EVALUIERUNG VON EISERKENNUNGSSYSTEMEN

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1 A-5211 Friedburg Heiligenstatt 24 Endbericht EVALUIERUNG VON EISERKENNUNGSSYSTEMEN Erstellt im Zuge der österreichischen Beteiligung beim Task 19 der IEA-Wind

2 Auftraggeber: Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT) Projekt: IEA Wind Task 19 Projektnummer: Dieses Projekt wird im Rahmen der IEA Forschungskooperation im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie durchgeführt. Auftragnehmer: Energiewerkstatt Technisches Büro und Verein zur Förderung erneuerbarer Energie Heiligenstatt 24, 5211 Friedburg, Österreich Tel.: Bearbeitung: Prüfung: Dipl. Ing. Theresa Roßboth Dipl. Ing. Andreas Krenn Katharina Tiefenbacher, MSc. Mag. Hans Winkelmeier Revision Nr.00: Friedburg, 10. August / 35

3 Inhaltsverzeichnis Einleitung und Aufgabenstellung... 4 Material und Methode Umfang der Datenerhebung... 5 Eingesetzte Messinstrumente... 5 Windmessung... 5 Eisdetektion... 5 Versuchsstandort... 7 Vorgangsweise bei der Datenauswertung Methodik zur Ermittlung der Vereisungszeiträume im Untersuchungsgebiet Datenquelle zur Ermittlung der Vereisungszeiträume im Untersuchungsgebiet Vorselektion der Daten für die Auswertung Auswertung der detektierten Vereisungssignale Ergebnisse und Diskussion Festlegung der Referenzzeiträume für Vereisung Anmerkung zur Festlegung der Referenzzeiträume Einzelbetrachtung der Eisdetektionssysteme Labko Eologix Leistungskurve Eisdetektionssysteme im Vergleich Darstellung im Jahresverlauf Vergleich des Startzeitpunktes einzelner Vereisungsereignisse Vergleich der Startzeitpunkte der Detektion durch Labko und Eologix Zusammenfassung Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anhang / 35

4 1. Einleitung und Aufgabenstellung Bei Temperaturen um den Gefrierpunkt können unterkühlte Nebel- oder Wolkentröpfchen zu Eisbildung an Windkraftanlagen (WKA) führen. In weiterer Folge können sich Eisfragmente (primär) von den Rotorblättern lösen und ein erhöhtes Sicherheitsrisiko für Personen im Umkreis der Windkraftanlage bewirken. Aus diesem Grund ist es in Österreich gängige Praxis, dass seitens der Behörden die Auflage erteilt wird, dass die Windkraftanlagen bei Vereisung abgeschaltet werden. Auf diese Art wird gewährleistet, dass es zu keinem Eiswurf, also dem Wegschleudern von Eisfragmenten vom rotierenden Rotor kommt. Neben dem Beginn der Vereisung ist es essentiell, auch die Dauer des Vereisungsevents möglichst präzise zu detektieren. Nur so können erzwungene Stillstandszeiten auf das notwendige Maß reduziert werden. In beiden Fällen ist die verlässliche Erkennung von Eisansatz erforderlich. Aktuell sind am Markt unterschiedliche Eisdetektionssysteme verfügbar, wobei deren Wirksamkeit und Zuverlässigkeit von vielen Windkraftanlagenbetreibern als unzureichend eingeschätzt werden. Vor diesem Hintergrund wird im vorliegenden Projekt die Funktionsweise unterschiedlicher Sensoren und Bewertungsalgorithmen für die Detektion von Eisansatz untersucht, gegenüber gestellt und bewertet. Für die Durchführung der Beobachtungen und Messungen wurde ein Projektgebiet im nordöstlichen Abschnitt der Fischbacher Alpen südlich von Mürzzuschlag gewählt, in dem bereits Windparks mit unterschiedlichem Alter und entsprechend unterschiedlichen Technologien unter extremen meteorologischen Bedingungen betrieben werden. Die drei folgenden Eisdetektionssysteme konnten an dem gewählten Standort untersucht werden: Eissensor Labko LIP-3300IP Eissensor Eologix Eiserkennung über den Leistungskurvenabgleich (ENERCON Eiserkennung) Primäres Ziel des Projektes ist es, die Funktionsweise der Eiserkennungssysteme unter Verwendung zusätzlich vorhandener Messdaten zu vergleichen und ihre Zuverlässigkeit hinsichtlich der Detektion von Vereisungen festzustellen / 35

5 2. Material und Methode 2.1. Umfang der Datenerhebung Die im gegenständlichen Projekt bearbeiteten Daten stammen aus folgenden Quellen: Meteorologische Daten von zwei Windmessungen innerhalb des Projektgebietes Betriebsdaten von drei Windparks im Projektgebiet Aufgezeichnete Statusmeldungen der untersuchten Vereisungsdetektionssysteme Bilder einer Webcam Der Untersuchungszeitraum beginnt im September 2013 und erstreckt sich über die beiden Winterperioden 2013/ 2014 bzw. 2014/ Da Vereisungen auch noch in den Übergangszeiten auftreten können, wurde die Winterperiode mit dem Zeitraum vom 01. September bis 30. April definiert Eingesetzte Messinstrumente Windmessung Thies Schalenanemometer first class advanced (unbeheizt) Beim Einsatz von Schalenanemometern wird ein aus drei Schalen bestehender Schalenstern durch den Wind in Rotation versetzt. Die Drehzahl wird in ein Signal umgewandelt und als digitales Signal der gemessenen horizontalen Windkomponente für die weitere Verarbeitung (z.b. mittels Datenlogger) bereitgestellt. Bei der Aufzeichnung der zur Verfügung stehenden Zeitreihen wurden Schalenanemometer des Typs Thies First Class Advanced ohne Beheizung eingesetzt. Thies Ultrasonic Anemometer 3D (beheizt) Ultraschallanemometer arbeiten nach dem Prinzip der exakten Messung der Zeitdauer, die ein hochfrequenter Schallimpuls benötigt, um eine bestimmte Distanz zwischen zwei Punkten zurück zu legen. Gemessen wird der Weg längs und quer zur Windrichtung. Daher können mit diesem Sensor sowohl Windgeschwindigkeit, als auch Windrichtung erfasst werden. Beim Einsatz von drei Messstrecken wird mit diesem Sensor auch die vertikale Komponente der Windgeschwindigkeit gemessen. Ultraschallanemometer verfügen über keine rotierenden Teile und sind daher gegenüber Schalensternanemometern weniger verschleißanfällig. Sie und können beheizt und somit zuverlässig von anhaftendem Eis befreit werden. Das eingesetzte Ultraschall-Anemometer des Typs Thies 3D Sonic ist mit einer Heizung ausgestattet und für den Winterbetrieb auch unter extremen Bedingungen geeignet Eisdetektion Aufgrund der unterschiedlichen Funktionsweise von Eisdetektionssystemen ist eine Präzision des Begriffs Vereisung erforderlich. Der Prozess der Vereisung gliedert sich grundsätzlich in zwei ineinander greifende Phasen, der meteorologischen und der instrumentellen Vereisung (siehe auch Abb. 1). Meteorologische Vereisung tritt dann auf, wenn die meteorologischen Bedingungen für Eisansatz gegeben sind. Die instrumentelle Vereisung beginnt hingegen i.d.r. erst nach einer gewissen Verzögerung (Inkubationszeit) und stellt jenen Zeitraum dar, in dem Eis an den Instrumenten/Strukturen / 35

