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Wettereinfluss bei Betrieb und Errichtung von Windenergieanlagen

Erstellt am: 26.02.2013 | Stand des Wissens: 26.05.2021
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
Technische Universität Hamburg, Institut für Maritime Logistik, Prof. Dr.-Ing. C. Jahn

Die Errichtung einer Windenergieanlage besteht aus mehreren Schritten, die nacheinander ablaufen (zum Beispiel Installation des Fundaments und Montage der Turmsegmente). Diese Vorgänge dauern in der Regel zwischen zwei und zehn Stunden. Für diesen Zeitraum dürfen bestimmte Limits für die Windgeschwindigkeit und bei Offshore-Anlagen zusätzlich für den Wellengang nicht überschritten werden, um die Sicherheit des Personals und der Anlagenkomponenten zu gewährleisten [BSH13a]. Bei Offshore-Anlagen ist abhängig vom jeweiligen Vorgang die Wellenhöhe oder die Windgeschwindigkeit der begrenzende Faktor. So ist beispielsweise für die Platzierung eines Errichterschiffes auf dem Meeresboden die signifikante Wellenhöhe entscheidend, für das Montieren eines Rotorblattes ist es hingegen die Windgeschwindigkeit. Weiterhin hat das Wetter in Abhängigkeit vom eingesetzten Equipment einen unterschiedlich starken Einfluss auf die Arbeiten im Windpark. So gibt es zum Beispiel große Unterschiede bei der maximalen signifikanten Wellenhöhe verschiedener Schiffe und bei der maximal zugelassenen Windgeschwindigkeit unterschiedlicher Arten von Kränen.
Als wetterbedingte Störungen des regulären Betriebs einer Windkraftanlage gelten Sturm, Blitz und Eisansatz. Je nach Lage innerhalb Deutschlands sind die Anlagen unterschiedlich häufig von derartigen Störfaktoren betroffen. Windkraftanlagen, welche sich in Mittelgebirgsregionen befinden, zeigen besonders häufig betriebliche Störungen durch Sturm, Blitzeinschläge und Eisansätze an den Rotoren [IWES07].


Abb_1_Regionale_Stoermeldungen.jpg

Abbildung 1: Regionale Verteilung von externen Einflüssen als Störungsursache
Quelle: [IWES07]

Um die Windkraftanlage vor sturmbedingten Schäden zu schützen, wird die Anlage bei kritischen Windgeschwindigkeiten außer Betrieb genommen. Dies geschieht in der Regel bei Windgeschwindigkeiten ab 25 Metern pro Sekunde. Bei starkem Wind zwischen 12 bis 25 Metern pro Sekunde ist die vorherrschende angebotene Windleistung in der Regel zu groß, sodass die Anlage in ihrer Leistungsabgabe begrenzt werden muss. Je nach Anlagentyp wird für diesen Zweck mindestens eine der folgenden Maßnahmen automatisch eingeleitet:
  • Leistungsbegrenzung durch Strömungsabriss: Dieser erfolgt allein durch das Profil der Rotorblätter. Ist die sogenannte Stall Speed erreicht, kann das Rotorblatt die Windenergie nicht mehr wie vorgesehen in Rotationsenergie umwandeln [BWE13].
  • Leistungsbegrenzung durch Verdrehen der Rotorblätter: Dabei werden die Rotorblätter in den Wind gedreht, wodurch mit geringer werdendem Anstellwinkel der Auftrieb am Rotorblatt abnimmt und somit die Rotorgeschwindigkeit reduziert wird.
  • Leistungsbegrenzung durch Verdrehen der Gondel: Dabei werden die Rotorblätter aus dem Wind gedreht und so der Auftrieb am Rotorblatt reduziert.
Der Betrieb und die meist jährlich stattfindende Wartung von Windenergieanlagen gestaltet sich bei Onshore-Anlagen im Vergleich zu Offshore-Windenergieanlagen unkompliziert, da die Anlagen jederzeit ohne großen Aufwand zugänglich sind. Bei Offshore-Windenergieanlagen müssen Techniker und auch Material sicher auf die Anlagen gelangen können. Der Überstieg ist, abhängig vom eingesetzten Transportmittel, bis zu einer bestimmten signifikanten Wellenhöhe möglich. Häufig wird aber auch ein Helikopter für Wartungseinsätze verwendet, da dieser sehr schnell zu den Anlagen gelangt und unabhängiger von Wind und Wellen ist [Mich11]. Im ersten deutschen Hochseewindpark Alpha Ventus werden die Windenergieanlagen in etwa 80 Prozent der Wartungseinsätze mit dem Helikopter angeflogen [BWE10, S. 14]. In der Regel sind die Windgeschwindigkeiten und die entsprechend auch die Wellenhöhe im Sommer geringer als im Winter. Deshalb werden Errichtung und Wartung von Windparks überwiegend in den Sommermonaten durchgeführt.
Ansprechpartner
Technische Universität Hamburg, Institut für Maritime Logistik, Prof. Dr.-Ing. C. Jahn
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Einfluss von Windenergieanlagen auf Flugbetrieb und Seeschifffahrt (Stand des Wissens: 24.06.2022)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?406585
Literatur
[BSH13a] Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) (Hrsg.) Seegang, 2013
[BWE10] Bundesverband Windenergie e. V. (BWE) (Hrsg.) Offshore - Service & Wartung, veröffentlicht in BWE-Marktübersicht spezial, 2010
[BWE13] Bundesverband WindEnergie e.V (Hrsg.) Bundesverband WindEnergie - Politik, 2013
[IWES07] Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Universität Kassel, Dipl.-Ing. Berthold Hahn (Fraunhofer IWES) Deutscher Windmonitor, 2007
[Mich11] Michel, T. Service concepts for Amrumbank West, veröffentlicht in Offshore Business Meeting and Conference, Husum, 2011

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?405809

Gedruckt am Sonntag, 2. Oktober 2022 12:07:01