Andere Prüfungen: Temperaturbereich

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Windenergieanlagen sind für den Betrieb in einem bestimmten Temperaturbereich ausgelegt, den Betriebsbereich bzw. normalen Temperaturbereich. Auch Temperaturen außerhalb des normalen Bereiches kann eine WEA ertragen, jedoch nur im Stillstand. Wenn Temperaturen außerhalb des extremen Temperaturbereichs erreicht werden, können Anlagenkomponenten nachhaltige Schäden davontragen.

Normaler Temperaturbereich der IEC Standard-Klassen: -10°C bis +40°C.

Extremer Temperaturbereich der IEC Standard-Klassen: -20°C bis +50°C.

Die meisten Hersteller entwickeln WTG-Versionen mit einem erweiterten Temperaturbereich für spezielle Regionen (HCV-, bzw. CCV-Anlagen: Hot / Cold climate version). Diese können als Klasse S kategorisiert werden. Üblicherweise wird der Standard-Temperaturbereich um 10°C erweitert. Auch Anpassungen als Klasse S können in SITE COMPLIANCE verwendet werden (s.u.).

Auf dem Register Einstellungen der Prüfung des Temperaturbereichs finden sich zwei Einstellungsgruppen: Daten und Anpassung wählen und Auslegungsbereich der Temperatur. In der ersten Gruppe wird zuerst ein Mast mit Temperaturdaten gewählt, anschließend die Art der Anpassung festgelegt. Hier wird entschieden, ob der gesamte Datenbereich der Messung (ganze Normalverteilung) genutzt werden soll oder nur die Extremwerte (nur Extreme). In dem Fall werden nur die Endbereiche der Verteilung angepasst. Standardmäßig werden dafür die höchsten und niedrigsten 10% verwendet.

Nach Abschluss der Berechnung über die grüne Schaltfläche erscheinen wieder neue Register. Register Basisdaten zeigt die gewählten Temperaturmessungen, Mastdetails sowie die mittlere WEA-Nabenhöhe ü. NN, die zur Bestimmung des Standortmittelwerts genutzt wird.

Ergebnis (Tabelle) zeigt die Grenzwerte des normalen und extremen Temperaturbereichs. In der Spalte Std < Tmin [h/Jahr] wird die Dauer von Temperaturen unterhalb der Grenzwerte aufgeführt, Std > Tmin [h/Jahr] zeigt die Summe der Zeiten mit Temperaturen, die oberhalb der Grenzwerte liegen. Ganz rechts findet sich der Gesamtwert der Stunden außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs.

Auf dem Register Ergebnis (Grafik) werden die Messwerte und die Anpassungen dargestellt. Die obere Grafik zeigt die kumulative Verteilungsfunktion, Normal- und Extrembereich sind durch die roten Linien begrenzt. Wurde die ganze Normalverteilung als Art der Anpassung gewählt, wird diese in blau dargestellt.

Die unteren Grafiken zeigen das obere bzw. untere Quartil (25%) der Werte. Die Wahrscheinlichkeits-Achse (y-Achse) wurde transformiert, um eine direkte Anzeige der Stunden pro Jahr unter- (linke Grafik) oder oberhalb der Temperaturen auf der x-Achse zu zeigen. Auch die Anpassungen sind hier dargestellt. Die Stunden unter- oder oberhalb der Grenzwerte lassen sich also direkt an dem Punkt ablesen, wo die Anpassungskurve die rote Linie schneidet.

Berechnungsoptionen

Daten und Anpassung wählen

Wie unten gezeigt, kann ein Mast mit Temperaturdaten ausgewählt werden. SYNOP- oder MERRA-Daten sind oft eine gute Alternative, wenn keine Messdaten am Standort vorliegen. Sehr wichtig ist, dass die Geländehöhe des Masts über NN im METEO-Objekt korrekt angegeben wird, da diese das Ergebnis deutlich beeinflusst. Üblicherweise ist die Geländehöhe in der Kopfzeite der Zeitreihen-Dateien im METEO-Objekt angegeben.

Ganze Normalverteilung

Diese Auswahl passt den gesamten Wertebereich einer Gaußschen Normalverteilung an, mit demselben Mittelwert und der Standardabweichung der Messwerte. Diese Methode ist sehr stabil, aber für viele Standorte nicht zufriedenstellend.

Anpassung nur der Extremwerte

Bei dieser Option werden nur die Enden der Gaußverteilung, d.h. die Extremwerte, angepasst. Voreingestellt sind hier die 10% der höchsten und 10% der geringsten Messwerte. Die Anpassung wird über die Normalverteilung der geordneten Werte an die theoretischen Gauß-Quantile angepasst, hier aber nur für den relevanten Extrem-Bereich.

Auslegungsgrenzen der Temperatur

Standardlimits

Die voreingestellten Standardlimits werden für die Standard-WEA-Klassen oder die Vorabschätzung des Temperaturbereiches verwendet. Einige WEA-Hersteller wie z.B. Vestas haben den normalen Temperaturbereich für alle Standardanlagen auf -20°C ausgedehnt. Obwohl diese keine besonderen CCV- oder HCV-WEA sind, sollten hier die Temperaturgrenzen im Feld Klasse S Limits eingegeben werden.

Klasse S Limits

Wenn der untersuchte WEA-Typ als CCV oder HCV, also für besonders geringe oder besonders hohe Temperaturen, ausgelegt ist, sollten die Klasse S Limits für den normalen und extremen Temperaturbereich angepasst werden. Diese Option kann auch für experimentelle Zwecke verwendet werden, wenn z.B. die Standardauslegungsgrenzen überschritten werden und geprüft werden soll, welche Grenzen noch akzeptabel wären. Üblicherweise werden die Standardauslegungsgrenzen um 10°C oder 20°C erweitert, um bei einer CCV-Anlage z.B. -30°C für den normalen Temperaturbereich und -40°C für den extremen Bereich zu erhalten.

Referenzen

SITE COMPLIANCE & LOAD RESPONSE
SITE COMPLIANCE: Überblick ♦ Schritt-für Schritt ♦ Berechnung ♦ Ergebnisse
Hauptprüfungen: Komplexität ♦ Extremwind ♦ Turbulenz ♦ Windverteilung ♦ Windshear ♦ Neigung der Anströmung♦ Luftdichte
Andere Prüfungen: Erdbebenrisiko ♦ Temperaturbereich ♦ Blitzrate
LOAD RESPONSE: Überblick ♦ Berechnung ♦ WEA-Modelle ♦ Ergebnisse
Anhang: Gumbel Theory of Extremes ♦ Frandsen-Modell ♦ Grenzen in SITE COMPLIANCE ♦ Theorie Ermüdungslasten ♦ Sektormanagement ♦ IEC 61400-1 Ed.2 ♦ IEC 61400-1 Ed.4 ♦ Weiterbetrieb ♦ Siteres ♦ Tropical Cyclone Analysis ♦ Downscaling, Offshore-Modus & Spektralkorrektur