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Energie und Netzqualitätsanalyse
imc-Lösungen für die Prüfung von Windkraftanlagen - an Land, auf See und in der Luft
Welche Herausforderungen stellen die Messungen in Windkraftanlagen an die Messtechnik?
Seit vielen Jahren begleiten wir führende Unternehmen der Energiebranche mit effizienten Messwerkzeugen und schlüsselfertigen Lösungen für Windenergieanlagen, Energie und Netze, sowie bei Komponenten Prüfständen. Vom Entwicklungsstadium bis hin zu Belastungstests an bestehenden Anlagen – imc bietet passgenaue Messtechniklösungen, die auf einer mehr als 25-jährigen Erfahrung in Prototypen-, Komponenten-, Struktur- und Netzqualitätstests basieren.
Welche Herausforderungen haben Messungen in Windmühlen an die Messtechnik?
Der Last-Esel der Energiewende sind Windmühlen und Windparks, die völlig ungeschützt von meteorlogischen Ereignissen wie Kälte, Frost, Betauung in der Natur stehen. Des Weiteren sind Windkraftanlagen hohe Anlagen, die über der restlichen Umgebung herausragen, dass sie häufigen Blitzschlägen ausgesetzt sind. Um hier Langzeitmessungen durchzuführen ist es erforderlich die Messtechnik vor diesen Ereignissen zu schützten.
Ein wichtiger Faktor ist die Frage „wie viel Energie liefert das Windrad bei welcher Wind-Geschwindigkeit?“ Windenergieanlagen werden oftmals mittels optimierter Drehzahlregelkonzepte gefahren, um einen idealen Wirkungsgrad zu erzielen, deshalb sollte die Leistungskurve direkt am Standort vermessen werden. Genauso sieht das mit den mechanischen Lasten aus, die neben den Umwelteinflüssen Auswirkungen auf die Betriebsfestigkeit der Anlage haben.
Um die Akzeptanz von Windenergieanlagen zu erhöhen ist das abgestrahlte Geräusch ein wichtiges Merkmal. Hier kommen die Fragen auf „wie Laut ist die Anlage?“, aber die Lautstärke allein ist es nicht, häufig stören tonhaltige Signale unser Wohlbefinden. Das Messen der Schallemission ist dafür eine wichtige Größe.
Nicht zuletzt ist da noch Frage nach der Netzverträglichkeit der Anlage, „mit welcher Qualität wird die Energie in das bestehende elektrische Netz eingespeist? Freuen Sie sich auf diesen Vortrag, um zu diesen Themen mehr zu erfahren.
Warum imc-Prüflösung für Windkraftanlagen?
Ob Messen oder Überwachen in der Windenergieanlage, ob Messen, Steuern und Regeln an Prüfständen zur Komponentenprüfung - Messdatenerfassung mit imc-Systemen ist produktiv, einfach durchführbar und wirtschaftlich.
Messungen an Windenergieanlagen finden unter schwierigen Umgebungsbedingungen wie Kälte, Hitze, Feuchtigkeit, Kondensation, Vibrationen, elektromagnetischen Störungen und transienten Spannungsspitzen statt und erfordern entsprechend angepasste Messgeräte. Dies gilt insbesondere für Langzeit- und Feldmessungen.
Die robusten imc Messsysteme arbeiten zuverlässig in einem PC-Netzwerk, aber auch unabhängig von einem PC. Dank der Integration aller erforderlichen Komponenten für Signalkonditionierung, AD-Wandlung, Echtzeitberechnung und Datenspeicherung in einem System können die imc-Lösungen völlig autonom in abgelegenen Anlagen eingesetzt werden.
Auch unter rauen Umgebungsbedingungen hat sich die imc-Messtechnik bewährt und arbeitet zuverlässig in den extremen Umgebungen einer Windkraftanlage. Starke Temperaturschwankungen innerhalb kurzer Zeiträume und der weite Temperaturbereich von -40 °C bis +85 °C stellen für imc-Messgeräte kein Problem dar.
Prüfung von Windenergie-Prototypen
Die Vermessung von Windkraftanlagen ist ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung von Prototypen, um sicherzustellen, dass die Leistung und Zuverlässigkeit der Anlagen den Erwartungen entspricht.
Bei der Vermessung von Windturbinen sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen, z. B. die Windverhältnisse am Standort, die Ausrichtung und Höhe der Turbine, die Flügelgeometrie, die Leistung der Generatoren und die Höhe der Stromerzeugung.
