Projekte

Fraunhofer-Allianz Adaptronik

Untersuchung des Einsatzes aktiver Tilger zur Verringerung von Schallemissionen an Windkraftanlagen

Windenergieanlagen (WEA) leisten einen immer stärkeren Beitrag bei der Energieversorgung und tragen damit zum Klimaschutz und zur Schonung von Ressourcen bei. Angesichts der steigenden Anzahl von Windkraftanlagen auch in dicht besiedelten Gebieten sind die Geräuschentwicklung und die damit verbundenen negativen Auswirkungen auf die Umwelt nicht zu vernachlässigen.

Neben aerodynamischen Geräuschquellen wie den Rotorblättern bildet das Getriebe eine Hauptstörquelle, wobei die Zahneingriffe das Getriebe zu Schwingungen anregen. Als problematisch erweisen sich die daraus resultierenden Körperschallanteile, wenn sie in ihrer Frequenz mit Resonanzen des Gesamtsystems Maschinenträger mit Triebstrang übereinstimmen. Es kommt zur Ausbildung sogenannter tonaler Komponenten. Diese lassen sich auch durch sorgfältige Auslegung des Maschinenträgers / Triebstranges nicht zuverlässig vermeiden. Es erfolgt eine Übertragung des Körperschalls bis in den Turm. Die Turmoberfläche strahlt den Körperschall sehr gut ab. Dadurch können bei betroffenen Anlagen Grenzwerte häufig nicht eingehalten werden. Notwendige Betriebseinschränkungen führen zu einer erheblichen Verringerung der Erträge betroffener Windenergieanlagen.

Fraunhofer IWU entwickelt in Zusammenarbeit mit der ESM GmbH, den Schirmer Beratende Ingenieure und dem Ingenieurbüro Dr. Ziegler einen aktiven Tilger — ein nachrüstbares aktives System zur Unterdrückung tonaler Komponenten. Das Projekt wird durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt gefördert.

Die aktiven Tilger auf der Basis von Piezostapelaktoren werden im Übertragungspfad tonaler Komponenten auf der Windenergieanlage montiert. Sie erzeugen geregelt Gegenkräfte, sodass es zur Auslöschung des getriebeinduzierten Körperschalls kommt. Ändert sich die Frequenz der störenden Einzeltöne, passt sich der aktive Tilger automatisch an. Die Abstrahlung der tonalen Komponenten an die Umgebung wird minimiert. Die gesetzlichen Grenzwerte sollen so wieder erreicht werden. Teuere Getriebewechsel oder ineffizienter Betrieb im Teillastbereich bei betroffenen Anlagen können so vermieden werden.

Für dieses Projekt wurden folgende Adaptronik-Bausteine verwendet: