Untersuchungen zur industriellen faseroptischen Blattlastmessung an Windenergieanlagen

Die Energieerzeugung durch Windkraft hat in den vergangenen Jahren weltweit einen rasanten Anstieg in der installierten Kapazität erlebt und die Wirtschaft prognostiziert einen weiteren Ausbau der Windenergie auch für die kommenden Jahre. Hierbei hat Leistung und Effizienz der Anlagen stark zugenommen. Windenergieanlagen erreichen bereits elektrische Leistungen von bis zu 10 MW bei einem Rotordurchmesser von über 150 m. Die Optimierung der Anlagen ist dabei bisher auf klassischen Maschinenbau zurückzuführen.
Da die Optimierungen im Maschinenbau an ihre Grenzen stoßen, wird die nächste Welle der Innovation in der Windenergie durch Sensorik hervorgerufen. Unter anderem können durch die Messung der Lasten an Rotorblättern und einer geeigneten Regelung auf diese Signale, die strukturellen Lasten einer Windenergieanlage signifikant gesenkt werden. Dies führt zu einer optimierten Auslegung der Windenergieanlage, sowie zu einer Erhöhung der Effizienz, und damit zur Senkung der Stromgestehungskosten.
Klassische elektrische Messtechnik in der Windenergie hat sich im Speziellen für die Lastmessung in Rotorblättern nicht durchgesetzt. Durch die hohen Lastamplituden und Zyklenspielzahlen, sowie elektromagnetische Interferenzen bis hin zu Blitzeinschlägen, besitzen konventionelle Dehnmessstreifen eine unzureichende Zuverlässigkeit.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der für diese Anwendung vielversprechenden Faser-Bragg-Gitter-Messtechnik. Die faseroptische Messtechnik zur Dehnungsmessung hat das Potential diese Herausforderungen zu bestehen. Das Faser-Bragg-Gitter weist eine hohe Spitzen- und Dauerlastfestigkeit auf, zudem ist es durch das passive optische Messprinzip inhärent unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Feldern.