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Enerige & Management > Windkraft - Raus aus dem Windschatten
Bild: Fotolia.com, DeVIce
WINDKRAFT:
Raus aus dem Windschatten
Die iSpin-Technologie misst den Wind dort, wo er unverfälscht auf die Windkraftanlage auftrifft – direkt vor dem Spinner. Durch die richtige Ausrichtung zum Wind maximieren Betreiber ihren Ertrag und minimieren gleichzeitig die Reparatur- und Serviceaufwendungen.
 
Aktuell werden Windgeschwindigkeit und -richtung, die über die korrekte Ausrichtung von Windkraftanlagen in den Wind entscheiden, hinter dem Rotor auf oder an der Gondel gemessen. Dort sind die Wind-Sensoren allerdings den Rotorturbulenzen, Veränderungen der Aufbauten und Einflüssen durch das Gondeldesign selbst ausgesetzt. Die gemessene Windrichtung weicht oft von der realen Windrichtung ab.

Mit Transferfunktionen versuchen die Hersteller, aus den abgefälschten Messergebnissen die richtige Ausrichtung zum Wind zu ermitteln. Doch das gelingt nach Ansicht von Karl Fatrdla, Geschäftsführer der Hamburger Romo Wind Deutschland GmbH, bisher nicht ausreichend genau: „Wir haben bereits über 120 Anlagen verschiedenster Typen vermessen. Dabei hatten nur 44 Prozent der Anlagen eine vernachlässigbare Fehlausrichtung gegenüber der tatsächlichen Windrichtung von weniger als vier Grad, aber 56 Prozent lagen darüber und immerhin 18 Prozent der Anlagen zeigten Abweichungen von über zehn Grad und acht Prozent von über 16 Grad.“ Und eine nicht optimale Stellung gegenüber dem Wind – das weiß jeder Segler – bedeutet Leistungsverlust, unnötige Lasten und mechanischen Verschleiß.

Viel dringlicher ist aber für die Anlagenbetreiber: „Zehn Grad Fehlausrichtung gegenüber der tatsächlichen Windrichtung bedeuten bereits drei Prozent Ertragsverlust“, sagt Fatrdla. Bei 18 Grad Fehlausrichtung steigt der Ertragsverlust bereits auf 9, 5 Prozent. Genau so bedeutend für die Wirtschaftlichkeit von Anlagen kann sein, dass die höhere Belastung durch seitliche Windanströmung zu einer Reduktion der Lebensdauer der Hauptkomponenten einer Windkraftanlage führen kann und dies wiederum die Wartungs- und Instandsetzungskosten massiv ansteigen läßt. 

Drei Ultraschall-Messfühler rotieren auf der Nabe

Romo Wind hat eine kompakte Windmesstechnik entwickelt, die auf der Nabe des Rotorblatts installiert wird und die deshalb nicht von Turbulenzen irritiert wird, die hinter dem Rotor vorherrschen. Die patentierte iSpin-Technologie verwendet drei Messsensoren auf Basis Ultraschall, die auf der symmetrischen Nabe 120° versetzt konzentrisch zur Rotorachse zwischen den Rotorblättern montiert werden. Trifft der Wind normal zur Rotorfläche auf, wird er gleichförmig an der symmetrischen Nabe abgeleitet und somit messen alle drei Ultraschallsensoren die selbe Windgeschwindigkeit. Sobald der Wind mit einem schrägen Winkel auf die Nabe auftrifft, wird die Aerodynamik dafür sorgen, dass die kürzere Strecke nun langsamer und die längere Strecke an der Nabe schneller umströmt wird. Aus den dadurch entstehenden Sinuskurven über einen Drehzyklus lässt sich sehr genau auch die Windrichtung ermitteln. Die Datenerfassungselektronik überträgt die gemessenen Daten des Windvektors aus der Nabe in die Gondel, wo sie weiterverarbeitet werden und mit einer Mobilfunkschnittstelle (3G) an die Romo-Wind-Datenzentrale übermittelt werden.