6 anhaftet. Dieser Zustand kann über den Zeitraum der meteorologischen Vereisung hinaus andauern (Erholungszeit). Abb. 1: Meteorologische und instrumentelle Vereisung (Quelle: IEA Wind Wind energy in cold climates 2011) Labko Eissensor LID-3300IP Der Labko Eissensor LID-3300IP wurde als Nachfolgemodell des in der Windenergie international verbreiteten Modells LID-3210C speziell für die Steuerung von Windturbinen entwickelt und ist seit 2010 am Markt erhältlich. Der Labko Eisdetektor wurde im Jahr 2014 vom Germanischer Lloyd zertifiziert, wird auf der Gondel montiert und in die Windkraftanlagensteuerung integriert. Die Funktion des Sensors basiert auf der Beobachtung der Ultraschallschwingung eines Hohldrahtes. Dieser Sensordraht soll ohne Eisansatz mit einem vorgegebenen Amplitudenwert schwingen. Sobald sich am Sensordraht Eis ansetzt, wird die Stärke des Ultraschallsignals geschwächt. Wird ein vorgegebener Schwellenwert erreicht, meldet der Sensor Eisansatz. Der LID-3300IP ist beheizbar, sodass nach einer Eisdetektion das angesammelte Eis wieder zum Abschmelzen gebracht werden kann. Nach dem Abschmelzvorgang ist der Sensor für die nächste Detektion verfügbar. Diese kann unmittelbar nach dem Abschmelzen erfolgen, und zwar dann, wenn die Vereisungsbedingungen andauern. In diesem Messmodus kann der LID-3300IP für die Detektion der meteorologischen Vereisungsdauer (aber nicht der instrumentellen ~ ) verwendet werden. Nachdem die Sensoren bei den zu untersuchenden Anlagen auf der Gondel montiert wurden, zeichnen sie die spezifische Situation in Nabenhöhe der Windkraftanlage auf und es können daraus nur bedingt Rückschlüsse auf die tatsächliche Vereisung an den Rotorblättern gewonnen werden. Als Vorteil der Montage des Sensors auf der Gondel kann hingegen erwähnt werden, dass die Detektion von Eis unabhängig von der Drehzahl des Rotors, also auch bei dessen Stillstand möglich ist. Eologix Eissensor Die Sensoren des Herstellers Eologix wurden Ende 2015 vom DNV-GL zertifiziert und werden auf der Oberfläche des Rotorblattes angebracht und funktionieren nach dem Prinzip der elektrischen Kapazitätstomographie (ECT). Die unter zwei Millimeter starken Eologix Sensoren sind frei von Kabelund Drahtverbindungen, weil die Energieversorgung über das Tageslicht gewährleistet ist und die Datenübertragung zum Datenlogger wird mittels Funk durchgeführt wird. Dadurch ist auch eine Nachrüstung bestehender Anlagen mit diesen Sensoren möglich. Die Messdaten dienen der Detektion von Eis auf den Rotorblättern und liefern somit Informationen zur instrumentellen Vereisung an den Rotorblättern. Der Vereisungszustand wird durch vier unterschiedliche Werte signalisiert (Trocken, nasse/dünne Schicht, Schicht ~ 1 mm, Schicht ~ 10 mm). Die Eologix Sensoren funktionieren auch bei Stillstand des Rotors und lassen sich selbst an schwer zugänglichen Positionen installieren. Die Messdaten (sekündliche Informationen über Datum, Uhrzeit, SensorID, Temperaturwerte und den Vereisungszustand) können in die Steuerung der WKA oder der Heizelemente eingebunden werden / 35

7 ENERCON Eiserkennung (Leistungskurvenverfahren) Die Anlagen Enercon E-70 E4 verfügen über ein vom TÜV Nord überprüftes Eiserkennungssystem, welches auch als Leistungskurvenverfahren bezeichnet wird, weil es die Leistungskurve der Anlage zur Eisansatzerkennung nutzt. Die Grundlage des Systems beruht darauf, dass die aerodynamischen Profile der Rotorblätter sehr empfindlich auf Kontur- und Rauhigkeitsänderungen durch Vereisung reagieren und messbare Änderungen des Betriebskennfeldes einer Anlage verursachen. Die Leistungskurvenmethode liefert somit Informationen über das Auftreten von instrumenteller Vereisung. Für das Leistungskurvenverfahren werden standardmäßig an jeder Windkraftanlage Messungen der aktuellen Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit, Rotordrehzahl, erzeugten Leistung sowie des Blattwinkels durchgeführt. Fällt die Lufttemperatur unter 2 C, werden die aktuellen Messdaten mit Langzeit-Mittelwerten verglichen und die Abweichungen davon ermittelt. Beim Überschreiten eines Grenzwertes, welcher auf vom Hersteller durchgeführten Simulationen und Versuchen basiert, wird die Anlage aufgrund von Eisansatz gestoppt. Gemäß Herstellerangaben vermindert sich die Empfindlichkeit des Verfahrens ab einer Windgeschwindigkeit von 3 m/s. Bei einem Stillstand des Rotors ist die Leistungskurvenmethode nicht anwendbar Versuchsstandort Für die Evaluierung der Funktionsweise der drei Eiserkennungssysteme wurden ausgewählte Windkraftanlagen von bestehenden Windparks (Moschkogel, Steinriegel I und Steinriegel II) und die Daten von zwei Windmessungen innerhalb der Fischbacher Alpen, südlich von Mürzzuschlag herangezogen. Projektgebiet Fischbacher Alpen Abb. 2: Lage des Projektgebietes (Kartenquelle: BEV) Der Windpark Moschkogel (seit 2006 in Betrieb) befindet sich etwa fünf Kilometer südöstlich von Mürzzuschlag auf dem Moschkogel und besteht aus fünf Anlagen des Typs Enercon E70-E4 mit einer Nennleistung von 2,3 MW, einem Rotordurchmesser von 71 m und einer Nabenhöhe von 64 m. Die / 35

