Berechenbarer Wind

Kamera erhöht Wirkungsgrad von Windenergieanlagen

Mit dem kamerabasierten BladeVision-System präsentiert SSB Wind Systems eine neue Technologie, die es ermöglicht, den Wirkungsgrad einer Windenergieanlage (WEA) genauer zu bestimmen. Während sich der Wirkungsgrad beispielsweise einer Gasturbine sehr exakt ermitteln lässt, ist das bei einer WEA bis dato nicht möglich.
Ständig wechselnde Windgeschwindigkeiten und -richtungen, vertikale bzw. horizontale Scherwinde sowie Turbulenzen machen diesen ´Treibstoff´ unberechenbar und bereiten bislang verfügbaren Technologien bei der genaueren Beurteilung der Leistung sowie der Energieausbeute einer WEA erhebliche Probleme. Erschwerend hinzu kommt, dass die derzeitigen Erzeugungsprognosen eine Reihe an möglichen Fehlerquellen bergen. Die Leistung einer Anlage wird vor allem über Leistungskurven beurteilt. Sie basieren auf den Daten des auf einem Maschinenhaus montierten Anemometers sowie dem 15-Sekunden-Mittel der erzeugten Leistung. Der tatsächliche Wirkungsgrad einer WEA lässt sich somit auf diese Weise nicht ermitteln. Ein weiteres Problem stellt die Ermittlung der Energieausbeute dar. Die möglichen Ursachen für Verluste in diesem Bereich sind vielfältig und liegen mitunter an einer unzureichenden Bestimmung der Windrichtung durch die Windfahne.

Messung der Blattverformung

Durch eine Vollfeld-Windmessung mit dem kamerabasierten BladeVision-System lassen sich diese Probleme jetzt in den Griff bekommen. Grundlage für die Neuentwicklung liefert eine Technologie, die auf Messungen der Verformungen von Rotorblättern in Kombination mit einer hochentwickelten Signalanalyse- und Auswerteeinheit basiert. Eine in den Rotorblättern integrierte Spezialkamera erfasst hierbei über Infrarotstrahlen die Blattverformungen durch den Wind, indem sie die Auslenkungen von Reflektoren aufzeichnet, die sich tief im Inneren der Rotorblätter befinden. Da die Verformungen im Vorfeld bereits für ein Referenz-Rotorblatt ermittelt wurden, kann das System daraus die realen Windverhältnisse berechnen. Die Auswertung und Aufbereitung der aufgezeichneten Signale erfolgt anschließend in Echtzeit über einen PC im Maschinenhaus. Die Kamera arbeitet in einem Temperaturbereich von -40 bis +70°C. Die Ergebnisse sind dabei vergleichbar mit denen eines Lidar, bei dem Laserstrahlen zur Abstands- und Geschwindigkeitsmessung genutzt werden, oder Faser-Bragg-Gitters, also in Lichtwellenleiter eingelassene optische Interferenzfilter. Lagen vorher z.B. mittels Anemometer nur gemittelte zehn Minuten Daten als Grundlage der Berechnungen der Leistungsdaten vor, sind die Windsignale nun mit dem neuen System für einen Zeitraum von fünfzehn Sekunden gemittelt. Die Biegemomente werden alle 50 Millisekunden ermittelt, so dass sich wesentlich präzisere Leistungskurven als bisher erstellen lassen. Die Genauigkeit einer eindeutig definierten Leistungskurve und die Kenntnis über alle vorherrschenden Windfeldbedingungen bei der Messung ermöglichen es somit, den tatsächlichen Wirkungsgrad einer WEA zu beurteilen. Zudem wird so auch eine genauere Zustandsüberwachung der Rotorblätter realisiert. Das neue System liegt in zwei Versionen vor: zum einen als OEM-Produkt, für die Integration während der Herstellung der WEA und als Set zum Nachrüsten bestehender Anlagen.

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