Windmesse Interview: SSB Wind Systems innovative Messtechnik für Windstärken - BladeVision

Windmesse: Bisher basierte die Einschätzung des Wirkungsgrads einer Windkraftanlage auf der Messung verschiedener Daten, wie zum Beispiel eines Anemometers, das oben auf der Anlage montiert ist. Weshalb sagen Sie, dass diese Verfahren ungenau sind?

Helmut Reinke: Die Daten für die Leistungskurve einer WEA basieren auf dem Anemometer und dem 10-Minuten-Mittel der erzeugten Leistung. Die Windmessung durch das Anemometer berücksichtigt jedoch weder Scherwinde, die Windrichtung, noch die Drehung der Windrichtung, sodass sich auf diese Weise der tatsächliche Wirkungsgrad einer WEA nicht ermittelt lässt.
Die Windfahne ist wie das Anemometer hinter den Rotorblättern auf dem Maschinenhaus montiert und befindet sich somit in einer turbulenten Strömung. Aus diesem Grund müssen die Werte für die Windrichtung über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet werden, um verwertbare Daten zu erhalten. Abgesehen davon, dass die Windfahne nur an einem Punkt im Strömungsfeld der überstrichenen Fläche des Rotors misst, wird sie darüber hinaus durch die Strömungsverhältnisse auf dem Maschinenhaus selbst beeinflusst, wodurch weitere Messfehler entstehen.

Sowohl die Windfahne als auch das Anemometer erfassen nur einen Bruchteil der möglichen Werte zur Bestimmung eines Windfelds und sind somit aus unserer Sicht als Messinstrumente für die Einschätzung des tatsächlichen Wirkungsgrades einer WEA nur wenig geeignet.

Windmesse: SSB Wind Systems hat mit BladeVision eine neue Technologie entwickelt, die die bisherigen Fehlerquellen minimiert. Wie funktioniert das neue Verfahren, das genauere Messdaten liefern soll?

Helmut Reinke: Die Grundlage für BladeVision liefert eine Technologie, die auf Messungen der Verformungen von Rotorblättern in Kombination mit einer hochentwickelten Einheit zur Signalanalyse und Auswertung basiert. In den Rotorblättern einer WEA werden Reflektoren installiert. In jeder Rotorblattwurzel befindet sich eine eigens entwickelte Digitalkamera, die über Infrarotstrahlen die Auslenkung dieser Reflektoren aufzeichnet, wenn der Wind auf die Rotorblätter trifft. Auf diese Weise erfasst das System die Blattverformungen, wobei die aufgezeichneten Signale in Echtzeit über ein Rechnersystem im Maschinenhaus ausgewertet und aufbereitet werden. Mit BladeVision ist somit eine echte Vollfeld-Windmessung möglich. Die Genauigkeit der Windmessung ist dabei, gemittelt über die überstrichene Fläche der Rotorblätter, mit einem auf einer Rotorblattnabe installierten LIDAR vergleichbar. Hierbei werden nicht nur Windrichtung und Windgeschwindigkeit gemessen, sondern auch die Drehung der Windrichtung, vertikale und horizontale Scherwinde, die vertikale Windgeschwindigkeit und Turbulenzen mit einer hohen Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit von bis zu 0,03 Hz. Haben wir vorher z. B. beim Anemometer über ein 10-Minuten-Mittel gesprochen, um verwertbare Daten zu erhalten, sind die Windsignale mit dem neuen System für einen Zeitraum von 15 Sekunden gemittelt. Die Biegemomente werden sogar alle 50 Millisekunden ermittelt. Das Ergebnis: eine sofortige und vollständige Windfeldmessung, auf deren Basis sich wesentlich präzisere Leistungskurven als bisher erstellen lassen.

