Lasten - Anhang VII: IEC 61400-1 ed.4 (2019)

Ab windPRO-Version 3.3 unterstützt SITE COMPLIANCE die Edition 4 der IEC 61400-1 [24] (im Folgenden IEC Ed. 4), die im Februar 2019 veröffentlicht wurde. In weiten Teilen ist die Ed. 4 konsistent mit Ed. 3, es werden jedoch neue Auslegungsklassen und neue Prüfungen für die Extrembedingungen eingeführt. Zudem wurde die Prüfung der Geländekomplexität verändert, Ziel bleibt aber weiterhin die Festlegung, ob und in welchem Maß eine Korrektur der Turbulenzstruktur an den geplanten WEA-Positionen nötig ist. Eine Verbesserung in der Ed. 4 ist die übersichtliche Trennung der Prüfungen in Parameter, die auf die Ermüdungslasten einwirken und die der Extremereignisse, die zu den Extremlasten führen. Im Folgenden finden Sie die in SITE COMPLIANCE und LOAD RESPONSE relevanten Unterschiede der IEC Ed. 4 und Ed. 3 und kurz erläutert.

Auslegungsklassen

Die IEC Ed. 4 enthält die selben Standard-Auslegungsklassen wie IEC Ed. 3, die Windgeschwindigkeitsklassen I bis III und Turbulenzklassen A bis C, die Parameter I_ref, V_ref und V_ave bleiben unverändert. Zusätzlich ermöglicht die IEC Ed. 4 aber eine neue Klasse „A+“ für besonders hohe Turbulenz sowie die Option „Tropisch“ für alle Auslegungsklassen, die die Extremwindgeschwindigkeit V_ref durch eine erhöhte Extremwindgeschwindigkeit V_ref,T von 57 m/s ersetzt. Diese kann in Regionen genutzt werden, in denen Zyklone oder Taifune auftreten. Tabelle 1 der Richtlinie zeigt die Übersicht der Klassen.

Abschnitt 11.2 topographische Komplexität

Zur Beurteilung der Geländekomplexität wurde in Edition 4 auch für den Umkreis im Radius von 5x der Nabenhöhe (NH) die sektorielle Aufteilung eingeführt sowie die Option, die Sektoren um 2xNH in gegenüberliegender Richtung zu erweitern. Insgesamt 1+3x12 = 37 Ebenen müssen an die WEA-Position angenähert werden (in NH):

• 5xNH: 12 sektorielle Anpassungen & 1 omnidirektionale
• 10xNH: 12 sektorielle Anpassungen
• 20xNH: 12 sektorielle Anpassungen

Im Gegensatz zur IEC Ed. 3 müssen die Ebenen nicht mehr durch den Turmfuß gehen. Die zulässige Auflösung des Geländerasters wurde auf ≤50m verringert.

Für jede der 37 angenäherten Ebenen wird die Neigung (θ) der mittleren Linie des jeweiligen Sektors (oder Gradienten für die 360°-Anpassung) ermittelt sowie die Standardabweichung der Differenz zwischen der angenäherten Ebene und der tatsächlichen Geländehöhe der Rasterpunkte (D_TV). Über die Neigungen und die Standardabweichung werden dann gemäß Gleichung (34) der Richtlinie der „Terrain Slope Index“ (TSI) und „Terrain Variation Index“ (TVI) für die angenäherten Ebenen berechnet.

Gleichung (34) aus [24] IEC 61400-1 Ed. 4 (2019), TSI und TVI basierend auf sektoriellen (mit tiefgestellter 30) und omnidirektionaler (mit tiefgestellter 360) Geländeanpassung. f_energy ist der energetische Anteil jedes Sektors and der WEA-Position basierend auf den Weibull-Sektoren. R ist der Radius der Anpassung z.B. 5xNH und k₁=5/3 und k₂=3 sind Konstanten.

Basierend auf den Ergebnissen von TSI und TVI für jede Anlagenposition kann die Komplexitätskategorie der Tabelle 5 der IEC Ed. 4 entnommen werden. Der höchste TSI oder TVI einer WEA-Position legt die Kategorie fest, jede Kategorie wird über die unteren TSI- und TVI-Grenzen definiert. Die Kategorien “L”, “M” und “H” bedeuten low = niedrige, medium = mittlere und high = hohe Geländekomplexität. Unterhalb der niedrigen Komplexität (L) nutzen wir die Bezeichnung „Keine”. Im Gegensatz zu IEC Ed. 3 wird in Ed. 4 kein Komplexitäts-Index berechnet.

Aus [24] IEC 61400-1 Ed. 4 (2019): Tabelle 5 – Grenzwerte der Komplexitätskategorien L, M und H.

Der Parameter zur Korrektur der Turbulenzstruktur (C _ct) kann dann direkt aus der Komplexitätskategorie über Tabelle 7 der IEC Ed. 4 abgeleitet werden. In SITE COMPLIANCE wird dieser Parameter direkt an die relevanten Turbulenz-Prüfungen übergeben, wo er - falls verfügbar - durch die detaillierteren Ergebnisse aus WEng ersetzt werden kann.

Aus [24] IEC 61400-1 Ed. 4 (2019): Tabelle 7 – Werte für die Turbulenzstrukturkorrektur in Abhängigkeit der Geländekomplexitätskategorie L, M und H.