8 Anlagen sind mit einer Rotorblattheizung ausgestattet. Zur Eisdetektion wird im Windpark Moschkogel die Leistungskurvenmethode angewendet. An der Windkraftanlage Moschkogel WKA 1 wurde im Zuge des von der Kommunalkredit geförderten Forschungsprojekts Beobachtung von Eisabfall von Windenergieanlagen am die Webcam Moschkogel installiert. Der Windpark Steinriegel I (seit 2006 in Betrieb) ist der erste Windpark, der in den Fischbacher Alpen in Betrieb gegangen ist. Er befindet sich etwa sieben Kilometer südlich von Mürzzuschlag und besteht aus zehn Anlagen des Typs Siemens SWT mit einer Nennleistung von 1,3 MW, einem Rotordurchmesser von 62 m und einer Nabenhöhe von 60 m. Der Windpark Steinriegel I ist mit drei Labko Eissensoren LID-3300IP ausgestattet, die auf den Anlagen WKA 1, WKA 5 und WKA 10 installiert sind. Diese drei Sensoren schalten die Windkraftanlagen gruppenweise. Im Herbst 2014 wurde die WKA 5 dieses Windparks mit einem zusätzlichen Eisdetektionssystem der Fa. Eologix ausgestattet. Insgesamt wurden neun Sensoren auf die drei Rotorblätter verteilt. In der folgenden Tabelle werden die Positionen der Sensoren an den Rotorblättern angegeben. Abstand zur Nabe Sensor ID Blatt 1 R = 12 m 135 R = 18 m 125 R = 8 m 141 Blatt 2 R = 12 m 139 R = 24 m 133 R = 6 m 95 Blatt 3 R = 12 m 80 R = 18 m 89 R = 24 m 122 Tab. 1: Positionierung der Eologix-Sensoren Westlich des Windparks Steinriegel I wurde im Jahr 2014 der Windpark Steinriegel II errichtet. Dieser Park besteht aus elf Anlagen des Typs E70-E4 mit einer Nennleistung von 2,3 MW, einem Rotordurchmesser von 71 m und einer Nabenhöhe von 85 m. Die Anlagen sind mit einer Rotorblattheizung ausgestattet. Zur Eisdetektion findet im Windpark Steinriegel II einerseits die Leistungskurvenmethode Anwendung, andererseits verfügt der Windpark zusätzlich über vier Labko Eissensoren LID-3300IP. Die Sensoren sind auf den Anlagen WKA 11, WKA 14, WKA 15 und WKA 21 installiert und schalten die Windkraftanlagen gruppenweise. Bei der Eisdetektion schaltet jeweils das sensiblere der beiden Systeme. Die Blattenteisung wird manuell gestartet / 35

9 Auf einer Almfläche südlich des Windparks Moschkogel wurde im Zeitraum die Windmessung Geiereck mit 50 m Masthöhe durchgeführt. Bei der Windmessung Geiereck wurden zwei unbeheizte Schalenanemometer, ein beheiztes 3D Ultraschall Anemometer und zwei Windfahnen eingesetzt, wobei für die Datenauswertung nur die Messergebnisse eines der beiden Schalenanemometer (Thies first class advanced in 52,5 m Höhe) sowie des beheizten Ultrasonic Anmometers 3D in 49,8 m Höhe (defekt seit ) herangezogen wurden. Die Windmessung Pretul mit 80 m Höhe befindet sich auf der Amundsenhöhe. Sie liegt mittig zwischen dem Windpark Moschkogel und den Windparks Steinriegel I und Steinriegel II. Einzelne Messgeräte wurden im Betrachtungszeitraum ausgetauscht bzw. später hinzugefügt. Für die Auswertung wurden die Daten des unbeheizten Schalenanemometers Thies first class advanced in 80,0 m Höhe und zwei beheizte Ultrasonic Anemometern 3D in 60,2 m und 76,0 m Höhe sowie Thermo- und Hygrometer installiert in 70 m und 10 m Höhe herangezogen / 35

10 2.4. Vorgangsweise bei der Datenauswertung Methodik zur Ermittlung der Vereisungszeiträume im Untersuchungsgebiet Für die Bewertung der einzelnen Eisdetektionssysteme mussten im Vorfeld die Vereisungsereignisse (Beginn und Dauer) innerhalb der Beobachtungszeiträume definiert werden. Diese Referenzszenarien wurden für die beiden Winterperioden unter Verwendung der mit beheizten und unbeheizten Sensoren aufgezeichneten Windmessdaten der Standorte Geiereck und Pretul (inkl. Daten aus der Temperaturund Hygrometermessungen) festgelegt. Da die Datenverfügbarkeit einzelner Sensoren über den Betrachtungszeitraum variiert, fanden zwei geringfügig voneinander abweichende Methoden Anwendung: Methode 1: Vergleich der Anemometermessungen beheizt unbeheizt bei Funktionieren der beheizten Anemometermessung Methode 2: Interpretation der unbeheizten Anemometermessdaten bei Ausfall der beheizten Anemometermessung Beiden Methoden gemein ist die Annahme, dass ein unbeheiztes Anemometer durch das Auftreten von Eis am Messinstrument in seiner Messleistung negativ beeinflusst wird, bzw. dass eine entsprechende Vereisung den vollständigen Ausfall einer Anemometermessung verursacht. Für die Anwendung der Methode 1 ( Vergleich beheizt unbeheizt ) wurde entsprechend der Bezeichnung vorausgesetzt, dass für den Betrachtungszeitraum Messergebnisse sowohl eines beheizten als auch eines unbeheizten Anemometers vorliegen. Diese Windmessdaten wurden gegenüber gestellt und eine Abweichung der beiden Messergebnisse von mehr als 10 % als Folge von Eisansatz am unbeheizten Messinstrument interpretiert. Abb. 3 dient der Veranschaulichung von Methode 1 zur Ermittlung eines einzelnen Vereisungszeitraumes. Abb. 3: Darstellung eines mithilfe der Methode Vergleich beheizt unbeheizt ermittelten Vereisungszeitraumes / 35

11 Liegen wie im gegenständlichen Projekt zeitweilig der Fall nur die Messdaten einer unbeheizten Anemometer-Messung (inkl. Temperatur- und Hygrometermessdaten) vor, bieten diese Ergebnisse die Möglichkeit, Zeiträume zu identifizieren, in denen das Auftreten einer Vereisung als wahrscheinlich angesehen werden kann. Das wichtigste Indiz hierfür ist der Rückgang der gemessenen Windgeschwindigkeit auf 0,0 m/s (siehe Abb. 4). Zeitgleich dazu auftretende niedrige Temperaturen (< 1 C) sowie eine hohe relative Luftfeuchtigkeit (> 95 %) sind weitere Indizien auf Vereisung. Soweit verfügbar, wurde darüber hinaus ein Abgleich mit zusätzlichen Informationsquellen, z.b. Webcam-Bildern vorgenommen. Abb. 4: Darstellung von über meteorologische Messdaten (unbeheizte Anemometer-, Thermometer- und Hygrometermessung) abgeleiteten Vereisungszeiträumen Datenquelle zur Ermittlung der Vereisungszeiträume im Untersuchungsgebiet Die Ermittlung der Vereisungszeiträume mithilfe der Auswertung meteorologischer Daten (siehe Kapitel erfolgte im gegenständlichen Projekt in erster Linie über die Ergebnisse der Windmessung Pretul (inkl. Temperatur- und Hygrometermessung). Die optische Auswertung der Webcam-Bilder (siehe Abb. 5 und Abb. 6) sowie die Ergebnisse der Windmessung Geiereck, welche ebenfalls mittels der Methode Vergleich beheizt/unbeheizt ausgewertet wurden, dienten zur Plausibilitätsprüfung sowie zum Füllen von Informationslücken aufgrund von Messausfällen bei der Windmessung Pretul / 35