Systematische Tests der gesamten Energieübertragungsstrecke von der Nabe bis zum Netz sind bei den Herstellern erforderlich, um Triebstrang, Getriebe und Generator, aber auch Umrichter und Regelkonzepte zu überprüfen, zu verbessern und weiterzuentwickeln. Daneben umfasst die Anlage weitere Hilfsantriebe und Vorrichtungen, etwa zur Positionierung und Ausrichtung der Gondel, die ebenfalls getestet und erprobt werden müssen. Diese Windkraftanlagen Prototypentest unterliegen verschiedenen Normen, die diese erfüllen müssen.
IEC-61400 ist eine Reihe von internationalen Normen, die sich mit der Konstruktion, dem Betrieb und der Wartung von Windkraftanlagen befassen. Die Normen wurden von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) entwickelt und gelten als wichtiger Maßstab für die Windenergiebranche weltweit.
Die Normenreihe IEC-61400 umfasst mehrere Teile, die spezifische Aspekte von WEA abdecken, wie zum Beispiel:
- IEC 61400-1: Konstruktionsanforderungen
- IEC 61400-2: Konstruktionsanforderungen für kleine Turbinen
- IEC 61400-3: Konstruktionsanforderungen für Offshore-Anlagen
- IEC 61400-4: Anforderungen an die Konstruktion von Getrieben
- IEC 61400-5: Konstruktionsanforderungen für Rotorblätter
- IEC 61400-6: Entwurf von Türmen und Fundamenten
- IEC 61400-11: Windenergieanlagen - Schallmessverfahren
- IEC 61400-12: Windenergieanlagen - Leistungsmessung
- IEC 61400-13: Windenergieanlagen - Messung von mechanischen Lasten
- IEC 61400-14: Windenergieanlagen - Schallleistung und Tonhaltigkeit
- IEC 61400-21: Windenergieanlagen - Netzqualität und Netzverträglichkeit
Overview Subpages
Zur Messung des Schallpegels von Windkraftanlagen werden Schallmessverfahren eingesetzt. Der Schallpegel ist ein wichtiger Faktor, der bei der Planung, dem Bau und dem Betrieb von Windkraftanlagen berücksichtigt werden muss, um sicherzustellen, dass die Anlagen die geltenden Schallgrenzwerte einhalten und die Gesundheit und das Wohlbefinden der Anwohner nicht beeinträchtigen.
Zu diesem Zweck gibt es das Schallmessverfahren, bei dem ein menschlicher Prüfer den Schallpegel mit einem Messgerät misst, das in der Nähe der Windkraftanlage aufgestellt wird, einen Windmessmast und Messwerte wie Leistung und Drehzahl der Anlage. Die Messungen werden in Dezibel (dB) ausgedrückt und können in verschiedenen Frequenzbereichen durchgeführt werden, um den Schallpegel in Bezug auf die menschliche Wahrnehmung zu bewerten. Hierfür gibt es das spezielle Messverfahren, die in der Normen IEC 61400-11 festgelegt ist und Messungen im Nahbereich der WEA durchführt.
IEC 61400-12 definiert die Methoden für die Durchführung von Leistungs- und Performance-Tests, einschließlich der Auswahl der Teststandorte, der Messinstrumente und der Verfahren für die Datenanalyse und Dateninterpretation. Die Norm enthält auch spezifische Anweisungen für die Durchführung von Leistungsprüfungen für verschiedene Arten von Windenergieanlagen, einschließlich horizontaler, vertikaler und Offshore-Anlagen.
IEC-61400-12-1 Die Norm beschreibt insbesondere die Anforderungen an die Messung der Windgeschwindigkeit, der Windrichtung, der Luftdichte, der Stromerzeugung und der Betriebsbedingungen von WEA. Sie legt auch die Messunsicherheiten fest, die bei der Messung dieser Parameter zu berücksichtigen sind. IEC-61400-12-1 ist ein wichtiger Standard für die Bewertung der Leistung von Windkraftanlagen und wird weltweit von Regulierungsbehörden, Investoren und Windparkbetreibern verwendet.
IEC 61400-12-2 beschreibt die Methoden zur Messung der Leistungskurve von Windenergieanlagen, einschließlich der Auswahl des Messortes, der Messinstrumente und der Verfahren zur Datenanalyse und Dateninterpretation.
Typische Messpunkte:
- Windgeschwindigkeit und Windrichtung in Nabenhöhe, Lufttemperatur und Luftdruck
- Elektrische Leistung, Rotordrehzahl, Pitch- und Azimutwinkel
IEC 61400-13 beschreibt die Anforderungen für die Messung der aerodynamischen Kräfte, die auf die Rotorblätter der Windkraftanlage wirken, sowie der mechanischen Kräfte, die durch die Rotation des Rotors und andere Bewegungen der Anlage erzeugt werden. Die Norm legt auch Anforderungen für die Überwachung und Bewertung von Vibrationen und anderen Schwingungen fest, die durch die Lasten verursacht werden können.
