Geschwin­dig­keits­kon­trol­len im Wind­park?

Geschwin­dig­keits­über­tre­tun­gen kön­nen nicht nur im Stra­ßen­ver­kehr, bei der Bahn oder in der Luft­fahrt fata­le Kon­se­quen­zen mit sich brin­gen – es kommt zum Unfall, schwe­ren Schä­den an Fahr­zeu­gen, Maschi­nen oder Anla­gen. Noch schlim­mer sind Ver­let­zun­gen oder gar der Tod von unfall­be­tei­lig­ten Men­schen. Damit die Gefah­ren zu hoher Geschwin­dig­kei­ten beherrsch­bar blei­ben, gibt es gesetz­lich gere­gel­te Beschrän­kun­gen, die zu extre­me Geschwin­dig­kei­ten und damit unkon­trol­lier­ba­re Grenz­zu­stän­de in vie­len Berei­chen des All­tags ver­mei­den hel­fen.

Geschwin­dig­keits­be­gren­zun­gen sind auch ein wesent­li­ches Merk­mal für die Sicher­heit von Wind­kraft­an­la­gen. Die Rotor­blät­ter einer Wind­ener­gie­an­la­ge unter­lie­gen hohen dyna­mi­schen Belas­tun­gen. Je höher die Wind­ge­schwin­dig­keit ist, je stär­ker und dyna­mi­scher Wind­bö­en auf die Anla­ge ein­wir­ken, um so gefähr­li­cher wird es in der Umge­bung von Wind­kraft­an­la­gen. Dabei sind die For­men der Gefähr­dung ganz unter­schied­lich – sie kön­nen vom Rotor­bruch, über­las­te­te Maschi­nen­kom­po­nen­ten, z.B. Getrie­be, Kupp­lun­gen oder Gene­ra­to­ren, bis hin zum Kom­plett­ver­lust einer Anla­ge durch Ein­sturz rei­chen.

Wil­de Wet­ter­sprün­ge und Gefah­ren für Wind­kraft­an­la­gen

Das Pro­blem von wind­ge­trie­be­nen Anla­gen ist dabei der Wind, also die Luft­strö­mung. Sie lässt sich nicht steu­ern, regeln oder begren­zen. Prä­zi­se vor­her­seh­bar sind weder die zu erwar­ten­de Wind­rich­tung, noch die tat­säch­lich auf­tre­ten­de Inten­si­tät des Win­des. Ob die Luft lami­nar strömt oder in „wil­den Bock­sprün­gen“ mit har­ten Schlä­gen auf eine WEA oder einen gan­zen Wind­park trifft bleibt eben­so dem Zufall über­las­sen wie gefähr­li­che Las­ten, die der Wind mit sich brin­gen kann. Das kön­nen ganz ein­fach Regen­trop­fen sein, die im Rah­men eines Orkans wie Geschos­se auf die Rotor­blät­ter oder den Turm mit sei­nen beweg­li­chen Kom­po­nen­ten schla­gen oder gar Hagel­kör­ner in der Grö­ße von Schnee­bäl­len, die bei hoher Wind­ge­schwin­dig­keit Rotor­blät­ter oder Abde­ckun­gen voll­kom­men zer­schla­gen.

Mes­sun­gen der Wind­ge­schwin­dig­keit

In Höhen von 120 bis zu 240 Metern, wie sie bei heu­ti­gen Wind­kraft­an­la­gen erreicht wer­den, ist ein direk­ter Zugriff zum Steu­ern und Regeln nur noch durch auto­ma­ti­sche Ein­rich­tun­gen mög­lich. Grund­la­ge dafür sind Mess­in­stru­men­te wie Ane­mo­me­ter – Geschwin­dig­keits­mess­ge­rä­te zur Erfas­sung der Wind­ge­schwin­dig­keit. Es gibt ver­schie­de­ne Bau­for­men, z.B.

  • Die bekann­tes­te Bau­form, das Scha­len­ane­mo­me­ter: Dabei rotie­ren vier löf­fel­för­mi­ge Scha­len um eine gemein­sa­me Ach­se. Die erreich­te Umdre­hungs­ge­schwin­dig­keit steht in Abhän­gig­keit zu Wind­ge­schwin­dig­keit und kann in Steue­rungs­im­pul­se umge­setzt wer­den.
  • Das Stau­drucka­ne­mo­me­ter misst den Druck­un­ter­schied zwi­schen Gesamt­druck und sta­ti­schem Druck. Der Unter­schied zwi­schen Gesamt­druck (dyna­mi­scher Druck ein­schließ­lich kine­ti­scher Ener­gie) und Stau­druck (es fin­det kei­ne Luft­be­we­gung mehr statt) wird über einen Druck­sen­sor erfasst und zur Anla­gen­steue­rung wei­ter­ge­lei­tet.
  • Ultra­schall-Wind­sen­so­ren mes­sen die akus­ti­sche Reso­nanz beweg­ter Luft­mas­sen. Wäh­rend kon­ven­tio­nel­le Ultra­schallane­mo­me­ter auf der Mes­sung der Lauf­zeit basie­ren, wird bei den Wind­sen­so­ren mit akus­ti­scher Reso­nanz eine Ultra­schall­wel­le in einem klei­nen Hohl­raum reflek­tiert. In dem Hohl­raum befin­den sich meh­re­re schwin­gen­de Mem­bra­nen, die akus­ti­sche Ultra­schall­wel­len erzeu­gen und emp­fan­gen. Aus auf­ein­an­der fol­gen­den Mes­sun­gen ver­schie­de­ner Mem­bra­nen­paa­re las­sen sich die Vek­tor­kom­po­nen­ten der Luft­strö­mung ermit­teln und somit Wind­ge­schwin­dig­keit und -rich­tung mathe­ma­tisch berech­nen und an den Steue­rungs­com­pu­ter wei­ter­ge­ben.
  • In Wind­parks oder hoch leis­tungs­fä­hig­ken Ein­zel­an­la­gen wird zuneh­mend neben akus­ti­schen Mess­ver­fah­ren (Sodar) auch Lidar (Light Detec­tion and Ranging) ein­ge­setzt, um hori­zon­ta­le und ver­ti­ka­le Wind­ge­schwin­dig­keit und Wind­rich­tung zu mes­sen und z. B. an die Leit­stel­le zur opti­ma­len Ein­stel­lung der Wind­rä­der zu über­mit­teln. Im Prin­zip han­delt es sich dabei um eine Mes­sung, wie sie auch zur Kon­trol­le der Fahr­zeug­ge­schwin­dig­keit durch die Poli­zei ver­wen­det wird.

Schutz der teu­ren Inves­ti­ti­on mit Hil­fe des TQC

Akus­ti­sche und Lidar-Mes­sun­gen bekom­men für den siche­ren Betrieb von Wind­kraft­an­la­gen und Wind­parks eine immer grö­ße­re Bedeu­tung, das sie – im Ver­bund eines Net­zes geschal­tet – prä­zi­se­re Vor­her­sa­gen ermög­lich und damit aktiv zum Schutz der teu­ren Inves­ti­tio­nen bei­tra­gen. Im Rah­men eines Total Qua­li­ty Checks (TQC) kön­nen Sie zusam­men mit einem unab­hän­gi­gen Exper­ten über­prü­fen, ob Ihre Anlage(n) opti­mal auf unvor­her­seh­ba­re Geschwin­dig­keits­über­schrei­tun­gen ein­ge­stellt sind.