12 Abb. 5: Webcam-Bild vom Abb. 6: Webcam-Bild vom Vorselektion der Daten für die Auswertung Für die Auswertung wurden die zur Verfügung gestandenen Mess- und Betriebsdaten vorselektiert. So wurden beispielsweise primär die Daten jener Anlage/n herangezogen, bei der/denen das häufigste Vereisungsvorkommen im Windpark angenommen wurde. Darüber hinaus wurden die vorselektierten Daten hinsichtlich ihrer Qualität geprüft. So wurde beispielsweise festgestellt, dass sich aufgrund einer länger andauernden Stromunterbrechung die Auswertung der Fotos der Webcam nur für den Winter 2013/2014 eignet. Zudem wurde im Zuge der Datensichtung augenscheinlich, dass vom Labko Sensor an der Anlage WKA 5 im WP Steinriegel I ab Ende Jänner 2015 keine Signale mehr aufgezeichnet wurden. Die in die weitere Auswertung eingeflossenen Datensätze sind im Folgenden tabellarisch aufgelistet und hinsichtlich ihrer Quellstandorte grafisch dargestellt. Datenquelle Verwendete Daten Verfügbarer Zeitraum Winter 2013/2014 Winter 2014/2015 WM Pretul Messdaten WM Geiereck Messdaten WP Moschkogel (5x E70E4) WP Steinriegel I (10x SWT ) Leistungsk. WKA Webcam WKA Labko WKA Jänner 2015 Eologix WKA WP Steinriegel II (11x E70E4) Labko Leistungskurve WKA 14 WKA 15 WKA 14 WKA 17 (WKA 15) WKA Tab. 2: Tabellarische Darstellung der für die Auswertung herangezogenen Daten / 35

13 WP Moschkogel 5 x Enercon E70E4-2.3 MW WM Pretul - 80 m WM Geiereck - 50 m WP Steinriegel II 11 x Enercon E70E4-2.3 MW WP Steinriegel I 10 x Siemens SWT MW Abb. 7: Überblickskarte der ausgewerteten Daten (Kartenquelle: Open Street Map) Auswertung der detektierten Vereisungssignale Für einen Vergleich der unterschiedlichen Eisdetektionssysteme war es erforderlich, die jeweiligen Vereisungsmeldungen in eine einheitliche Form zu bringen. Hierfür wurde in einem ersten Schritt für jedes betrachtete Detektionssystem definiert, welchen Statusmeldungen auf das Auftreten von Vereisung hinweisen. Neben Eis-Meldungen wie etwa Labko: Eis detektiert oder Schicht ~ 1 mm können z.b. auch Statusmeldungen zur Blattenteisung mit dem Auftreten von Vereisung in Verbindung gebracht werden können. Je nach der Funktionsweise des betrachteten Eisdetektionssystems liegen die Eismeldungen in unterschiedlicher Weise vor. Eologix Sensoren liefern z.b. einen Messwert pro Minute pro Sensor, sodass während eines über mehrere Stunden oder Tage andauernden Vereisungsereignisses hunderte Einzelmeldungen registriert werden können. Bei der Leistungskurvenmethode hingegen kommt es zu einer einzigen Eismeldung, die das Abschalten der Anlage bewirkt. In beiden Fällen gibt die Eismeldung selbst keinerlei Aufschluss über die Dauer des Vereisungsereignisses. Beim Labko-Sensor hingegen kann der Statusmeldung Eis detektiert eine Dauer zugeordnet werden, die der auftretenden instrumentellen Vereisung am Hohldraht entspricht. Allen untersuchten Eisdetektionssystemen ist also gemein, dass sie ohne weitere Aufbereitung nicht unmittelbar mit den ermittelten Vereisungszeiträumen verglichen werden können. So wurden in einem zweiten Schritt die Eisdetektionen der Systeme jeweils zu Vereisungszeiträumen zusammengefasst / 35

14 Tab. 3 gibt einen Überblick über alle Statusmeldungen, welche als Vereisung gewertet wurden. Detektionssystem Statusmeldung Labko Sensor Eologix Sensor ENERCON Leistungskurvenmethode ohne Zuordnung Stopped, due to icing Eisansatzerkennung Labko: Eis detektiert Eisansatzerkennung Eisdetektor Schicht ~1mm Schicht ~10 mm Eisansatz Rotor (Leistungsmessung) bzw. Eisansatzerkennung Rotor (Leistungsmessung) Eisansatz Rotor (Blattwinkelmessung) bzw. Eisansatzerkennung Rotor (Blattwinkelmessung) Blattenteisung Automatik Blattenteisung Manuell Blattenteisung Manuell während Betrieb Blattenteisung während Betrieb beendet Eisansatzerkennung Anlage gestoppt Eisansatzerkennung kein Eis bei STR I bei STR II bei STR I bei MK und STR II bei MK bei STR II Tab. 3: Statusmeldungen in den Betriebsprotokollen, welche als Vereisung gewertet wurden Bei den Labko-Sensoren und bei der Leistungskurvenmethode wurde jeder Sensor einzeln ausgewertet. Die Statusmeldung der Eisdetektion stellte den jeweiligen Beginn eines Vereisungszeitraumes dar. Als Ende wurde der Zeitpunkt gewählt, an welchem die Anlage wieder in Betrieb genommen wurde. Die Messdaten der neun Eologix Sensoren hingegen wurden zusammen ausgewertet. Für die Ermittlung der Vereisungszeiträume war somit nicht relevant, welcher der Sensoren und wie viele Sensoren zu einem bestimmten Zeitpunkt gleichzeitig Eis detektierten. Die Dauer eines Vereisungsereignisses wird durch alle Eismeldungen, die maximal 30 Minuten von der nächsten Eismeldung entfernt liegen, bestimmt, wobei das jeweils erste bzw. letzte Signal den Anfang bzw. das Ende des Zeitraums markieren. Anmerkung: In der Zwischenzeit wurde von Eologix ein Abschaltalgorithmus entwickelt, der die Vereisungsmeldungen aller Sensoren miteinander verknüpft und über dieses aggregierte Ergebnis eine Meldung an die WKA ausgibt. Diese Funktionsweise wurde durch den DNV GL zertifiziert. Da jedoch die Daten in diesem Bericht von Sensoren ermittelt wurden, die noch nicht dem DNV GL-Zertifikat entsprachen (Winter ) wurde dieser Algorithmus für den gegenständlichen Bericht nicht mitberücksichtigt. Eisperioden von insgesamt weniger als 5 Minuten wurden bei der Auswertung vernachlässigt / 35

15 3. Ergebnisse und Diskussion 3.1. Festlegung der Referenzzeiträume für Vereisung Für die Winterperiode 2013/2014 sind in Abb. 8 die, anhand der in Kapitel beschriebenen Methoden, ermittelten Vereisungszeiträume der Windmessung Pretul den Vereisungszeiträumen gemäß der optischen Webcam-Bilderauswertung gegenüber gestellt. Diese vergleichende Darstellung veranschaulicht eine relativ gute Übereinstimmung der Ergebnisse. Abb. 8: Datenquellen für die Ermittlung der Vereisungsevents im Winter 2013/2014 Durch das Zusammenführen der beiden in Abb. 8 dargestellten Datenquellen konnte für die Winterperiode 2013/2014 (ab Mitte Oktober 2013) eine Datenbasis erarbeitet werde, die im Folgenden als Referenz für Vereisungszeiträume verwendet wird. Die Auswertung ergab in Summe 26 Vereisungsereignisse mit einer Gesamtdauer von 58 Tagen 6 Stunden und 26 Minuten. Ihre zeitliche Abfolge ist in Abb. 9 grafisch dargestellt. Abb. 9: Vereisungsevents in der Winterperiode 2013/2014 Für die Winterperiode 2014/2015 waren keine auswertbaren Webcam-Bilder verfügbar. Jedoch liegen für diese Periode zusätzliche Anemometer-Messungen (Windmessung Geiereck) vor. Diese Windmessdaten wurden wie auch die Daten aus der Windmessung Pretul mit der in Kapitel beschriebenen Methode aufbereitet. Die Ergebnisse dieser Aufbereitung sind in Abb. 10 grafisch dargestellt. Wie schon in der Winterperiode 2013/2014 ist auch hier eine relativ gute Übereinstimmung der Ergebnisse sichtbar / 35

