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Zwei neue große Projekte aus dem Bereich der Windenergieforschung

Von der Schallentstehung über die Schallausbreitung zur psychoakustischen Bewertung: WEA-Akzeptanz

Die beiden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Verbundforschungsvorhaben „Von der Schallquelle zur psycho-akustischen Bewertung (WEA-Akzeptanz)“ und „Multivariates Schadensmonitoring von Rotorblättern (MultiMonitorRB)“ sind vor kurzem gestartet.

 

 

Von der Schallquelle zur psycho-akustischen Bewertung (WEA-Akzeptanz)

Im Laufe der letzten Jahre hat sich die Windenergie als zentrale Säule der Energiewende etabliert. Neben großen Offshore-Windparks wird auch der Ausbau der Windenergie an Land forciert. In der Nähe von besiedelten Gebieten kann es allerdings passieren, dass die durch die Windenergieanlagen entstehenden Geräuschemissionen zur akuten Störungen der Anwohner führen. Um diese Situationen zu minimieren, ist es notwendig, das konkrete Schallprofil einer Anlage bereits vor deren Errichtung voraussagen und einschätzen zu können.

Neben den Emissionen, die aufgrund von aeroakustischen Phänomenen am Rotorblatt entstehen, gibt es mehrere Geräuschquellen, die Einzeltöne aufgrund von rotierenden Bauteilen abgeben. Zusammen mit Alterung oder herstellungsbedingten Abweichungen entsteht für jede einzelne Windenergieanlage ein individueller „Sound-Footprint“. Diese unmittelbar an der Windenergieanlage emittierten Geräusche werden dann durch Topografie und atmosphärische Bedingungen verändert, bevor Sie schließlich den unmittelbar betroffenen Anwohner erreichen. Dieser wiederum nimmt den „Sound-Footprint“ subjektiv und stark emotional war. In aktuellen Grenzwerten werden diese mannigfaltigen Einflüsse nur unzureichend berücksichtigt.

Die Institute für Statik und Dynamik (ISD), Kommunikationstechnik (IKT) sowie Meteorologie und Klimatologie (IMUK) der Leibniz Universität Hannover sowie der Anlagenhersteller SENVION haben es sich deshalb zum Ziel gesetzt, die Geräuschwirkung beim Anwohner durch die Entwicklung eines akustischen Gesamtmodells zu objektivieren und vorhersagbar zu machen. Durch Berücksichtigung von Schallentstehung, Schallausbreitung sowie der Schallperzeption am Immissionsort wird es möglich, eine geplante Anlage im Vorhinein audio-visuell zu simulieren. Auf diese Weise kann die Akzeptanz von Windenergieanlagen bei der betroffenen Bevölkerung durch Mitgestaltung schon im Planungsstadium maßgeblich verbessert werden.

WEA-Akzeptanz wird koordiniert durch das Institut für Statik und Dynamik, Prof. Raimund Rolfes,  (Fakultät für Bauingenieurwesen und Geodäsie) und umfasst ein Budget von ca. 4 Mio €. Das ISD wird sich hierbei auf die Berechnung der Schallausbreitung, die Entwicklung von psychoakustischen Bewertungen sowie die Validierung der verschiedenen Teilmodelle in umfangreichen Feldversuchen konzentrieren.

 



Verbundprojekt Multivariates Schadensmonitoring von Rotorblättern "MultuMonitorRB"

 

Um den vom Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien geforderten Anteil an regenerativen Quellen am Primärenergieverbrauch zu erreichen, ist unter anderem eine deutliche Erhöhung der Verfügbarkeit von Windenergieanlagen während ihrer Lebenszeit notwendig. Hierbei spielen vor allem die Rotorblätter eine wichtige Rolle, da deren Austausch im Schadensfall enorme Kosten wie auch sehr lange Stillstandzeiten von Wochen und Monaten hervorrufen kann.

Um Ausfälle der Anlagen zu vermeiden, werden am Institut für Statik und Dynamik Verfahren entwickelt, mit deren Hilfe es möglich ist, Schäden im Rotorblatt frühzeitig zu erkennen.

Im Rahmen von MultiMonitorRB werden nun zum ersten Mal akustische Verfahren zur Schadenslokalisation mit messdatenbasierten und modellgestützten strukturmechanischen Verfahren kombiniert. Durch diese Vorgehensweise können Unregelmäßigkeiten direkt erkannt, deren Auswirkungen auf die Strukturstabilität analysiert und danach entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden, ohne aber die Anlage für aufwändige visuelle Inspektionen herunterzufahren.

Durch die Verwendung eines im Projekt zu entwickelnden Rotorblattes besteht die einmalige Chance, eine vollständig dokumentierte Struktur als Versuchsobjekt dynamisch bis hin zur Zerstörung zu prüfen. Durch die begleitenden Monitoring-Verfahren sowie die Finite-Elemente-Simulation des Versuchs können die Detektions- und Analyseverfahren optimal aufeinander abgestimmt werden. Auf Basis dieser Ergebnisse sollen dann allgemeingültige Kriterien für die Beurteilung des Tragverhaltens von Rotorblättern abgeleitet werden, die im abschließenden Test aller Monitoring-Systeme in einem Offshore-Windpark mit den Anforderungen aus der Praxis konfrontiert werden.

Koordiniert durch das Institut für Statik und Dynamik, Prof. Raimund Rolfes, (ISD, Fakultät für Bauingenierwesen und Geodäsie) bringen die Partner LUH (außer dem ISD ist das Institut für Informationsverarbeitung beteiligt), Wölfel Engineering, Fraunhofer-IWES und WindMW ihre Expertise in das Forschungskonsortium (Gesamtbudget ca. 2,5 Mio €) ein. Das ISD wird sich hierbei auf das messdatenbasierte und modellgestütztes Structural Health Monitoring konzentrieren.