Windmesse: Leistungsprognosen einer Windkraftanlage basieren u.a. darauf, dass versucht wird, das Wetter für die kommenden Stunden einzuschätzen. BladeVision ersetzt diese Wetterprognosen nicht, soll jedoch genauere Leistungsprognosen möglich machen. Benötigt man trotz BladeVision also auch weiterhin die bisherigen Methoden zur Erfassung verschiedener Messwerte (z. B. LIDAR) oder können diese langfristig gesehen sogar ersetzt werden?

Helmut Reinke: Wie schwer es ist, das Wetter für die kommenden Stunden einzuschätzen, hat ja dieser Sommer mit seinen mitunter stark regional eingegrenzten Unwettern gezeigt. Wie dem auch sei: Die Wettervorhersage für einen WEA-Standort und die Berechnung der elektrisch erzeugten Leistung unter spezifischen Bedingungen sind in der Regel die beiden Faktoren, um eine 24-Stunden-Vorhersage zur erzeugten Energiemenge einer WEA zu treffen. Die Prognosen für den nächsten Tag basieren hingegen zumeist auf numerischen Simulationen. Diese Simulationen werden auf ein Gitter projiziert, dessen Knotenpunkte rund ein bis zwei Kilometer auseinander liegen. Falsche Vorhersagen sind möglicherweise auf solche Verfahren zurückzuführen, denn insbesondere Wetterfronten, die durch ein Vorhersagegebiet ziehen, lassen sich damit nur schwer prognostizieren. Weitere Prognosefehler können sich außerdem aus dem sogenannten Downscaling ergeben, bei dem die vorhergesagte Windrichtung an den erwähnten Knotenpunkten auf den jeweiligen Anlagenstandort übertragen wird. Exakte Aussagen, ob eine WEA die erwartete Leistung erbringt oder ob es Optimierungspotenziale gibt, waren daher bislang kaum möglich. BladeVision wird sicherlich nicht die Wettervorhersagen ersetzen. Unser System stellt aber durchaus bei der Erfassung von Messwerten für die Erstellung von sehr präzisen Leistungskurven eine Alternative zu LIDARs dar. So misst BladeVision mit Blick auf die Leistungskurve sowie zyklischen Lasten bspw. im Vergleich zu einem Swept Beam LIDAR zusätzlich die Drehung des Windes, die vertikale Windgeschwindigkeit und horizontale Schwerwinde.

 

Windmesse: BladeVision übernimmt auch einige Funktionen des Condition Monitoring Systems. Lässt es sich in ein bereits bestehendes System der Anlage integrieren oder laufen beide Systeme dann parallel?

Helmut Reinke: In welcher Form und in welchem Umfang sich BladeVision in ein bereits bestehendes Condition Monitoring System einer Anlage integrieren soll oder als eigenständiges CSM genutzt wird, hängt immer von der Entscheidung des Anlagenbetreibers bzw. WEA-Herstellers ab. Durch den Einsatz von BladeVision können die Lasten, die auf WEA wirken, jedoch reduziert werden. Darüber hinaus ist BladeVision auch ein CMS für die Rotorblätter.

Windmesse: Kann man seine bereits aufgestellte Windkraftanlage mit BladeVision nachrüsten bzw. ist die Technologie herstellerunabhängig verfügbar?

Helmut Reinke: Sowohl bereits errichtete Anlagen als auch neue Anlagen von Herstellern können mit BladeVision ausgerüstet werden. Da unser System nicht in die Anlagentechnologie eingreift, bleibt die Garantie für installierte WEA zudem völlig unberührt. Und noch eins: SSB Wind Systems ist als Anbieter von elektrischen Pitchsystemen bekannt. BladeVision hingegen lässt sich systemübergreifend sowohl in Anlagen mit elektrischen als auch hydraulischen Pitchsystemen einsetzen.

Windmesse: Wann ist das neue System auf dem Markt zu erwarten?

Helmut Reinke: Nach ersten erfolgreichen Feldtests haben wir BladeVision auf der WindEnergy 2014 in Hamburg erstmals öffentlich vorgestellt und damit auch die Markteinführung gestartet.