Mit der Messung der Windrichtung und -geschwindigkeit vor der Nabe können Anlagenbetreiber die richtige Ausrichtung der Anlagen gegenüber der tatsächlichen Windrichtung selbst überprüfen. Stellen sich Abweichungen heraus, können Betreiber den Hersteller oder Serviceanbieter auffordern, die Differenzen zu korrigieren und somit bei Windgeschwindigkeiten zwischen 4 und 12 m/s den Ertrag zu erhöhen. „Die Hauptkomponenten der Windkraftanlage werden dadurch wesentlich weniger stark belastet und damit können auch die Wartungs- und Instandhaltungskosten durch den geringeren Verschleiß deutlich reduziert werden“, sagt Fatrdla: „Die permanente Überwachung mit der iSpin-Technologie von Gondelfehlausrichtungen, Turbulenzintensität, Schrägausrichtung in allen Windsektoren und daraus resultierend der Leistungskurve erlaubt es, Betriebsstrategien zu entwerfen, die die Belastung der Anlagen kontinuierlich reduzieren.“

Auch Hersteller testen, wie sie die Ausrichtung verbessern können

Über 125 Messkampagnen wurden oder werden gerade weltweit durchgeführt. „Immer mehr Betreiber installieren aber die iSpin-Technologie dauerhaft, um Gondelfehlausrichtungen, Windgeschwindigkeit und -richtung, Turbulenzintensität und Schräganströmung in allen Sektoren sowie die relative Leistungskurve permanent überwachen zu können, und das wird auch die Zukunft sein“, sagt Fatrdla: „Schon ein Software-Update durch den Anlagenhersteller oder ein Tausch des Windsensorsystems können eine einmalige Korrektur der Gondelfehlausrichtung zunichtemachen. Viele Betreiber wollen dauerhaft sicher sein, dass ihre Anlagen korrekt zum Wind ausgerichtet sind.“ Die Investition amortisiere sich meist schon nach 18 bis 30 Monaten, gemessen am Mehrertrag von 1,7 % auf Basis der mittleren Gondelfehlausrichtung über alle bisher 125 vermessenen Anlagen.

Aber Romo Wind sieht noch mehr Aufgaben für die Windmessung direkt an der Rotornabe. Bisher muss für die Überprüfung der Leistungskurve einer Windkraftanlage stets ein Windmessmast aufgebaut werden. Die neue Norm IEC 61400-12-2 öffnet den Weg dahin, dass dies künftig auch mit der iSpin-Technologie auf der Anlage erfolgen kann.

Bislang hat sich noch kein Windanlagenhersteller darauf eingelassen, die von iSpin ermittelte Windrichtung direkt in die Anlagensteuerung als verbindliche Vorgabe zu übernehmen. Aber das kann sich ändern. Mittlerweile, so berichtet Fatrdla, testen große Windkrafthersteller die iSpin-Technologie, um möglicherweise Ersatz für die unzureiched genauen Windmessgeräte auf der Gondel zu finden. „Wir gehen davon aus, dass wir die Hersteller von der Qualität der iSpin Technologie überzeugen können und wir damit die gesteigerten Anforderungen der Windindustrie für alle Parteien mehr als erfüllen können.“

Für die Windkraftanlagenhersteller könnte eine präzisere Ausrichtung zum Wind auf Dauer viele Vorteile auch bei der Konstruktion der Anlagen haben: Kann man die Belastung der Windkraftanlage durch genaue Kenntnis des anströmenden Windes ermitteln und diese durch die Windkraftanlagensteuerung kontrollieren, erlaubt dies dem Hersteller, die Hauptkomponenten wesentlich effektiver und effizienter zu konstruieren.
 

Timm Krägenow
© 2020 Energie & Management GmbH
Montag, 08.09.2014, 08:51 Uhr

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