rozmieszczenia elektrowni wiatrowej (etap 19), dopasowuje zapisane wartości parametrów działania lub wpływa na działanie elektrowni wiatrowej w zależności od podanych zarejestrowanych wartości parametrów działania. 9. Elektrownia wiatrowa według zastrz. 8, znamienna tym, że urządzenie obejmuje mikroprocesor. Wobben Aloys Pełnomocnik

23

24

25

26