16 Abb. 10: Datenquellen für die Ermittlung der Vereisungsevents im Winter 2014/2015 Analog obiger Beschreibung konnte durch das Zusammenführen der beiden in Abb. 10 dargestellten Datenquellen auch für das Winterhalbjahr 2014/2015 eine Referenz für Vereisungsperioden festgelegt werden. Die Auswertung ergab in Summe 24 Vereisungsereignisse mit einer Gesamtdauer von 90 Tagen 15 Stunden und 40 Minuten. Ihre zeitliche Abfolge ist in Abb. 11 grafisch dargestellt. Abb. 11: Vereisungsevents in der Winterperiode 2014/2015 Der längste, als zusammenhängendes Vereisungsereignis ausgewertete, Zeitabschnitt ist im Winter 2013/2014 mit 11 Tagen und 22 Stunden um knapp vier Tage kürzer als im darauffolgenden Winter. In der Periode 2014/2015 hatte das längste Vereisungsereignis eine Dauer von 15 Tagen, 17 Stunden und 30 Minuten. Wie in Abb. 12 dargestellt, dauerten in beiden Wintern 25 % aller Events weniger als 36 Stunden und 50 % weniger als 48 Stunden. Im Winter 2014/2015 sind mehr Vereisungsereignisse mit einer Dauer von mehr als drei Tagen aufgetreten. Abb. 12: Wahrscheinlichkeit der Dauer eines Vereisungsevents / 35

17 Anmerkung zur Festlegung der Referenzzeiträume Der Energiewerkstatt ist bewusst, dass die gewählte und oben beschriebene Vorgehensweise hinsichtlich der Festlegung der Referenzperioden nur teilweise für die Bewertung der Eisdetektionssysteme geeignet ist. In diesem Zusammenhang sind folgende Aspekte / Unzulänglichkeiten anzuführen: Mittels der gewählten Methodik werden der Startzeitpunkt und die Dauer der Instrumentellen Vereisung an einem unbeheizten Anemometer erfasst. In diesem Zusammenhang ist jedoch zu berücksichtigen, dass Objekte mit kleineren Abmessungen schneller vereisen als große Strukturen. Es ist somit davon auszugehen, dass ein rotierendes Anemometer anders auf Vereisungsbedingungen reagiert als der Hohldraht beim Labko-Sensor oder das Rotorblatt eines Windrades. Aus diesem Grund ist es ebenfalls nicht zulässig, von der Dauer der Anemometer- Vereisung auf die Vereisung der Rotorblätter und damit den Stillstand der WKA zu schließen. Generell ist zu vermuten, dass die Referenzmethode mehr und längere Vereisungsereignisse abbildet als die untersuchten drei Systeme (Eologix, Labko und Leistungskurvenmethode). Dies insbesondere, da ein Eisdetektionssystem, welches für Personenschutz konzipiert ist, erst bei sicherheitsrelevanten Eismassen eine Vereisungsmeldung geben muss und nicht bereits beim kleinsten Hauch von Eisansatz (der aber sehr wohl am Anemometer eine Auswirkung zeigt). Neben der Form spielt auch die Mess-/Detektionshöhe eine Rolle. Selbst an einem vorgegebenen Standort kann es zu einer Abweichung zwischen der Anemometer-Vereisung und der Vereisung am Rotorblatt kommen, da dieses in höhere Regionen hineinreicht. Die untersuchten WKA und Messmaste stehen in einem komplexen Gelände. Aufgrund dieser Tatsache ist es naheliegend, dass die Anzahl der Vereisungsevents, aber auch der Zeitpunkt sowie die Dauer an den einzelnen Standorten z.b. aufgrund der Seehöhe oder des Mikroklimas voneinander abweichen. Eine Aussage zur Intensität des Vereisungsereignisses ist nicht möglich. Diese Information ist zwar für den gegenständlichen Evaluierungsbericht nicht vordringlich. Eine diesbezügliche Aussage ist aber z.b. in Hinblick auf Eisfallrisikogutachten sehr bedeutsam. Für eine lückenlose Einschätzung wären hochqualitative Webcam-Bilder, die direkt auf den Sensor gerichtet sind, erforderlich. Da diese Informationen bzw. Daten für die gegenständliche Auswertung nicht vorgelegen sind, wurde die gewählte Herangehensweise als nächstbeste Alternative insbesondere in Hinblick auf die Vergleichsmöglichkeit der Vereisungsstartzeitpunkte definiert Einzelbetrachtung der Eisdetektionssysteme Im Folgenden werden die mithilfe der untersuchten Eisdetektionssysteme erkannten Vereisungszeiträume (vgl. Kapitel 2.4.4) den Referenzzeiträumen (vgl. Kapitel 3.1) der Wintersaison 2013/14 bzw. 2014/15 gegenüber gestellt Labko Die mit Hilfe von Labko-Sensoren detektierten Vereisungszeiträume (vgl. Kapitel 2.4.4) sind in Tab. 4 überblicksmäßig zusammengefasst und in Abb. 13 (Winter 2013/2014) und Abb. 14 (Winter 2014/2015) in ihrem zeitlichen Verlauf den Referenzzeiträumen gegenüber gestellt / 35

18 Anlage Wintersaison 2013/2014 Wintersaison 2014/2015 (* bis Mitte Jänner) Gesamtdauer der Eisperioden Anz. Events Gesamtdauer der Eisperioden Anz. Events Referenz 58 Tage 6 Stunden 26 Minuten Tage 15 Stunden 40 Minuten 24 STR I WKA 5 34 Tage 3 Stunden 11 Minuten Tage 3 Stunden 54 Minuten* 31* STR II WKA Tage 7 Stunden 34 Minuten 44 WKA Tage 14 Stunden 5 Minuten 67 Tab. 4: Zusammenfassung der mit Hilfe von Labko-Sensoren detektierten Vereisungsevents Keine Messdaten verfügbar Abb. 13: Labko Detektionen: STR I (Winter 2013/2014) Keine Messdaten verfügbar Keine Messdaten verfügbar Abb. 14: Labko Detektionen: STR I und STR II (Winter 2014/2015) Interpretation der Ergebnisse: Aufgrund der abweichenden Messprinzipien ist ein Vergleich der Labko-Sensoren mit den Referenzzeiträumen (vgl. Kapitel 3.1) nur bedingt möglich. Während die Labko-Sensoren die meteorologische Vereisung detektieren, bildet die Referenz die instrumentelle Vereisung ab. Somit ist ein Vergleich der Vereisungsperioden nicht zulässig und auch ein Vergleich hinsichtlich der Anzahl der Vereisungsevents ist mit Unsicherheiten behaftet, weil davon auszugehen ist, dass das Anemometer über mehrere Vereisungsevents hinweg vereist bleibt, während die Labko-Sensoren laufend abgetaut werden und theoretisch jedes Vereisungsereignis detektieren sollen. Zulässig ist hingegen unter einem gewissen Vorbehalt (siehe Kapitel 3.1.1) ein Vergleich der Startzeitpunkte der einzelnen Events. In diesem Zusammenhang zeigen die Abbildungen, dass in der Winterperiode 2013/2014 eine sehr schlechte Übereinstimmung zwischen Referenz und Labko-Sensoren 1 Die WKA 17 verfügt über keinen eigenen Labko-Sensor, sondern wird vom Sensor der WKA 15 gesteuert, welche sich nur in geringer Distanz zur Anlage WKA 5 (STR I) befindet / 35