Die Norm enthält auch Bestimmungen für die Überprüfung der Belastungen von Windkraftanlagen im Betrieb, um sicherzustellen, dass die Anlagen den Belastungen standhalten und sicher betrieben werden können.
Die IEC 61400-13 ist eine wichtige Norm für die Windenergiebranche, da sie dazu beiträgt, dass die Lasten auf Windenergieanlagen auf standardisierte Weise gemessen und bewertet werden. Die Norm wird von Windturbinenherstellern, Windparkbetreibern und Aufsichtsbehörden weltweit verwendet.
Typische Messpunkte:
- Dreh-, Biege- und Stoßmomente in den Rotorblättern
- Torsionsmomente in der Rotorwelle
- Biege- und Torsionsmomente im Turmfuß und Turmkopf
- Elektrische Leistung, Rotordrehzahl, Pitch- und Azimutwinkel
- Windrichtung in Nabenhöhe, Lufttemperatur und Luftdruck
IEC 61400-14 ist Teil der Normenreihe IEC 61400 und beschreibt die Anforderungen an die Messung und Bewertung der Schallleistung und Tonalität von Windenergieanlagen. Die Norm legt die Verfahren zur Messung und Bewertung der Schallemissionen von Windenergieanlagen fest, um sicherzustellen, dass sie die gesetzlichen Anforderungen an den Schallschutz erfüllen. Die Schallleistung und Tonhaltigkeit von Windenergieanlagen sind wichtige Faktoren, die bei der Bewertung des Schalls, der von den Anlagen ausgeht, berücksichtigt werden müssen.
Die Schallleistung bezieht sich auf die Gesamtmenge an Schall, die von einer Windenergieanlagen abgegeben wird, und wird üblicherweise in Dezibel (dB) ausgedrückt. Die Schallleistung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der Größe der Anlage, der Rotordrehzahl und der Windgeschwindigkeit.
Die Tonhaltigkeit von Windenergieanlagen bezieht sich auf den Klangcharakter des Schalls und wird oft als "tonaler Anteil" bezeichnet. Tonhaltigkeit tritt auf, wenn die WEA bei bestimmten Drehzahlen oder Windgeschwindigkeiten Schall erzeugen, der aus einer einzelnen Frequenz oder einer Reihe von Frequenzen besteht. Dies kann als ein summendes oder brummendes Geräusch wahrgenommen werden und kann für Anwohner besonders störend sein.
Die ISO 61400-14 ist eine wichtige Norm für die Windenergiebranche, da sie dazu beiträgt, dass die Schallemissionen von Windenergieanlagen auf standardisierte Weise gemessen und bewertet werden. Die Norm wird von Windturbinenherstellern, Windparkbetreibern und Aufsichtsbehörden weltweit verwendet.
ISO 61400-21 spezifiziert die Anforderungen für den Betrieb von Windenergieanlagen unter verschiedenen Netzbedingungen, wie Schwankungen der Netzspannung oder Störungen im Stromnetz. Die Norm beschreibt auch Anforderungen an die Steuerung der Turbinen, um eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten.
Zu den Komponenten einer Windkraftanlage gehören Rotorblätter, Gondel, Getriebe, Generator, Turm und Pitchsystem.
Die Rotorblätter sind eine der wichtigsten Komponenten einer Windkraftanlage, da sie dazu beitragen, die Windenergie mithilfe der aerodynamischen Kraft in Strom umzuwandeln.
Die Gondel besteht aus Komponenten, die die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umwandeln.
Das Getriebe dient dazu, die Geschwindigkeit von der langsam laufenden Hauptwelle auf die schnell laufende Welle zu erhöhen, die über eine Bremse mit einem elektrischen Generator verbunden ist.
Der Generator der Windkraftanlage wandelt die mechanische Energie in elektrische Energie um.
Erfahren Sie mehr über die Funktionsweise einer Windkraftanlage
Windkraftanlagen sind hohe Anlagen, die oft so positioniert sind, dass sie häufigen Blitzeinschlägen ausgesetzt sind. Ziel der imc Blitzschutzmodule ist es, das Risiko der Zerstörung oder die Möglichkeit der Beschädigung des Messsystems durch einen Blitzeinschlag zu minimieren.
Erfahren Sie mehr über Blitz- und Überspannungsschutz für Windkraftanlagen
Die Wetterstation ist eine Kombination aus verschiedenen meteorologischen Sensoren auf kleinstem Raum. Mit der imc STUDIO 3PDI Schnittstelle oder dem MOD-Bus Interface werden alle wichtigen Parameter erfasst und in imc STUDIO angezeigt. Eine aufwändige mechanische Installation der einzelnen Sensoren ist nicht notwendig.
Erfahren Sie mehr über Wetterstationen
