Blattwinkelabweichungen an Windenergieanlagen

Die drei Rotorblätter einer Windenergieanlage sollten unter vergleichbaren Betriebsbedingungen möglichst gleich eingestellt sein. Unterschiede der Blattwinkel verändern die aerodynamischen Bedingungen am Rotor und können sich auf Energieertrag und Anlagenbelastung auswirken.

Eine gemessene Blattwinkelabweichung ist zunächst jedoch nur ein Messwert. Entscheidend ist, ob und wie sich diese Abweichung im laufenden Betrieb der Anlage auswirkt.

Wie entstehen Blattwinkelabweichungen?

Unterschiede zwischen den Rotorblättern können verschiedene Ursachen haben. Dazu gehören beispielsweise Abweichungen bei der Einstellung des Pitchsystems, Montage- und Justagetoleranzen oder Veränderungen im Betrieb.

Entscheidend ist der resultierende Unterschied zwischen den Rotorblättern. Bereits kleine Winkelabweichungen verändern die aerodynamischen Kräfte am jeweiligen Blatt.

Eine Blattwinkelmessung ermöglicht deshalb zunächst einen Vergleich der drei Rotorblätter miteinander.

Auswirkungen auf den Energieertrag

Sind die Rotorblätter unterschiedlich eingestellt, arbeiten sie nicht unter identischen aerodynamischen Bedingungen.

Dadurch kann der Rotor vom optimalen Betriebszustand abweichen. Abhängig von Betriebspunkt und Größe der Abweichung können daraus vermeidbare Ertragsverluste entstehen.

Die Kenntnis der Blattwinkelunterschiede schafft damit eine Grundlage, um mögliche Abweichungen vom vorgesehenen Rotorzustand zu erkennen.

Auswirkungen auf die Belastung

Unterschiedliche Blattwinkel führen zu unterschiedlichen aerodynamischen Kräften an den Rotorblättern. Da jedes Blatt den Rotor bei jeder Umdrehung erneut durchläuft, können daraus periodische Anregungen entstehen.

Diese können sich in unterschiedlichen Blattbewegungen sowie in Reaktionen von Turm und Gondel zeigen.

Ähnliche Auswirkungen können allerdings auch andere Abweichungen im Rotor verursachen. Eine gemessene Blattwinkelabweichung sollte deshalb nicht isoliert betrachtet werden.

Blattwinkel im laufenden Betrieb messen

Blattwinkelabweichungen lassen sich während des laufenden Anlagenbetriebs erfassen. Dabei werden die Rotorblätter nacheinander unter vergleichbaren Messbedingungen vermessen und miteinander verglichen.

Auf diese Weise können relative Blattwinkel- beziehungsweise Pitchwinkelunterschiede zwischen den drei Rotorblättern bestimmt werden.

Der Vorteil der Messung im Betrieb liegt darin, dass gleichzeitig beobachtet werden kann, wie sich die Rotorblätter unter realen Betriebsbedingungen verhalten.

Blattwinkel und Blattbewegung gemeinsam betrachten

Die Bewegung und Durchbiegung eines Rotorblatts hängt von den während des Betriebs wirkenden Lasten ab. Werden Blattwinkel und Blattlage gemeinsam erfasst, können Unterschiede zwischen den Rotorblättern miteinander verglichen werden.

Interessant ist dabei insbesondere, ob eine Blattwinkelabweichung mit einer veränderten Blattbewegung einhergeht.

Damit wird aus der reinen Bestimmung eines Winkelunterschieds eine Untersuchung des tatsächlichen Rotorverhaltens.

Reaktionen von Turm und Gondel einbeziehen

Auch die Strukturreaktion der Windenergieanlage kann zusätzliche Informationen liefern.

Werden Turm- oder Gondelbewegungen parallel zur Rotorvermessung erfasst, lässt sich untersuchen, ob Abweichungen im Rotor mit einer messbaren Reaktion der Anlage zusammenhängen.

Vereinfacht ergibt sich:

Blattwinkel → Blattbewegung → Strukturreaktion → technische Bewertung

Damit kann untersucht werden, ob eine festgestellte Abweichung lediglich vorhanden ist oder ob sich gleichzeitig eine Wirkung im Gesamtsystem zeigt.

Nicht jede Blattwinkelabweichung ist gleich relevant

Ein unterschiedlicher Blattwinkel bedeutet nicht automatisch, dass eine Windenergieanlage ein relevantes Betriebsproblem hat.

Für die technische Einordnung ist entscheidend, wie groß die Abweichung ist, unter welchen Betriebsbedingungen sie auftritt und ob gleichzeitig Veränderungen der Blattbewegung oder Strukturreaktion erkennbar sind.

Der Vergleich mehrerer Messgrößen ermöglicht damit eine differenziertere Betrachtung als die alleinige Bestimmung der Blattwinkel.

Vom Messwert zum Anlagenverhalten

Eine dynamische Rotorvermessung kann Blattwinkel, Blattbewegung und Strukturreaktion unter realen Betriebsbedingungen miteinander verbinden.

Rotor LDM erfasst relative Blattwinkelunterschiede aus den einzelnen Blattdurchgängen. Gleichzeitig können Blattlage und Durchbiegung auf die Turmachse referenziert und die Reaktionen von Turm beziehungsweise Gondel betrachtet werden.

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Gern besprechen wir, wie sich Ihre konkrete Messaufgabe mit unserer laserbasierten Messtechnik erfassen und auswerten lässt.