19 gegeben ist (Abb. 13), während im Folgejahr (Winter 2014/2015) eine relativ gute Übereinstimmung sichtbar wird (Abb. 14). Im zweiten Winter stimmt insbesondere der Labko-Sensor der unbeheizten WKA 5 (STR I) bei der gewählten zeitlichen Auflösung relativ gut mit den Vereisungszeiträumen der Referenz überein (bis zum Sensorausfall). In diesem Zusammenhang ist anzuführen, dass die Anzahl der von diesem Sensor verzeichneten Vereisungsevents nur die Messwerte bis Mitte Jänner beinhaltet und somit mit 31 Ereignissen deutlich niedriger ausfällt als bei den anderen beiden Labko-Sensoren. Die Labko-Sensoren der beiden Anlagen des WP STR II liefern überwiegend stimmige Messergebnisse, gleichzeitig fällt jedoch auf, dass bei WKA 17 mit 67 Perioden insgesamt mehr Detektionen verzeichnet wurden als bei der WKA 14 (44 Perioden). Detailliertere Ergebnisse hinsichtlich der Performance des Labko-Sensors beim Erkennen des Startzeitpunktes der einzelnen Vereisungsereignisse finden sich in den beiden Kapiteln und Eologix In einem ersten Schritt können die Einzelmeldungen der einzelnen Eologix-Sensoren untereinander, aber auch in Hinblick auf die detektierte Vereisungsintensität (über die beiden Statusmeldungen 1 mm und 10 mm ), betrachtet und verglichen werden. Die Häufigkeiten der durch die Einzelsensoren registrierten Einzel-Eismeldungen sind in Tab. 5 und Tab. 6 aufgelistet und grafisch dargestellt. Je häufiger ein Einzelsensor Eis gemeldet hat, umso größer ist der entsprechende Grafikpunkt. Tab. 5 bezieht sich auf alle detektierten Eismeldungen (beide Statusmeldungen). Sensor ID Anzahl Eismeldung Blatt Blatt Blatt Tab. 5: Anzahl der Einzelmeldungen der Eologix-Eisdetektionen 1 mm und 10 mm Die Grafik in Tab. 5 veranschaulicht, dass die Sensoren mit zunehmendem Abstand zur Nabe häufiger Eis detektiert haben. Die am weitesten von der Nabe entfernten Sensoren Nr. 133 und Nr. 122 haben mit einer Anzahl von bzw sogar mehr als doppelt so viele Eisansatz-Einzelmeldungen aufgezeichnet wie die nahe der Nase positionierten Sensoren Nr. 095 und Nr Sensor Nr. 139 liefert / 35

20 von allen anderen Sensoren deutlich abweichende Messergebnisse. Insgesamt werden von ihm signifikant weniger Eisevents detektiert und die Detektion erfolgt i.d.r. mit einer zeitlichen Verzögerung. Interpretation der Ergebnisse Im betrachteten Winterhalbjahr waren die Eologix-Sensoren nicht in die Steuerung der WKA eingebunden und führten somit nicht zu einer Abschaltung der WKA. Diese erfolgte entweder aufgrund einer Vereisungsmeldung des Labko-Sensors oder der Leistungskurven-Methode. Somit ist davon auszugehen, dass sich bei einem Teil der Meldungen der Eologix-Sensoren der Rotor bewegt hat, und es ist naheliegend, dass es an den äußeren Sensoren zu mehr Vereisungsmeldungen gekommen ist. Dies ist wahrscheinlich dadurch begründet, dass durch die Drehbewegung unterkühlte Wassertröpfchen an der Blattspitze mit einer höheren Geschwindigkeit eingesammelt werden als an der Blattwurzel und dass die Rotorblätter in manchen Fällen in eine bodennahe Wolkenschicht reichen, während tiefer liegende Bereiche wolkenfrei sind. Während sich die obigen Auswertungen auf alle detektierten Eismeldungen (beide Statusmeldungen) bezogen haben, sind in Tab. 6 die Ergebnisse der Statusmeldung 10 mm dargestellt. Sensor ID Anzahl Eismeldung Blatt Blatt Blatt Tab. 6: Anzahl der Eologix-Eisdetektionen 10 mm Die Grafik in Tab. 6 macht sichtbar, dass bei größerer Vereisungsintensität, also bei einer Registrierung von > 10 mm Eisstärke, der Unterschied bei der Häufigkeit der Detektionen zwischen innen- und außenliegenden Sensoren abnimmt. Interpretation der Ergebnisse: Aus der Sicht der Energiewerkstatt ist dieses Ergebnis insofern nachvollziehbar, als bei einem intensiven Vereisungsereignis die WKA mit großer Wahrscheinlichkeit bereits stillsteht und somit die Sensoren unter denselben Rahmenbedingungen vereisen. Der Einfluss unterschiedlich hoher Wolkenschichten spielt offensichtlich keine übermäßig große Rolle. Ähnlich wie bei der Interpretation der Werte aus Tab. 5 ist auffallend, dass die Anzahl der Vereisungsmeldungen von gleich positionierten Sensoren durchaus voneinander abweicht / 35

21 In einem zweiten Schritt können die mit Hilfe der neun Eologix-Sensoren festgestellten Vereisungszeiträume (vgl. Kapitel 2.4.4) in ihrem zeitlichen Verlauf den Referenzzeiträumen gegenüber gestellt werden (siehe Tab. 7 und Abb. 15). Anlage Wintersaison 2013/2014 Wintersaison 2014/2015 (* ab 16. Dezember) Gesamtdauer der Eisperioden Anz. Events Gesamtdauer der Eisperioden Anz. Events Referenz 58 Tage 6 Stunden 26 Minuten Tage 15 Stunden 40 Minuten 24 STR I WKA Tage 11 Stunden 18 Minuten* 49 Tab. 7: Zusammenfassung der mit Hilfe von Eologix-Sensoren detektierten Vereisungszeiträume Keine Messdaten verfügbar Abb. 15: Eologix-Detektionen: STR I (Winter 2014/2015) Interpretation der Ergebnisse Hinsichtlich der Bewertung der Ergebnisse ist vorwegzuschicken, dass in diesem Fall ein aggregiertes Ergebnis von neun Eologix Sensoren, die an unterschiedlichen Positionen an den Rotorblättern montiert sind, mit dem Referenzzeitraum verglichen wird. Wie am Ende von Kapitel beschrieben wird - im Unterschied zum in der Zwischenzeit zertifizierten Algorithmus - hier eine Vereisungsperiode detektiert, sobald zumindest ein Sensor eine dünne Schicht Eis meldet. Bei der eher groben zeitlichen Auflösung aus Abb. 15 zeigen die mittels Eologix-Sensoren detektierten Vereisungsereignisse im Winter 2014/2015 mit einigen Ausnahmen eine relativ gute Übereinstimmung mit den Referenzzeiträumen. Unabhängig davon zeigen sich beim Vergleich der Gesamtdauer und Anzahl der Vereisungsereignisse sichtlich grobe Abweichungen (vgl. Tab. 7). Trotz der Tatsache, dass sowohl die Referenzzeiträume als auch die Eologix-Sensoren jeweils die instrumentelle Vereisung abbilden, sind diese Abweichungen insbesondere im Lichte des zweiten Punktes aus Kapitel nachvollziehbar / 35

