Winkelmessung an Rotorblättern mittels Laser

Messung der Rotorblattwinkel an der Windkraftanlage - Prüfung durch Lasermess-System „Romeg“

Eine fehlerhafte Einstellung der Rotorblattwinkel verursacht die aerodynamische Unwucht des Rotors. Dadurch erhöhen sich die Schwingungen der gesamten Windkraftanlage und die Belastungen an Rotor, Triebstrang, Turm und Fundament werden verstärkt. Folgen dieser erhöhten Belastung: verringerte Lebensdauer und vermehrte Schäden und Ausfallzeiten!
Gemäß [1] „Richtlinie für die Zertifizierung von Windenergieanlagen“ vom GL beträgt der zulässige Grenzwert für die Abweichung der relativen Rotorblattwinkel 0,6°.
Während der Montage der Rotorblätter werden die Rotorblattwinkel in der Regel entsprechend der Markierungen montiert, die bereits in der Fertigung angebracht werden.
Diese Markierungen können jedoch innerhalb von Toleranzgrenzen abweichen. So wird die Einhaltung der Grenzwerte bei Inbetriebnahme und anschließend im Betrieb der Anlagen normalerweise nicht überprüft.
Die Sensorik der Anlage bemerkt Abweichungen in den Rotorblättern erst, wenn die Grenzwerte deutlich überschritten werden und dadurch das Schwingungsniveau der Windenergieanlage erheblich erhöht ist. 

Mit dem Lasermess-System „Romeg“ können solche Fehler erkannt und abgestellt werden.

Statistische Auswertungen

Im [2] Whitepaper „Auswuchten von WEA-Rotoren“ vom 10/2019 (Herausgeber BWE e.V.) wurden statistische Auswertungen von Rotorblattwinkelmessungen an WEA veröffentlicht:

  • Ein Großteil der Anlagen haben abweichende Rotorblattwinkel größer als 0,6°

Die [3] Auswertungen der Firma Windcomp GmbH (Entwickler des Lasermess-Systems „Romeg“) von Rotorblattwinkelmessungen an WEA ergaben:

  • Ein Großteil der Anlagen haben abweichende Rotorblattwinkel größer als 0,6°

Eine Auswertung der 8.2 Ingenieurpartnerschaft Kesenheimer & Loos von durchgeführten Messungen der relativen Rotorblattwinkel an Windenergieanlagen ergab:

  •  10% der Anlagen haben abweichende Rotorblattwinkel größer als 0,6°

Beispielhafte Messergebnisse:

Geringe Abweichung der relativen Rotorblattwinkel
Die einzelnen Rotorblattprofile befinden sich auf derselben Linie, d.h. die Rotorblattwinkel sind nahezu identisch.
Die Turmschwingung in Abhängigkeit der Rotorblattdurchgänge ist gering.
  •  Ergebnis: kein Handlungsbedarf
Die einzelnen Rotorblattprofile fächern sich auf, d.h. die Rotorblattwinkel weichen voneinander ab.
Die gesamte Anlage wird in erhöhte Schwingung versetzt. Dies zeigt sich in der deutlichen Turmschwingung in Abhängigkeit der Rotorblattdurchgänge.
  • Ergebnis: Handlungsbedarf vorhanden. Die Rotorblattwinkel sind zu korrigieren.

Bestimmung der Rotorblattwinkel mittels Lasermess-System „Romeg“

Das Lasermess-System „Romeg“ wurde von der Firma Windcomp GmbH entwickelt. Die Eignung als Messsystem für die Bestimmung der Rotorblattwinkel wurde von der DEWI-OCC GmbH bescheinigt (siehe [4]).

Das Mess-System beruht auf einer hochfrequenten, laserbasierten Entfernungsmessung.
Bei der Messung werden im Betrieb die druckseitigen Profile der drei Rotorblätter an zwei Radien gescannt. Aus dem Vergleich der Profile erhält man die relativen Rotorblattwinkeldifferenzen. Zusätzlich wird die Turmschwingung in axialer Richtung aufgezeichnet.

Voraussetzungen für die Messung:

  • freie Sicht aus Windrichtung,
  • freie Sicht aus einer Entfernung von ca. 1,0 bis 1,5-facher Nabenhöhe und
  • die Anlage befindet sich im Betrieb.
Bei der Prüfung vor Ort werden an jeder zu vermessenden Windenergieanlage mindestens zwei voneinander unabhängige Messungen durchgeführt.
Die Messergebnisse werden dann direkt auf Plausibilität geprüft.

Vorteile des Lasermess-Systems „Romeg“

  • Messung erfolgt im Betrieb unter realen Bedingungen;
  • keine Ertragsverluste / keine Stillstandzeiten während der Messung.
  • Messergebnisse sind direkt im Anschluss an die Messung verfügbar;
  • Plausibilisierung der Messergebnisse vor Ort;
  • direktes Einstellen der Rotorblattwinkel mit anschließender Validierung ist möglich - unter Mitwirkung eines Serviceteams mit den notwendigen Befähigungen.

8.2 Kontaktdaten

8.2 Ingenieurpartnerschaft Kesenheimer & Loos │ Celsiusweg 15 │ 22761 Hamburg
Dipl.-Ing. Jens Kesenheimer │ mail: jens.kesenheimer@8p2.de
Dipl.-Ing. Volker Loos │ mail: volker.loos@8p2.de

Quellenverzeichnis

 [1]       „Richtlinie für die Zertifizierung von Windenergieanlagen, Edition 2010“; Herausgeber Germanischer Lloyd Industrial Services GmbH; 2010
 [2]       Whitepaper „Auswuchten von WEA-Rotoren“; Herausgeber Bundesverband WindEnergie e.V.; 10/2019
 [3]     Auswertung Messdaten von mehr als 2000 WEA; Herausgeber Windcomp GmbH; 05/2021
          Download unter: https://www.windcomp.com/deutsch-1/romeg/
 [4]     „S13003028-4-en, Rev.0, Plausibility analysis of measurement system ROMEG-M20 G“; Herausgeber UL/DEWI-OCC; 10/10/2019
          Download unter: https://www.windcomp.com/deutsch-1/downloads/