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Eiserkennungssystem für Windkraftanlagen

Das Eiserkennungssystem für Windkraftanlagen ist eine gemeinschaftliche Entwicklung des Ingenieurbüros für Wärme- und Stoffübertragung und der Heiko Meier Nachrichtentechnik GmbH mit freundlicher Unterstützung der Firma Gantner Instuments Test & Measurement GmbH. Es besteht aus zwei Modulen, einem Sensormodul und einem Steuermodul.


Das Sensormodul enthält Sensoren für Lufttemperatur, relative Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit, Niederschlag und einen Probekörper-Nebelsensor zur Ermittlung des Massenstroms des Eiswachstums. Das Steuermodul errechnet aus den Sensorwerten, ob Wetterbedingungen vorliegen, die zur Eisbildung an der Windkraftanlage führen können. Liegen Wetterbedingungen vor, die zur Eisbildung an der Windkraftanlage führen so schaltet das Eiserkennungssystem die Windkraftanlage ab. Das Eiserkennungssystem berechnet anhand der Daten des Probekörper-Nebelsensors sowie anhand der Daten des Niederschlagsmessgerätes die Wachstumsgeschwindigkeit der Eisschicht. Durch das Abschalten der Windkraftanlage wird die Wachstumsgeschwindigkeit der Eisschicht an den Rotorblättern stark verringert. Wenn keine Wetterbedingungen mehr vorliegen, die zur Eisbildung führen, berechnet das Eiserkennungssystem den Abbau der Eisschicht durch Schmelzen und Sublimation. Ist die Eisschicht an der Windkraftanlage abgebaut, so nimmt das Eiserkennungssystem die Windkraftanlage wieder in Betrieb.
Das Steuermodul dokumentiert die Wetterbedingungen sowie die ausgegebenen Meldungen. Die aufgezeichneten Daten liegen so zur späteren Auswertung vor. Die Daten können über ein Modem mit Telefonanschluss oder Wahlweise über eine Internetverbindung aus dem Steuermodul von der Leitzentrale aus gelesen werden.

Sensoren

Sensoren

Schaltkasten

Durch seine Sensoren ist das Eiserkennungssystem in der Lage, gefrierenden Nebel, den für den Eisansatz relevanten Flüssigwasseranteil des gefrierenden Nebels, Schneefall, Eisregen und Hagel, aber auch den Abbau der Eisschicht durch Schmelzen und Sublimation zu erkennen.

Sensormodul und Steuermodul sind so aufgebaut, dass sie an den Kunden schon fertig zusammengesetzt geliefert werden. Bei der Installation muss das Steuermodul in der Gondel der Windkraftanlage an einer geeigneten Stelle befestigt werden, das Sensormodul wird auf der Gondel an den bestehenden Sensormast montiert. Sämtliche Anschlüsse der Verbindungskabel sind mit genormten Steckverbindungen versehen, wodurch langwierige Installationsarbeiten außerhalb der Gondel in luftiger Höhe vermieden werden. Die Verbindungskabel werden, bereits mit Steckverbindungen geliefert, so dass Lötarbeiten während der Installation in der Gondel ebenfalls vermieden werden.

Eisbildung an Windkraftanlagen

Die Eisbildung an Windkraftanlagen ist ein Problem, dass bei Windkraftanlagen während der Wintermonate auftreten kann. Ursache für den Eisansatz an Windkraftanlagen sind gefrierender Nebel, Eisregen oder Schnee bei Temperaturen oberhalb von 0°C. Innerhalb einer Stunde kann so während des Betriebes der Windkraftanlage eine beachtliche Eisschicht an den Rotorblättern oder am Turm der Windkraftanlage entstehen. Bei Gefrierenden Nebel sind Eisschichtdicken von 30 cm keine Seltenheit. Abbrechende Eisstücke mit einer Masse von einigen Kilogramm können mehrere Hundert Meter weit geschleudert werden. Durch diesen Eisabwurf werden Personen, Gebäude oder der Straßenverkehr gefährdet. Zudem stellt das Gewicht des Eises eine zusätzliche Belastung für die Lager der Windkraftanlage dar, welche wiederum die Lebensdauer der Lager verkürzt.

 

 Literatur

  • Seifert, H; Technical Requirements for Rotor Blades Operating in Cold Climate. DEWI Deutsches Windenergie Institut
  • Seifert, Henry; Richert, Frank: A recipe to estimate aerodynamics and loads on iced rotor
    blades: Paper presented at Boreas IV Conferenz in Enontekiö, Finland, 31.03. to
    02.04.1998.
  • I. Paraschivoiu, F. Saeed; „Aircraft Icing“ ; A Wiley-Interscience Publication; John Wiley&Sons, Inc.
  • Knut Harstveit ; “Using routine meteorological data from airfields to produce a map of ice risk zones in Norway” ; Norwegian Meteorological Institute ; http//:arcticwind.vtt.fi
  • H.-E. Hoffmann, J. Demmel; „Flugzeugvereisung und Taupunktdifferenz bei DLR-Vereisungsflügen“; Oberpfaffenhofen, Februar 1994