24.06.2015, 15:17 Uhr

Windenergie: Fraunhofer-Forscher reduzieren Schwingungen

Darmstadt – Durch Schwingungen ausgelöste Belastungen an Gondel und anderen Teilen der Windkraftanlage reduziert sich die Lebensdauer der Anlage. Wissenschaftler am Fraunhofer LBS haben jetzt ein System entwickelt das Schwingungen erkennt, gegensteuert und diese somit signifikant reduziert.
Mit einem in der Theorie simplen System hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF die Schallemissionen und Schwingungen an Windkraftanlagen um 80 Prozent reduzieren können. Mit Gegenschwingungen zu den durch die Windkraftanlage ausgelösten Schwingungen konnten die Forscher die Messwerte deutlich reduzieren. Die Herausforderung dabei: im richtigen Moment Gegenschwingen.
Rückwirkung bringt Schwingung
Die Forscher haben durch eine Analyse der Daten aus der Betriebsmessung herausgefunden, dass der überwiegende Anteil der Störungen eine Korrelation zur Drehzahl aufweist. Diese resultieren vorrangig aus Rückwirkungen vom Generator, die zu periodischen Schwingungen führen. Darüber hinaus wird das System sowohl durch Unwuchten als auch durch die Wechselwirkungen zwischen den Rotorblättern und dem ungleichförmigen Windfeld zum Schwingen angeregt.
Algorithmus errechnet den Moment
Da es sich um drehzahlkorrelierte Schwingungen handelt, konnten die Darmstädter Wissenschaftler einen speziellen Berechnungs-Algorithmus wählen. Mit Hilfe des Algorithmus werden über einen elektrodynamischen Wandler zusätzliche phasenversetze Schwingungen in das System eingeleitet, die zu einer Auslöschung der unerwünschten Vibrationen führen. Der Algorithmus hat sich nach Angaben der Wissenschaftler bereits bei ähnlichen Aufgabenstellungen, z.B. zur Schallreduktion im Innenraum von Autos, bewährt.
Schwingungen fast verschwunden
Nach Abschluss der Simulationsphase wurde von den LBF-Wissenschaftlern ein entsprechendes System aufgebaut, das an einer kleinen am Fraunhofer LBF installierten Windkraftanlage getestet wird. Die Gegenüberstellung der Messergebnisse des ungeregelten und geregelten Betriebs zeigte eine deutliche Reduktion bei den untersuchten Drehzahlordnungen. Abhängig von der Anlagendrehzahl werden dabei Reduktionen von bis zu 80 Prozent erreicht.
Die Übertragung dieses Systems auf Klein-Windkraftanlagen ist aus Sicht der Forscher bereits jetzt denkbar. Aber auch eine Übertragung des Regelungskonzeptes auf große Anlagen zur Reduktion getriebeverursachter Schwingungen und Schallabstrahlung ist vorstellbar. Hierzu sind weitere Detailuntersuchungen an einer großen WKA erforderlich, so das Fraunhofer-Institut.
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