Die Steigerung des Ertrags ist kein gefährliches Abenteuer

Grabräuber oder Abenteurer mit Hut und Peitsche sind wir auch nicht. Aber wir können Ihnen durch ganz pragmatisches und wissenschaftliches Vorgehen helfen, die Rotoren ihrer Windenergieanlagen zu optimieren und den verlorenen Ertrag zurück zu gewinnen.

Im Folgenden werden diese vergleichsweise einfachen Maßnahmen vorgestellt:

Das Auswuchten des Rotors

Millionen PKW-Räder rollen täglich über die Straßen. Sie sind alle ausgewuchtet. Es überrascht, dass dies bei den viel größeren und schwereren Rotoren von Windenergieanlagen kein Standard ist. Laut einer Statistik des BWE besitzt sogar die Mehrzahl aller Windenergieanlagen eine unzulässig hohe Unwucht [1].

Eine Unwucht an einem sehr großen Rotor führt natürlich auch zu großen Problemen. So kann die erhöhte Belastung schon nach wenigen Jahren zu kostspieligen Defekten an Pitchsystemen, Lagern, dem Maschinenträger und weiteren Triebstrangkomponenten führen.

Eine bestimmte Art der Unwucht (die aerodynamische Unwucht) kann außerdem zu mehreren Prozent Ertragsverlust führen.

Daher empfehlen wir, jede Windenergieanlage bei der Inbetriebnahme auszuwuchten. Ungleich verteilte Massen und falsch eingestellte Blattwinkel können so von Anfang an vermieden werden. Außerdem sollte der Wuchtzustand nach größeren Reparaturen an den Rotorblättern überprüft werden.

Das Auswuchten des Rotors ist übrigens mit vergleichsweise geringem Aufwand und Kosten verbunden. Die Folgen einer Rotorunwucht können dagegen schnell einen verlorenen Schatz entsprechen.

Strömungselemente

Die Form von Rotorblättern ist ein Kompromiss zwischen optimaler Aerodynamik und einem Bauteil, welches gut gebaut, transportiert und an einer Windenergieanlage installiert werden kann.

Daher besitzen alle Rotorblätter über etwa ein Drittel ihrer Länge (vom Flansch aus gesehen) eine für die Aerodynamik ungünstige Form. Durch kleine Anbauteile, sogenannte Vortexgeneratoren (siehe Abb. rechts), kann die Aerodynamik in diesem Bereich signifikant verbessert werden. Daher statten viele Hersteller moderne Rotorblätter schon in der Produktion mit Vortexgeneratoren aus.

Vortexgeneratoren verhindern übrigens, dass sich die Luftströmung vom Rotorblatt ablöst. Diese Ablösung würde zu einen Ertragsverlust führen. Stattdessen erzeugen die kleinen gezackten Bauteile Wirbel, einer definierten Größe, so dass sich die Strömung wieder an das Rotorblatt anlegt. Damit dies funktioniert, müssen die Strömungselemente die passende Größe besitzen und an der richtigen Stelle installiert werden.

Um zu überprüfen, ob die Installation von Vortexgeneratoren den Ertrag verbessern kann und wie die Bauteile installiert werden müssen, gibt es ein einfaches, aber effektives Verfahren.

Im Bereich des Flansches wird die Saugseite der drei Rotorblätter einer Windenergieanlage mit Wollfäden präpariert (siehe Abbildung unten).

Ist die Anlage in Betrieb, kann anhand der Ausrichtung der Fäden beurteilt werden, an welcher Stelle der Blattoberfläche die Strömung optimal anliegt. Die Wollfäden liegen dann gerade auf der Achse zwischen Vorder- und Hinterkante des Blattes. Ist die Strömung abgelöst, flattern die Wollfäden oder sie sind stark in Richtung Blattspitze abgelenkt. An dieser Übergangslinie zwischen geraden und abgelenkten Wollfäden werden die Vortexgeneratoren installiert (siehe Abbildung 3).

Durch diese verblüffend einfache Vorgehensweise können die Strömungsverhältnisse für jeden Standort und jedes einzelne Rotorblatt individuell betrachtet werden.

Ertragssteigernde Reparaturen: Erosion

Viele Reparaturen an Rotorblättern müssen durchgeführt werden, um eine weitere Vergrößerung der Schäden zu vermeiden oder weil ein direktes Sicherheitsrisiko besteht. Weniger bekannt ist, dass bestimmte Schäden auch den Ertrag messbar verringern, obwohl die Stabilität des Rotorblattes nicht in Gefahr ist.  

Ein solcher Schaden ist typischerweise die Erosion an der Vorderkante der Rotorblätter. Da die Strömung der Luft sehr empfindlich auf diese raue Oberfläche reagiert, kann die Erosion sogar mehrere Prozent Ertragsverlust verursachen [2]. Daher ist es ratsam, Erosion frühzeitig zu reparieren.

Erosion ist übrigens generell ein bedeutendes Problem für Rotorblätter. Wie stark die Erosion ist, hängt aber sehr von den jeweiligen Standortbedingungen ab. An manchen Orten ist das Problem kaum sichtbar, während bei ungünstiger Lage die Blätter extrem angegriffen werden.

Auch Erosionsschäden können mit überschaubarem Aufwand repariert werden. Das Rotorblatt bleibt dabei natürlich an der Anlage installiert und die Reparatur erfolgt per Seilzugang.

An Standorten mit starker Erosion ist es außerdem empfehlenswert, eine spezielle Erosionsschutzfolie auf der Vorderkante (äußeres Drittel) zu installieren. Diese bietet einen zusätzlichen Schutz. Die Lebensdauer dieser Folie ist jedoch ebenfalls stark vom Einsatzstandort abhängig.

Sie sehen: Die Jagd nach dem verlorenen Ertrag ist nicht aussichtslos. Wie beschrieben gibt es mehrere pragmatische Ansatzpunkte, welche relativ leicht für jede Anlage überprüft werden können.

Unnötig zu erwähnen, dass cp.max langjährige Erfahrung bei der Umsetzung all dieser ertragssteigernden Maßnahmen besitzt …

Sprechen Sie uns an! Wir helfen Ihnen gerne.  

_{* Alle Namen wurden aus Gründen des Datenschutzes geändert.}

_{[1] https://www.windindustrie-in-deutschland.de/fachartikel/auswuchten-von-wea-rotoren-wirtschaftliche-vorteile-und-technische-umsetzung}

_{[2] https://windenergietage.de/2021/wp-content/uploads/sites/6/2021/11/29WT11_F17_1320_KWE_Erosion-am-Rotorblatt_Liersch.pdf}