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Vereisungsvorhersage für Windräder

10.02.2015, von , in Karte anzeigen

Der Messturm (© Fraunhofer IWES)

Der Messturm (© Fraunhofer IWES)

Auch im Winter bei Schnee und Eis drehen sich Windräder und liefern die Energie für die Stromproduktion. Doch die niedrigen Temperaturen bergen für die Anlagen auch ein Risiko: Bildet sich auf den Rotoren Eis, kann das die Stromproduktion behindern.
Eine Vereisungsvorhersage für Windräder könnte da helfen, an ihr arbeiten gerade Forscher des Fraunhofer IWES-Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik. Dabei dient ihnen ein 200 Meter hoher Messmast bei Kassel als Freiluftlabor. Jens Wellhöner war dort:

Schwindelfrei sollte man sein (© Fraunhofer IWES)

Schwindelfrei sollte man sein (© Fraunhofer IWES)

Wie ein riesiger Spargel aus Metall: So wirkt der Forschungsmessmast des Fraunhofer IWES-Instituts auf dem Rödeser Berg bei Kassel aus der Ferne. Kommt man näher, sieht man ein schmales Metallgerüst auf nur einem Quadratmeter Grundfläche, dessen ferne Spitze an trüben Wintertagen in der Hochnebeldecke verschwindet. In 160 Metern Höhe sind mehrere Sensoren und eine Kamera montiert. Sie messen die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit, die Windgeschwindigkeit und wie viel Eis sich am Mast bildet.

Wer zu ihnen am schmalen Metallgerüst hochklettern will, muss erstens absolut schwindelfrei sein. Zweitens braucht er dazu eine Extra-Kletterausbildung und drittens eine fast komplette Bergsteigerausrüstung.

Die wichtigsten Daten lassen sich auch von unten ablesen(© Fraunhofer IWES)

Die wichtigsten Daten lassen sich auch von unten ablesen (© Fraunhofer IWES)

Ingenieur Zouhair Khadiri vom Fraunhofer IWES-Institut braucht aber nicht bis zu den Geräten hochzusteigen, um die Messergebnisse sehen zu können. Er kann sie ganz bequem in Echtzeit unten am Mastfuß an seinem Laptop verfolgen. Dort sitzt der Forscher in einem kleinen, beheizten Container.
Die Daten, wann und unter welchen Bedingungen sich Eis bildet, sollen die Grundlage bilden, um eine Vereisungsvorhersage für Windräder zu erstellen.  So eine Vorhersage könnte den Windkraftbetreibern helfen, Kosten zu sparen.

Denn wenn auf den Rotorblättern Eis liegt, kann sich eine Unwucht bilden, die Räder würden sich dann nicht mehr gleichmäßig drehen und weniger Strom produzieren. Außerdem schädigt das Eis auf Dauer die Verschleißteile. Unter sehr ungünstigen Bedingungen kann sich sogar Eis von den Rotorblättern lösen und herabfallen, eine Gefahr für Menschen unterhalb der Windräder.

 Vereistes Windrad (© Fraunhofer IWES)

Vereistes Windrad (© Fraunhofer IWES)

Zwar stoppen Windräder schon jetzt automatisch, wenn sich an ihnen zu viel Eis bildet. Aber mit der Vorhersage sollen die Betreiber schon 10 Stunden im Voraus wissen,  wann das Eis kommt. Dann könnten sie reagieren, bevor sich überhaupt das erste Eis bildet und zum Beispiel die Windrad-Heizung anschalten. Sie erwärmt die Oberflächen der Rotoren, so könnte sich das Eis erst gar nicht bilden, das Material würde so geschont und es käme zu weniger Verlusten in der  Stromproduktion.

In luftiger Höhe können die Rotoren relativ schnell festfrieren (© Fraunhofer IWES)

In luftiger Höhe können die Rotoren relativ schnell festfrieren  (© Fraunhofer IWES)

Die meisten Frost-Tage in Deutschland gibt es außerhalb der Alpen  im Mittelgebirgsraum, auf den Gipfeln der Hügel und Berge. Genau dort stehen viele Windräder. Auch neben dem Mast auf dem Rödeser Berg drehen sich Windkraftanalgen. Er ist also ein idealer Standort, um die Vereisung zu messen. Die ersten Ergebnisse haben die Fraunhofer-Forscher überrascht: Selbst im relativ milden Dezember 2014 gab es am Forschungsmast auf 560 Metern Seehöhe fast eine Woche lang ununterbrochen Frost. Die Eisschicht hüllte die Metallverstrebungen komplett ein. Dafür verantwortlich ist vor allem der starke Wind, verbunden mit der hohen Luftfeuchtigkeit. Vereisung kann für die Windräder in den Mittelgebirgen also auf Dauer tatsächlich ein Problem werden.

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