Projektstand und Weiterentwicklung

Im Labor wurde die maßstabsgetreue Modellsituation des Blicks auf eine Windenergieanlage aufgebaut, die in Winkeln und Dynamik den realen Anforderungen entsprach. Sie diente insbesondere als Testanordnung für die Implementierung der Tracking- und SNK-Steueralgorithmen. Der resultierende Prototyp des Messsystems wurde auf der CeBIT 2014 demonstriert.

Die Weiterentwicklung für Messungen an realen WEA erforderte zwei Schritte: zuerst die Adaption des Trackingverfahrens an Freilandbedingungen, anschließend die Anpassung von Tracking und Vibrometrie an die Dynamik großer WEA. Im ersten Schritt bot ein Modellaufbau im Freigelände des Fraunhofer IOSB alle Herausforderungen für die Bildverarbeitung, die durch wechselnde Licht- und Hintergrundsituationen bei der Detektion der Rotorbewegung entstehen. Als zweiten Schritt boten Messungen an großen Anlagen im Windpark die Voraussetzungen für die Erweiterung des Trackingverfahrens um geometrische Freiheitsgrade wie die Vorspannung der Rotorblätter gegen den Winddruck oder gegenläufige Biegeschwingungen, die zu Abweichungen der Blattzwischenwinkel führen. Die Vibrometrie wurde anhand der Windparkmessungen für die Makro-Doppler-Verschiebungen weiterentwickelt, welche die hohen Absolutgeschwindigkeiten mit sich bringen, die große Rotorblätter bei gleichen Winkelgeschwindigkeiten gegenüber dem Modellwindrad aufweisen.

Im Rahmen des vom BMWi geförderten Projektes WEADYN (Laufzeit 09.2015 bis 11.2018) konnten mit diesen Entwicklungen erstmals Vibrationen an Rotorblättern großer WEA im laufenden Betrieb mittels Laser-Doppler-Vibrometrie gemessen werden. Zur Ergänzung entstanden Vibrationsdaten von stationären Anlagekomponenten, die z.B. auch Eingang in eine Vergleichsstudie mit seismischen Messungen des KIT fanden.

Das wiederum vom BMWK geförderte Anschlussprojekt WEALyR (Laufzeit 12.2019 bis 06.2023) beschäftigt sich im ersten Teil mit der Optimierung des Messaufbaus anhand der vorliegenden Erfahrungen. Im Vordergrund stehen dabei messtechnisch die Verbesserung der Signal-zu-Rausch-Ausbeute und anwendungsorientiert die Handhabung im Feldeinsatz. Letzteres dient der Vorbereitung des zweiten Projektteils. Dieser zielt auf die Gewinnung einer größeren Vibrationsdatenbasis ab, um auszuloten, welche neuen Erkenntnisse über Eigenschaften von WEA mit dieser Messmethode zugänglich sind.

Zukünftig ist auch eine Nutzung des Verfahrens für Offshore-Anwendungen geplant. Durch eine Erweiterung des Trackings ist es denkbar, zusätzlich zur Rotordrehung auch die Relativbewegungen zwischen Sensorträger (z.B. einem Schiff) und der zu vermessenden WEA zu kompensieren.