So werden Windräder vor Böen geschützt - Forschung von Prof. David Schlipf
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16:42 19.11.2018
Eine neue Technik könnte helfen, mögliche Schäden durch Windböen an den Windkraftanlagen zu verringern. Quelle: Patrick Pleul/dpa (Symbolfoto)
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Flensburg

Bei kräftigen Windböen sind Windräder starken Belastungen ausgesetzt. Eine neue Technik könnte helfen, mögliche Schäden an den Anlagen zu verringern. „Wenn eine Windböe sich nähert, können die Rotorblätter rechtzeitig aus dem Wind gedreht werden, um die Belastung der Anlage zu reduzieren“, sagte Prof. David Schlipf von der Hochschule Flensburg.

Die Rotoren „ducken sich quasi weg, wenn die Böe durch die Anlage rauscht“. Der Wissenschaftler forscht und lehrt seit diesem Semester am Windenergie-Institut. Durch die von ihm entwickelten Technik sollen die Anlagen Böen bereits im Anflug erkennen.

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Pionierarbeit bei der Regelung von Windenergieanlagen

„Jede Innovation, die den Anlagenbetrieb effizienter und die Stromproduktion gleichmäßiger werden lässt, hilft uns dabei, die Energiewende erfolgreicher zu gestalten. Wenn die Entwicklung aus Flensburg hierzu einen Beitrag leistet, wird sie sicher schnell in die Anwendung kommen“, ist der Geschäftsführer im Bundesverband Windenergie, Wolfram Axthelm, überzeugt.

Dieses Beispiel zeige, „wie wichtig es ist, dass sich Forschung und Lehre konzentriert den Herausforderung der Energiewende zuwenden“. Deutschland werde sich bald allein auf die fluktuierende Wind- und Solarenergie stützen. „Neben der Erzeugung wird daher das Management der Energiewirtschaft künftig essentiell sein, um Versorgungssicherheit herzustellen.“ Nach Einschätzung der Hochschule hat Prof. Schlipf Pionierarbeit bei der Regelung von Windenergieanlagen geleistet.

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„Wind ist nicht nur etwas, das man mit einer Windkraftanlage ernten will. Es ist auch etwas, das sich immer wieder stark ändert, auf das man sich immer wieder neu einstellen muss“, sagte Schlipf. Bislang registrierten die Anlagen nur den Wind, der direkt auf sie einwirke. Wenn eine starke Böe komme, rotiere der Rotor schneller. „Die Anlage kann dann die Rotorblätter aus dem Wind nehmen.“ Dadurch werde die Belastung reduziert und die Anlagen liefen wieder ruhiger.

So verursachen Windböen weniger Schaden

„Wenn man den Wind vorhersagen kann, kann man die Blätter schon vorzeitig in die richtige Position bringen. Und dann kann eine Windböe einfach durch die Anlage hindurch gehen, ohne viel Schaden zu verursachen“, sagte Schlipf. Das sei wie beim Fahrradfahren: „Wenn man die Augen offen hat, sieht man Hindernisse, und kann gemütlich um sie herum fahren. Sind die Augen geschlossen, fährt man auf das Hindernis drauf.“

„Deshalb macht es Sinn, der Anlage das Sehen beizubringen“, sagte der Forscher. Wind ist aber unsichtbar. „Man sieht nur die Effekte, die er verursacht.“ Deshalb greift er bei seiner Technik auf die winzig kleinen, festen oder flüssigen Schwebeteilchen in der Luft zurück, die sogenannten Aerosole. Das können Feinstaub von einer Autobahn sein oder Salzkristalle aus dem Meer.

Schlipf nutzt ein sogenanntes Lidar-Messgerät. „Das funktioniert wie eine Art Radar, aber mit Licht“, sagte er. „Man sendet Laser-Pulse aus, die von den Aerosolen reflektiert werden.“ War das erste von ihm entwickelte Messgerät noch so groß wie ein Kühlschrank und wog etwa 100 Kilogramm, ist es mittlerweile nur noch halb so groß und wiegt nur noch um die 20 Kilo. Es wird oben auf dem Dach der Gondel montiert und kann Distanzen von bis 300 Meter erfassen.

5 Sekunden für den Sicherheitsmodus

Die zur Verfügung stehende Reaktionszeit ist abhängig von der Windgeschwindigkeit. Bei 100 Metern Sichtweite und einer Geschwindigkeit von 20 Metern pro Sekunde wären das fünf Sekunden. „Das reicht“, sagte Schlipf. In dieser Zeit könnten selbst riesige Rotorblätter aus dem Wind gedreht und die Anlage in eine Art Sicherheitsmodus geschaltet werden.

Doch nicht nur bei extremen Wetter sei das „Auge“ sinnvoll. Die Räder können sich bei Normalbetrieb mit höherer Leistung drehen, weil die Anlagen registrieren, woher der Wind weht. Der Wissenschaftler geht trotz fehlender Langzeiterfahrungen davon aus, dass sich die Laufzeit der Windräder dadurch verlängern lässt, die Anlagen nicht 20, sondern 25 Jahre lang betrieben werden könnten. „Was wirtschaftlich nutzbar ist, wird zurzeit von Turbinenherstellern untersucht.“

Schlipf denkt bereits an Offshore-Anlagen auf schwimmenden Plattformen, die sich nicht nur unter einer Windböe wegducken, sondern auch den Wellen ausweichen. „Wenn man neben dem Wind auch die Wellen vorhersagen kann, kann dies bewirken, dass die Anlage ruhiger schwimmt.“ Denkbar sei dies mit Hilfe von Ballasttanks oder riesigen Unterwasser-Paddel.

Von Wolfgang Runge/dpa