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Vergleich von 4 blattbasierten Eiserkennungssystemen
Mehr über die Unterschiede zwischen den rotorblattbasierten Eisdetektionssystemen finden Sie in unserem Whitepaper: Optimieren Sie Ihre Anlage mit Hilfe von Eisdetektion
Kosteneffizienz, hohe Erträge und Anlagensicherheit sind die wichtigsten Faktoren bei dem Betrieb von Windenergieanlagen. Eiserkennungssysteme unterstützen, um auch in den windstärksten Wintermonaten einen effizienten Betrieb von Windenergieanlagen sicherzustellen.
Ein effizienter Betrieb von Windenergieanlagen unter Vereisungsbedingungen erfordert eine genaue Erkennung der Vereisung, sowohl in Bezug auf den Zeitpunkt als auch auf den Schweregrad der Vereisung. Die vier im Zuge des Projektes getesteten Eiserkennungssysteme (IDS) unterscheiden sich hinsichtlich der Art wie Eis am Rotorblatt gemessen wird.
- Die IDS von Polytech (ehemals fos4X), Wölfel und Weidmüller detektieren die Rotorvereisung anhand von Veränderungen im Frequenzspektrum der Blattschwingungen – diese bezeichnet man auch als vibrationsbasierte Systeme
- Das IDS von eologix erkennt die Rotorvereisung anhand der elektrischen Impedanz direkt an der äußeren Rotorblattoberfläche
Überblick der verglichenen Eisdetektionssysteme
eologix – www.eologix.com
eologix bietet (nachrüstbare) Sensorsysteme zur frühzeitigen und exakten Eiserkennung auf Basis der elektrischen Impedanz direkt auf der Rotorblattoberfläche. Die Sensoren sind kabellos, flexibel, intelligent und energieautark und werden direkt auf der Oberfläche der Rotorblätter installiert.
Polytech (ehemals fos4x) – www.polytech.com
Das System misst und lernt die Eigenfrequenz der Rotorblätter unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Sobald sich Eis auf den Rotorblättern bildet, ändert sich das Schwingungsverhalten der Rotorblätter. Durch dese Veränderung wird Eis auf den Rotorblättern detektiert (misst Eis mit einer Messgenauigkeit von weniger als 9mm oder weniger als 10kg pro Rotorblatt).
Weidmüller – www.weidmueller.de
BLADEcontrol® misst den Grad der Vereisung direkt an den Rotorblättern und basiert auf einem einfachen physikalischen Prinzip: Der Eisansatz verändert durch sein zusätzliches Gewicht das Eigenschwingungsverhalten des Rotorblatts, wodurch sich die Schwingungsfrequenz verringert. Durch hochsensible Sensorik und spezielle Auswertungsverfahren erreicht das System eine Messauflösung der Eisdicke im Millimeterbereich.
Wölfel – www.woelfel.de
IDD.Blade misst mittels Sensoren in den Rotorblättern das Schwingungsverhalten. Wenn sich durch Eisansatz die Masse eines Rotorblatts verändert, verändert sich auch das Schwingverhalten. Somit geben die Schwingungen Auskunft über den aktuellen Vereisungsgrad.
Mehr Unterschiede zwischen den einzelnen rotorblattbasierten Eiserkennungssystemen lesen Sie in unserem Whitepaper Eisdetektion.
Detaillierter Vergleich der vier blattbasierten Eiserkennungssysteme
Nach vier Wintern konnte ein Datensatz von rund 5700 Betriebsstunden (gleichzeitiger Betrieb aller vier Systeme) der WEA gesammelt werden, mit ca. 2500 Stunden Vereisung (nur Reif-Eis). Als Referenz dienten mehrere Kameras. Dieser einzigartige Datensatz ermöglicht einen detaillierten Vergleich der vier blattbasierten IDS.
Die Analyse der Vereisungsereignisse zeigte, dass zwischen allen vier IDS und den Kamera-Bildern eine gute Übereinstimmung hinsichtlich des Zeitpunkts der Vereisungsereignisse besteht. Die Anzahl der Vereisungsfälle bei den drei vibrationsbasierten IDS ist sehr ähnlich. Es konnten jedoch Unterschiede in der Gesamtdauer der Turbinenstopps aufgrund unterschiedlicher Empfindlichkeit der Systeme festgestellt werden. Beim System von eologix kam es dabei zu deutlich weniger und kürzeren Stillstandszeiten.
Die 4 blattbasierten Eiserkennungssysteme (IDS) im Vergleich – Am Beispiel eines Eisevents der Studie
In der nachfolgenden Abbildung ist ein Beispiel eines Eisevents aus dieser Studie dargestellt. Wie man in der Abbildung erkennen kann detektiert das eologix Sensorsystem als erstes Eis (türkis – zeigt die eologix Sensoren), wohingegen die vibrationsbasierten Eiserkennungssysteme (IDS1,IDS2 und IDS3) erst wesentlich später Eis detektieren (in rot ersichtlich).
Das eologix System ist das letzte System, dass die Anlage abstellt, da es zwischen sicherheitsrelevanter Vereisung und nicht sicherheitsrelevanter Vereisung unterscheiden kann. (oben in der eologix Zeile in rot ersichtlich | im Vergleich zu IDS1, IDS2 und IDS3).
Beispiel eines Eisevents (VGB research project 401; Auszug präsentiert bei der Winterwind 2021) – (Referenz: Comparison of four blade-based ice detection systems installed on the same turbine, Paul Froidevaux, Meteotest AG, Winterwind 2021, April 20, 2021)
Ergebnisse: eologix System - im Vergleich zu den anderen Eiserkennungssystemen
„[…] most sensitive ice detection status from all four systems.“
(Zitat über das eologix System – Meteotest (2021), Comparison of four detection systems of rotor icing installed on the same turbine, VGB Research Foundation, project 401)
Hinsichtlich des eologix Systems wurden die folgenden Punkte als Ergebnisse angemerkt und zusammengefasst:
- eologix ist das erste System das eine Vereisung am Rotorblatt detektiert,
- das eologix-System erfordert die kürzesten Stillstandszeiten (wenn die WEA gemäß den Systemzertifizierungen stoppt),
- das eologix-System hat die WEA rund 2,5-mal kürzer angehalten als die drei anderen IDS,
- eologix als einziges System mit 100% Verfügbarkeit der Eisdetektion während der Produktionsstunden.
Weiters wurde angemerkt, dass die drei vibrationsbasierten Systeme im Gegensatz zum eologix System bei geringen Windgeschwindigkeiten oder im Falle eines Trudelbetriebs keine Vereisung erkennen konnten.
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