Wo Wind stetig oder zumindest ununterbrochen immer neu gegen einen Windturbinenrotor anbrandet, kann er Komponenten oder Baukörper wie den Rotor im ungünstigsten Fall sogar zum Aufschwingen bringen. Rotorblätter oder Türme verbiegen sich dann. Und sie tun es extrem, wenn der Wind zu Schwingungen in der den Turbinenbereichen zugehörigen typischen Eigenfrequenz führt. Ein Turm kann sich sogar S-förmig verbiegen oder in sich verdrehen. Die Windturbinenentwickler arbeiten dagegen: mit dem gezielten Abregeln oder aus dem Wind Drehen oder gar mittels in der Anlage montierten Schwingungstilgers, der aufgrund seiner Masseträgheit der Schwingung entgegenpendelt und sie bremst. Mit zunehmenden Rotorgrößen kommen auch Böen als Herausforderung dazu, weil diese im großen Rotorkreis nicht mehr zentral auf die Anlage treffen, sondern häufig weiter außen. Dann verbiegt sich die Anlage auch. Das Problem für die Bauwerke: Das Material ermüdet, wird schneller rissig, instabil, verliert an sogenannter Lebensdauer.
Großwindfelder zeichnen
Rotorgrößen an Land wie auf See erreichen inzwischen Durchmesser nicht mehr weit unterhalb beziehungsweise schon über 200 Meter und erhöhen die Wirkung. Offenbar erreichen die Turbinen nun Lastbereiche, die mit aktueller Turbinenauslegung und Steuerungstechnik bald nicht mehr ausreichend gegenhalten könnten. Forscher des in Oldenburg beheimateten Windkraftforschungszentrums Forwind der Universitäten Oldenburg, Bremen und Hannover haben sich daher ihre bisherigen Ingenieursmodelle zum digitalen Durchrechnen des Windfelds zur Hand genommen, die einige hundert nach üblichen Normen wie der IEC definierte Lastfälle vereinfacht beschreiben. Die Forwind-Forscher bestimmten Windfeldeigenschaften aus Messungen im Feld, um die Simulationen aufzubauen. Dann haben sie in hochaufgelösten Simulationen die jeweiligen Druckpunkte von im Rotorkreis auftretenden Böen abgebildet. Diese Eigenschaften wurden aus Messungen im Feld bestimmt. Die Windfelder wurden durch Forwind und dessen zwei Projektpartner in verschiedenem Detailgrad simuliert. Center of Wind Pressure nennen die Forscher das Böen-Druckpunkt-Phänomen, wie Forwind-Forschungskoordinator Hendrik Heisselmann erklärt.
Projektpartner waren das Maschinen- und Anlagenbauinstitut ICM in Chemnitz mit einer Software fürs Anlagendesign und Windturbinenbauer Nordex. Der prüfte die Auslegungen der Anlagendesigns, die den Schwingungen auch künftig widerstehen sollen – und, wie Schwingungen in den neu erforschten Windfeldern weiter wegzuregeln sind. Ausgeprägte Fälle wende man nun „industriell“ an, teilt Nordex mit. (tw)