22 Leistungskurve Abschließend sind in diesem Kapitel die mit Hilfe der Leistungskurven-Methode erkannten Vereisungszeiträume (vgl. Kapitel 2.4.4) in Tab. 8 überblicksmäßig zusammengefasst und in Abb. 16 (Winter 2013/2014) und Abb. 17 (Winter 2014/2015) in ihrem zeitlichen Verlauf den Referenzzeiträumen gegenüber gestellt. Anlage Wintersaison 2013/2014 Wintersaison 2014/2015 Gesamtdauer der Eisperioden Anz. Events Gesamtdauer der Eisperioden Anz. Events Referenz 58 Tage 6 Stunden 26 Minuten 90 Tage 15 Stunden 40 Minuten 24 MOSCH WKA 1 4 Tage 9 Stunden 40 Minuten 21 1 Tag 20 Stunden 30 Minuten 9 WKA Tag 5 Stunden 43 Minuten 6 STR II WKA Tage 18 Stunden 51 Minuten 8 WKA Tage 19 Stunden 57 Minuten 6 Tab. 8: Zusammenfassung der über die Leistungskurve ermittelten Eisdetektionszeiträume Keine Messdaten verfügbar Abb. 16: Über die Leistungskurve ermittelte Eisdetektionen: MK (Winter 2013/2014) Keine Messdaten verfügbar Abb. 17: Über die Leistungskurve ermittelte Eisdetektionen: MK und STR II (Winter 2014/2015) Wie im obigen Kapitel erwähnt, kam es infolge der Labko-Sensoren in der Wintersaison 2014/15 zu 44 (an der WKA 14) bzw. 67 Abschaltungen (WKA 17). Demgegenüber stehen 6 bzw. 8 Abschaltungen infolge der Leistungskurvenmethode (siehe Tab. 8) / 35

23 Interpretation der Ergebnisse Bei der Bewertung der obigen Ergebnisse ist zu berücksichtigen, dass die Eisdetektion beim Windpark Steinriegel II entweder mittels Leistungskurvenmethode oder Labko Sensoren erfolgt (siehe Kapitel 2.2.2). Folgende Tabellen zeigen die Vereisungsdauer, die anhand des Labko Sensors und der Leistungskurvenmethode an der WKA 17 und an der WKA 14 identifiziert wurde. Dabei ist klar ersichtlich, dass in vielen Fällen der Labko Sensor die sensitivere Eisdetektion im Vergleich zur Leistungskurvenmethode darstellt: STR II - WKA 17 - Labko STR II - WKA 17 - LK Tage % Tage % November 05 04:58 17, :21 1,85 Dezember 10 07:53 33, :45 7,63 Januar 12 21:16 41, :47 0,51 Februar 08 20:01 31, :56 5,20 März 04 20:21 15, :01 0,81 April 03 11:34 11, :00 0,00 Summe 45,59 h 30,19 4,79 h 3,17 Tab. 9: Vergleich Vereisungstage STR II WKA17: Labko - Leistungskurvenmethode STR II - WKA 14 - Labko STR II - WKA 14 - LK Tage % Tage % November 07 21:45 26, :07 0,02 Dezember 08 11:12 27, :33 0,75 Januar 10 13:09 34, :08 0,29 Februar 06 05:40 22, :53 3,26 März 04 19:37 15,54 0,00 April 00 08:10 1,13 0,00 Summe 38,32 h 25,37 1,24 h 0,82 Tab. 10: Vergleich Vereisungstage STR II WKA14: Labko - Leistungskurvenmethode Insbesondere aus diesem Grund ist ein direkter Vergleich der solcherart detektierten Anzahl und Dauer mit den Referenzwerten nicht zulässig. Unabhängig davon ist jedoch ersichtlich, dass die mittels Leistungskurvenmethode detektierten Vereisungsevents jeweils in die Referenzzeiträume fallen. Auch der direkte Vergleich der Detektionen an der WKA 17 und der WKA 20 im beheizten WP Steinriegel II zeigt eine relativ hohe Übereinstimmung. Als primärer Grund ist in diesem Zusammenhang anzuführen, dass die Leistungskurvenmethode vom TÜV Nord für eine Vereisung von 1,3 cm (für eine E-126) am Rotorblatt überprüft ist (wobei eine genauere Information über die Verteilung am Rotorblatt nicht verfügbar ist). Der Labko-Sensor im anderen Fall ist für eine nicht näher definierte Vereisung am Hohldraht zertifiziert. Aus diesem Grund ist ein objektiver Ergebnisvergleich der beiden zertifizierten bzw. überprüften Technologien nicht möglich / 35

24 3.3. Eisdetektionssysteme im Vergleich Darstellung im Jahresverlauf Die folgende Grafik zeigt einen Vergleich des in Kapitel 3.1 ermittelten Referenz-Vereisungszeitraumes mit den durch Labko- und Eologix-Sensoren detektierten Events (siehe Abb. 18) Keine Messdaten verfügbar Abb. 18: Vergleich der mittels Labko- bzw. Eologix-Sensoren detektierten Vereisungsevents in den Windparks Steinriegel I+II Interpretation der Ergebnisse Bei der gewählten zeitlichen Auflösung zeigt sich eine relativ hohe Übereinstimmung hinsichtlich des zeitlichen Verlaufes der Ergebnisse. Deutlich ersichtlich ist, dass die Labko-Sensoren aufgrund des unterschiedlichen Messprinzips (gemessen wird de facto die meteorologische Vereisungsdauer) deutlich häufiger Vereisung ausgeben als der Referenzdatensatz sowie die Eologix-Sensoren (welche jeweils die instrumentelle Vereisung abbilden) Vergleich des Startzeitpunktes einzelner Vereisungsereignisse Da die Andauer der Vereisungsereignisse aufgrund der unterschiedlichen Messprinzipien nicht uneingeschränkt untereinander zu vergleichen ist, beziehen sich die folgenden Ergebnisse auf die Performance der einzelnen Detektionssysteme am Beginn eines Vereisungsereignisse. Und zwar konkret darauf, ob und zu welchem Zeitpunkt es den jeweiligen Eisdetektionssystemen gelungen ist, den Beginn eines Vereisungsereignisses des Referenzdatensatzes (vgl. Kapitel 3.1) darzustellen. Dafür wurde vorab festgelegt, dass das Signal eines Eisdetektionssystems nur dann dem Ereignisbeginn als zuordenbar angesehen wird, wenn es nicht länger als 12 Stunden davor oder danach auftritt. Anhand der untenstehenden Abbildung wird die eben beschriebene Vorgehensweise veranschaulicht. In der linken Darstellung von Abb. 19 ist der gesamte Vereisungszeitraum den mittels Labko- bzw. Eologix- Sensoren detektierten Vereisungszeiträumen gegenübergestellt. Die rechte Darstellung hat eine höhere zeitliche Auflösung (Zeitraum: 24h vor bis 24h nach Ereignisbeginn) und bildet nur den jeweils frühesten Zeitpunkt einer dem Vereisungsereignis zuordenbaren Eisdetektion als Punktsymbol ab. Die vertikale Linie markiert den Startzeitpunkt des festgelegten Vereisungszeitraumes / 35

