IBOW: Entwicklung eines interferometrischen Basismoduls zur eindimensionalen Windmessung für die Anlagensteuerung

• Derzeit werden Windrichtung und -geschwindigkeit an Windenenergieanlagen hinter dem Rotor in einem stark gestörten Windfeld gemessen.
• Für eine vorausschauende Steuerung der Anlage und zur Lastreduktion sind diese Daten nicht aussagekräftig.
• Im Forschungsprojekt IBOW entwickeln die Projektpartner daher ein erweiterbares Basismodul zur Punktmessung der Windgeschwindigkeit vor dem Rotor, dessen Kosten die der herkömmlichen Systeme nicht übersteigen.

Im Bereich der Steuerungssysteme von Windenergieanlagen wird seit vielen Jahren auf die gleichen und altbewährten Sensoren als Eingangskanäle zurückgegriffen: Auf dem Gondeldach werden mit Anemometern und Windfahnen Windrichtung sowie Windgeschwindigkeit gemessen. Da sich die Sensorik hinter dem Rotor befindet, misst sie in einem stark gestörten Windfeld. Für eine herkömmliche Regelung sind diese Signale ausreichend.

Um die im Betrieb der Anlage auftretenden Lasten zu reduzieren oder mittels erweiterter Techniken, wie der individuellen Blattwinkelverstellung (Individual Pitch Control, IPC), den Energieertrag zu steigern, geht die Entwicklung dahin, dass Windenergieanlagen mit prädiktiven Regelungen versehen werden sollen. Dafür muss der Wind vor dem Rotor gemessen werden.

Im Forschungsprojekt IBOW entwickeln die Projektpartner ein interferometrisches Basismodul zur eindimensionalen Windmessung für die Regelung einer Windenergieanlage. Ein effizienter Sensor soll die Windgeschwindigkeit in einem festgelegten Abstand vor dem Rotor der Anlage erfassen und in Echtzeit an die Anlagensteuerung weitergeben. Dadurch werden vorausschauende Regelungskonzepte technisch und wirtschaftlich realisierbar, solange die Kosten der neuen Sensorik die der herkömmlichen Systeme nicht wesentlich überschreiten.

In einem Teilprojekt ist das Fraunhofer IWES für die reibungslose Kommunikation des Basismoduls mit den typischen Schnittstellen (z.B. CAN Bus, Profibus, Ethercat oder Modbus TCP) verantwortlich und führt zur Validierung und Verifizierung des Gesamtsystems Simulationen, Hardware in the Loop (HiL)-Tests im Labor und Messungen an einer realen Windenergieanlage durch. Aufgabe des Fraunhofer IOF ist unter anderem die Entwicklung eines möglichst einfachen und somit kostengünstigen Lasers. Die Hochschule Bremerhaven übernimmt als Projektkoordinator die Zusammenführung aller Teilkomponenten zu einem Gesamtsystem und die Entwicklung des optischen Messkopfes, des analog-elektronischen Frontends sowie die zentrale Steuerung des Basismoduls.