Fraunhofer-Forscher entwickeln „Struktur-Monitoring-System“ für Windkraftanlagen

Darmstadt - Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF aus Darmstadt haben zusammen mit einem Messtechnik-Anbieter zwei Jahre lang eine Windenergieanlage und deren Schwingungen unter die Lupe genommen. Herausgekommen ist ein erschwingliches Monitoring-System für die Strukturen einer Windkraftanlage.

In einem vom Land Hessen geförderten Forschungsprojekt mit dem Namen Anübes (Autonomes Netzwerk zur Überwachung von Belastung und Schwingverhalten) haben die Fraunhofer-Experten gemeinsam mit der SWIFT Gesellschaft für Messwerterfassungssysteme mbH aus Reinheim ein Netzwerk intelligenter Sensorknoten entwickelt, welches die Charakteristika des Windenergieanlagen(WEA)-Turms bestimmt. Neben den bereits gängigen bestehenden Condition-Monitoring-Systemen für die Antriebssysteme von Windturbinen könnte damit auch das sogenannte Structural-Health-Monitoring in der Windenergie-Branche Einzug halten.

Anwendung für Überwachung von Windenergie on- und offshore interessant

Die aus den neuentwickelten Sensorknoten gewonnen Daten dienen als Input für die Strukturüberwachung der WEA. Diese Strukturen können der Turm, die Rotorblätter oder die Fundamente sein. Die einfache Installation macht das Sensor-Netzwerk nach Angaben der Entwickler zu einem Werkzeug, das sich für die Bestimmung der Modalparameter, also der charakteristischen Eigenschaften neuer WEA eignet. Ein mögliches interessantes Anwendungsfeld für die neuartigen Monitoring-Systeme könnten insbesondere Offshore-Windenergieanlagen sein, glauben die Forscher. Diese Anlagen sind durch Schwingungen und Umwelteinflüsse außergewöhnlich stark belastet. Es sei entscheidend, den Zustand der Windenergieanlagen permanent im Auge zu behalten.

Während für die Überwachung des Triebstranges der Anlagen inzwischen kommerzielle Systeme verfügbar sind, ist die Überwachung der Rotorblätter und der Gründungsstruktur noch Gegenstand von Forschung und Entwicklung, erklären die Experten des Fraunhofer LBF. Analysen für derart große Strukturen erforderten viel Erfahrung und das richtige Equipment. Das Fraunhofer LBF sei spezialisiert auf die Entwicklung von Methoden und Geräten zur Zustandsüberwachung.

Verbreiterung der Datenbasis

Der Strukturüberwachungsansatz der Darmstädter Forscher setzt sich zusammen aus einem Datenerfassungsnetzwerk und einer Analysemethode. Ihre grundlegende Idee dahinter ist eine Verbreiterung der Datenbasis, auf deren Grundlage die Aussagen zum Zustand des Turmes getroffen werden können. Ziel der Wissenschaftler war, mit Hilfe eines Sensornetzwerkes modale Parameter zu ermitteln. Diese sollen später als Eingangsgrößen für Methoden der Strukturüberwachung herangezogen werden. Um das entwickelte System auch für einen nachträglichen Einbau interessant zu machen, sollte ein dezentraler Aufbau den Verkabelungsaufwand wesentlich verringern.

„Lange Anna“ als Versuchsanlage

Als „Versuchsobjekt“ diente den Darmstädter Wissenschaftlern die „Lange Anna“, eine WEA im nahegelegenen Odenwald mit einer Nennleistung von zwei Megawatt. Anschließend vereinigten die Forscher die erfassten Daten mit Umwelt- und Prozessparametern aus der Anlagensteuerung und schätzten in Zehn-Minuten-Abständen die genannten modalen Parameter mit Methoden der Operational Model Analysis. Diese Daten lassen sich später mit verschiedenen Methoden hinsichtlich Anomalitäten wie z. B. Schäden am Turm auswerten. Weitere Langzeittests sind nun bis Ende 2014 geplant. In Zukunft können die Windparkbetreiber dann vielleicht auf zusätzliche Tools zur Überwachung der Strukturen von Windenergieanlagen zurückgreifen.

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