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.