25 Links: Darstellung des Gesamtzeitraumes vom Vereisungsevent mit markiertem Detailbereich am Beginn; Rechts: Darstellung des Detailzeitraumes im Nahbereich des Ereignisbeginns (zwölf Stunden davor bis zwölf Stunden danach): für jedes untersuchte Eisdetektionssystem ist das früheste, dem ausgewählten Vereisungsereignis zuordenbare, Detektionssignal dargestellt. Farbzuordnung: Labko-Sensor; Eologix-Sensoren Abb. 19: Ausgewähltes Beispiel zum Vergleich der mittels Labko- bzw. Eologix-Sensoren detektierten Vereisungen in den Windparks STR I+II Im oben angeführten Beispiel wird sichtbar, dass der Beginn des definierten Vereisungszeitraumes an der WKA 5 (STR I) sowohl vom Labko-Sensor als auch an zwei Positionen von Eologix-Sensoren relativ gut erfasst wird. Die Labko-Sensoren an den Anlagen des Windparks STR II (WKA 14 und WKA 17) sowie die restlichen Eologix Sensoren bilden den Start des Vereisungsevents hingegen zeitlich nicht korrekt ab. Spannend an diesem Beispiel ist es zu sehen, wie das Vereisungsereignis mit einem Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit auf 100% sowie einem Temperaturrückgang unter den Gefrierpunkt einhergeht. Anhand dieser Vorgehensweise wurden in einem weiteren Schritt alle im Winter 2014/2015 (über den Referenzdatensatz) identifizierten Vereisungsereignisse analysiert. Bei den insgesamt 24 Referenz- Vereisungsereignissen, die im Winter 2014/2015 aufgetreten sind, kam es bei 20 Ereignissen binnen 24 Stunden (= zwischen 12 Stunden vor dem definierten Vereisungsbeginn und 12 Stunden danach) zu einer Eisdetektion einer der drei Labko-Sensoren. Von den insgesamt 18 Vereisungsereignissen, die im Winter 2014/2015 (nach Installation der Eologix-Sensoren) aufgetreten sind, wurden von den neun Sensoren 11 Ereignisse binnen 24 Stunden (= zwischen 12 Stunden vor Vereisungsbeginn und 12 Stunden danach) detektiert. Labko Eologix Betrachtungszeitraum Winter 2014/2015 Winter 2014/2015 ab Anzahl der Referenzevents Anzahl der durch den Sensor erfassten Events Deckungsquote (in %) Tab. 11: Anzahl und prozentueller Anteil der zeitlich korrekt erfassten Events / 35

26 In einem weiteren Schritt wurde analysiert, mit welcher zeitlichen Abweichung die beiden Technologien (i.e. Labko und Eologix) ein Vereisungsereignis der Referenzzeiträume detektieren. Als Basis dieser Auswertung dienten die jeweils von den Sensoren erkannten Vereisungsevents (20 beim Labko und 11 beim Eologix). Die zeitliche Abweichung vom Vereisungsbeginn dieser gesammelten Referenzereignisse ist im Folgenden dargestellt (siehe Abb. 20). Abb. 20: Abweichung der Detektionen vom definierten Beginn einer Vereisung Interpretation der Ergebnisse Abb. 20 lässt erkennen, dass das erste dem Vereisungsevent zuordenbare Detektionssignal beim Eologix häufiger vor dem festgelegten Vereisungsbeginn liegt. Und zwar detektierten die neun Eologix-Sensoren in 50 % der Fälle den Beginn des Ereignisses mehr als 3 Stunden vor dem Beginn der Referenzperiode, während der Median aller Detektionen der drei Labkos lediglich 6 Minuten vor dem Beginn der Referenzperiode liegt. In diesem Zusammenhang ist auf den am Ende von Kapitel beschriebenen Algorithmus und die Tatsache hinzuweisen, dass die Daten in diesem Bericht von Sensoren ermittelt wurden, die noch nicht dem DNV GL-Zertifikat entsprachen (Winter ). Entsprechend diesem DNV GL zertifizierten Algorithmus führt erst ein gleichzeitiges Auftreten einer dünnen Eisschicht an mehreren Sensoren (insbesondere an den Blattspitzen) oder eine dicke Eisschicht an einem einzelnen Sensor zur Abschaltung der Anlage. An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, dass das Eologix-System im Betrachtungszeitraum nicht mit der Steuerung der Anlage verbunden war. Die Bewertung dieser Ergebnisse ist herausfordernd und wirft einige Fragen auf. Dies insbesondere, da dieses Ergebnis im Widerspruch zu der in Kapitel unter Pkt. 2 getätigten Aussage sowie den Ergebnissen der pauschalen Betrachtungen hinsichtlich der in Summe detektierten Ereignisse sowie deren Dauer steht (Kapitel 3.2.2). Letztendlich wurde im Zuge der Datenauswertung deutlich, dass eine Gesamtbetrachtung hinsichtlich der Performance bei der Erfassung des Vereisungsbeginns nur bedingt zweckmäßig ist. Aus diesem Grund wurden in einem weiteren Schritt alle Ereignisse, die über die Referenz identifiziert wurden einer Einzelfallbetrachtung unterzogen. Sämtliche Einzelfälle sind im Anhang zusammengestellt (siehe Kapitel 7), sechs Beispiele daraus sind exemplarisch in den folgenden Grafiken dargestellt (siehe Abb. 21 und Abb. 22) / 35

27 In der Grafik ist für jedes untersuchte Eisdetektionssystem das früheste, dem ausgewählten Vereisungsereignis zuordenbare, Detektionssignal dargestellt. Farbzuordnung: Labko-Sensoren; Leistungskurvenmethode; Eologix-Sensoren Abb. 21: Zwei ausgewählte Beispiele zur Einzelfallbetrachtungen am Startzeitpunkt von Vereisungsereignissen, welche über die Referenz identifiziert wurden (links: ; rechts: ) In der Grafik ist für jedes untersuchte Eisdetektionssystem das früheste, dem ausgewählten Vereisungsereignis zuordenbare, Detektionssignal dargestellt. Farbzuordnung: Labko-Sensoren; Leistungskurvenmethode; Eologix-Sensoren Abb. 22: Zwei ausgewählte Beispiele zur Einzelfallbetrachtungen am Startzeitpunkt von Vereisungsereignissen, welche über die Referenz identifiziert wurden (links: ; rechts: ) In der Grafik ist für jedes untersuchte Eisdetektionssystem das früheste, dem ausgewählten Vereisungsereignis zuordenbare, Detektionssignal dargestellt. Farbzuordnung: Labko-Sensoren; Leistungskurvenmethode; Eologix-Sensoren Abb. 23: Zwei ausgewählte Beispiele zur Einzelfallbetrachtungen am Startzeitpunkt von Vereisungsereignissen, welche über die Referenz identifiziert wurden (links: ; rechts: ) / 35