Windturbinen nutzen zur Stromerzeugung die Kraft des Windes. Das macht sie zu einer wichtigen Quelle für erneuerbare Energien weltweit, weshalb auch der effiziente Betrieb dieser komplexen Maschinen unerlässlich ist. Denn damit lässt sich die maximale Energieerzeugung und Langlebigkeit der Anlagen sicherstellen. Ein kritischer Aspekt, der ihre Leistung beeinflusst, sind der Pitchwinkelabweichungen zwischen den Rotorblättern. Die genaue Messung der Pitchwinkeldifferenzen  ist entscheidend, um die Effizienz der Anlage aufrechtzuerhalten und Wartungskosten zu minimieren.

In diesem Blogbeitrag befassen wir uns mit den Vor- und Nachteilen verschiedener Messmethoden für relative Pitchwinkel bei Windkraftanlagen.

Es gibt verschiedene Methoden zur Bestimmung der relativen und/oder absoluten Pitchwinkel am Markt.

Am häufigsten findet man:

• Sensorik direkt auf der Rotorblattoberfläche (wie :ALIGN)
• Laservermessung
• Fotogrammetrie
• Sensorik im Inneren des Blattes

Diese technischen Methoden unterscheiden sich grundsätzlich in ihrem Ansatz und somit auch in der Genauigkeit. Welche weiteren Vor- und Nachteile sich aus den verschiedenen Ansätzen ergeben, wird nachfolgend näher beleuchtet.

Ob es sich um ein kontinuierlich überwachendes Messsystem, ein temporär eingesetztes System, ein bodengestütztes System oder ein System mit Zugang zur Windkraftanlage handelt, jedes bietet unterschiedliche Möglichkeiten zur Messung der relativen Pitchwinkel sowie Bestimmung der Pitchwinkelabweichungen und hat unterschiedliche Vor- und Nachteile

Beim ON-BLADE-Sensorsystem werden die Sensoren direkt an der Rotorblattoberfläche angebracht. Von dort aus werden die Pitchwinkeldifferenzen auf Basis von Inertialdaten gemessen. Nach der Installation wird kein manueller Eingriff vor Ort mehr benötigt.

 

Vorteile

• kontinuierliche Messung & automatische Warnmeldung
• Ergebnisse werden kontinuierlich aktualisiert
• historische Daten sind im Dashboard ersichtlich
• standort- und witterungsunabhängige Messmethode
• an jeder Windenergieanlage in jedem Lebenszyklus möglich
• relative Pitchwinkelabweichungen werden über die Rotationsfrequenzen dargestellt
• Messgenauigkeit von ±0.3°
• Vergleich mit SCADA-Daten möglich

 

Nachteile

• höhere Anschaffungskosten

Laserbasierte nutzen die Lasertechnologie zur Messung von Pitchwinkelabweichungen. Während sich die Windturbine dreht, misst ein Laserstrahl die Abstände zu jeder Blattoberfläche bei bestimmten Rotorblattradien. Die Pitch-Winkelabweichungen werden durch den Vergleich der Abstandsmessungen berechnet.

 

Vorteile:

• für verschiedene Typen von Windenergieanlagen geeignet
• für periodische Kontrollen geeignet

 

Nachteile

• „einmalige“ Messung während eines bestimmten Betriebszustandes der Windenergieanlage
• auf Messungen im Nahbereich begrenzt
• witterungsabhängige Messung (nicht bei starkem Nebel, Schnee oder Eisschicht am Rotorblatt möglich)
• Genauigkeit abhängig von Geometrie, Schwingungsverhalten und Windgeschwindigkeit

Fotogrammetrie, auch Photogrammetrie oder Bildmessung genannt, kann zur Messung der Pitchwinkelabweichungen einer Windenergieanlage eingesetzt werden. Bei dieser Messmethode werden Bilder oder Fotos der Rotorblätter aus verschiedenen Blickwinkeln angefertigt und diese anschließend analysiert.

 

Vorteile:

• standortunabhängige Messmethode, kann auch an Waldstandorten eingesetzt werden

 

Nachteile

• „einmalige“ Messung während eines bestimmten Betriebszustandes der Windenergieanalge
• Pitchwinkelabweichungen werden nicht über die Rotationsfrequenz dargestellt
• Treffen qualitativer Aussagen wegen Ungenauigkeit schwierig
• Umweltfaktoren spielen eine Rolle – die Photogrammetrie kann empfindlich auf
• Umweltbedingungen wie Nebel, Regen oder schlechte Beleuchtung reagieren. Schlechtes Wetter kann die Datenerfassung und Genauigkeit beeinträchtigen.

Die meisten herkömmlichen CMS-Systeme, die im Inneren des Blattes installiert werden, können zur groben Detektion von Rotorunwucht genutzt werden.

Vorteile:

• kontinuierliche Messung & automatische Warnmeldung
• Messung mithilfe von Beschleunigungssensoren

 

Nachteile:

• nur Indikatordetektion
• benötigt nach Überschreiben der Alarm- oder Warnschwelle des CMS-Systems nachfolgend eine bodenbasierte Blattvermessung. Erst mit den Ergebnissen daraus kann eine Aussage über die Größe der relevanten Pitchwinkelfehler getroffen werden.

Die genaue Messung der relativen Pitchwinkel ist für den optimalen Betrieb einer Windenergieanlage unerlässlich. Jede Messmethode hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Die Wahl hängt von verschiedenen Faktoren wie Budget, Anforderungen an die Genauigkeit und Umweltbedingungen ab. Während bodenbasierte Messungen für gelegentliche Überprüfungen kosteneffizient sein können, ermöglichen modernere Technologien wie die ON BLADE-Sensoren, die direkt an den Rotorblättern angebracht werden, eine genaue und kontinuierliche Überwachung der Rotorblätter.

Damit können Sie erste Anomalien im Betriebsverhalten frühzeitig erkennen. Zudem beugen Sie Schäden und daraus resultierenden Folgekosten vor und verlängern damit die Lebensdauer Ihrer Windenergieanlage.

Im sich ständig weiterentwickelnden Bereich der erneuerbaren Energien sollte die Wahl der Messmethode mit den Zielen der Maximierung der Energieerzeugung, der Verringerung von Ausfallzeiten und der Gewährleistung eines nachhaltigen Betriebs im Einklang stehen. Letztendlich kann eine Kombination dieser Methoden der effektivste Ansatz sein, um die optimale Leistung aufrechtzuerhalten und die Lebensdauer Ihrer Anlage zu verlängern.