Wölfel Wind Systems – Structural Health Monitoring, Eiserkennung, Tilger für Tonalitäten und Schwingungen

Von Eiserkennung über Reduktion von Tonalitäten bis hin zu Structural Health Monitoring (SHM) an Blatt, Turm oder Fundament – im Bereich Windenergie bieten wir professionelle Dienstleistungen und Systemlösungen zur Ertragssteigerung, zur Verlängerung der Lebensdauer und zur Optimierung von Inspektionen.

Wir sind Experten für Schwingungen und Signalanalyse, geben Auskunft über Strukturschäden und die damit verbundene Lebensdauer Ihrer WEA, überwachen Materialermüdung und helfen Ihnen, gesetzliche Auflagen im Bereich der Schallemission zu erfüllen.

Starke Schwingungen beschleunigen die Materialermüdung und das Risiko für Schäden wie beispielsweise Risse in den Rotorblättern steigt deutlich. Kommen WEA ins Schwingen, können außerdem einzelne Frequenzen im Grundrauschen der Anlage hörbar werden – man spricht von Tonhaltigkeiten. Da diese für das menschliche Empfinden besonders unangenehm sind, führen sie in der Regel zu Zuschlägen bei der Bewertung der Schallemission. Die Anlagen dürfen häufig nur noch im schallreduzierten Betrieb laufen.

Schwingungen können also gleich auf mehrere Arten zusätzliche Kosten verursachen und zu Ertragsverlusten führen. Sie können in der Regel zwar nicht vollständig vermieden, aber deutlich reduziert werden. Es gibt verschiedene Methoden der Schwingungsminderung, darunter passive und aktive Tilger. Als Experten für Schwingungen und Akustik verfügen wir über umfangreiche Erfahrungen in diesem Bereich und haben uns mit unserem fundierten Wissen über Strukturmechanik und Dynamik auf das Lösen von Schwingungsproblemen spezialisiert.

Schwingungen zu vermindern und extreme Lasten so zu vermeiden ist insbesondere im Hinblick auf einen möglichen Weiterbetrieb nach Ablauf der Design-Lebensdauer essenziell. Durch den Einsatz von Structural Health Monitoring-Systemen (SHM) kann die Restlebensdauer auf Basis der real aufgetretenen Ermüdungslasten berechnet, das Design-Modell optimiert und so fundiert über den Weiterbetrieb entschieden werden.

Nur wenn man die einzelnen Komponenten der Windenergieanlage sowie Lasten und Beanspruchungen genau kennt, kann man bei Abweichungen und entstehenden Schäden schnell reagieren und wirkungsvolle Gegenmaßnahmen einleiten. Daher erfassen Structural Health Monitoring-Systeme (SHM) große Mengen an Daten, darunter insbesondere strukturmechanische Kenngrößen wie Beschleunigung, Weg und Dehnung. Die entscheidende Aufgabe ist allerdings die Auswertung und Interpretation dieser Messdaten.

Wir entwickeln seit mehr als 40 Jahren intelligente Algorithmen zur Signalanalyse und beziehen in die Auswertung zusätzlich Betriebs- und Umgebungsbedingungen ein. Das bezeichnen wir als Structural Intelligence. Das Ergebnis ist eine detaillierte Kenntnis des Zustands der Struktur. Auf dieser Basis können Diagnosen gestellt, Risiken kalkuliert, Prognosen getroffen und eindeutige Handlungsempfehlungen abgeleitet werden.

Wir bieten aber nicht nur Tools zur Analyse. Von Planung und Konzeption eines SHM-Systems über Installation und Inbetriebnahme bis hin zur Aufbereitung und Visualisierung der erhobenen Daten erhalten Sie alles aus einer Hand.

Höhere und stetigere Windgeschwindigkeiten als an Land machen das Meer zu einem attraktiven Standort für Windparks. Gleichzeitig sind die Windenergieanlagen dort aber auch extremen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Starker Wellengang und hohe Windgeschwindigkeiten führen zu hohen dynamischen Lasten. Daraus ergeben sich sowohl bei der Errichtung als auch im laufenden Betrieb erhöhte Anforderungen.

Die Investitionskosten für Offshore-WEA sind in der Regel höher als für Anlagen an Land. Im Hinblick auf eine schnelle Amortisation ist ein effizienter und störungsfreier Betrieb daher essenziell. Mittels Structural Health Monitoring (SHM) können Schäden frühzeitig erkannt und Ausfallzeiten minimiert beziehungsweise sogar ganz vermieden werden.

Durch SHM kann außerdem die Anzahl der in der Regel teuren, risikoreichen und witterungsabhängigen Sichtprüfungen (Wiederkehrende Prüfungen) auf das vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) empfohlene Minimum reduziert werden. Inspektionen werden im Idealfall nicht mehr periodisch, sondern risikobasiert durchgeführt. Fehler mit hohem Ausfall- oder Schadensrisiko werden erkannt und priorisiert, Kontrollen können gezielt und vorausschauend geplant werden

Die zur Verfügung stehende Fläche für Onshore-Windenergieanlagen ist begrenzt. Daher müssen immer mehr dicht besiedelte oder schwer zugängliche Gebiete erschlossen werden. Damit geht eine Vielzahl von Genehmigungsauflagen einher, unter anderem hinsichtlich Schallemission, Eisabwurf und seismologischer Stationen.

Entsprechend dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) müssen Windenergieanlagen mit einer Gesamthöhe von mehr als 50 Metern genehmigt werden. Hierzu muss unter Anderem im Vorhinein eine Immissionsprognose vorgelegt und nach Inbetriebnahme eine Nachweismessung durchgeführt werden. Auch Tonalitäten können zu einem Überschreiten der Genehmigungsgrenzwerte führen. Mit Hilfe von aktiver Schwingungsminderung können die Anlagen allerdings trotzdem ohne Ertragsverluste weiterbetrieben werden.

An sogenannten „Cold-Climate“-Standorten kommt das erhöhte Risiko für Eisabwurf hinzu. Um das Umfeld davor zu schützen, müssen WEA bei vorliegender Rotorblattvereisung angehalten werden. Spezielle Eiserkennungs-Systeme übernehmen sowohl das Stoppen als auch das Wiederanlaufen der Anlage automatisch. 

Die von Windenergieanlagen ausgehenden Schwingungen können außerdem die Messergebnisse seismologischer Stationen beeinflussen. Daher ist in einem Umkreis von zehn Kilometern in Nordrhein-Westfalen der Geologische Dienst in Planungs- und Genehmigungsverfahren einzubeziehen. Um seismische Emissionen von WEA zu mindern, kann beispielsweise ein passiver Schwingungstilger eingesetzt werden. Je nach Frequenzen und Amplituden kann bereits mit geringen Tilgermassen eine deutliche Schwingungsreduktion erreicht werden.