De rotor en de mast van windturbines kunnen tijdens normaal bedrijf meebewegen. De analyse van deze bewegingen speelt een belangrijke rol bij de ontwikkeling en het onderhoud van installaties. Tot nog toe was nauwkeurig meten alleen direct aan de installatie mogelijk. Het Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) in Ettlingen gebruikt moderne informatietechnologie om het trillingsgedrag van de hele installatiestructuur te meten – en dat op meer dan 100 m afstand.
Windturbines bewegen ook bij normale windsnelheden tot wel 1 m mee. Dat vormt een grote belasting voor het materiaal, wat weer kan leiden tot schade of in het ergste geval tot uitvallen van de installatie. Gebruikers controleren daarom continu met behulp van sensoren in de toren en de rotorbladen, hoe sterk de trillingen zijn.
Het nadeel hiervan is, dat alleen kan worden gemeten op de plaats waar de sensoren zijn aangebracht. Een uitgebreid patroon van trillingen van gehele windturbines is met deze techniek niet mogelijk. Bij offshore-installaties op zee komen daar nog extra eisen bij.
Laser volgt beweging rotorbladen
De onderzoekers in Ettlingen (bij Karlsruhe) zijn met het probleem aan de slag gegaan. Op de CeBIT (10-14 maart in Hannover) demonstreren ze een technisch systeem, waarmee een uitgebreide trillingsanalyse voor een gehele installatie wordt verkregen. Deze functioneert van een afstand van meer dan 100 m.
Het systeem bestaat uit een laser, die op de installatie is gericht en die de trillingen op verschillende plaatsen van de oppervlakte kan meten. Om te zorgen dat het systeem ook kan functioneren op de bewegende onderdelen, zoals de rotorbladen, volgt de laser deze beweging automatisch.
Het hart van het systeem is een op IT gebaseerd volgsysteem. De wetenschappers hebben dit op een intelligente manier met een camera en een laser gekoppeld. Deze zijn gemonteerd op een beweeglijke kop, zodat ze de bewegingen van de rotorbladen kunnen volgen.
Opnames van windturbines
De camera maakt opnames van windturbines en geeft deze door aan de software, die de beelden verwerkt en uit de data een virtueel model van het rotorblad opstelt. Met behulp van deze informatie wordt de flexibele kop zodanig ingesteld, dat de laser de rotorbladen automatisch volgt. Tegelijkertijd verzamelt de camera data over de exacte positie van de laserpunt (2-3 cm) op het rotorblad, om deze te stabiliseren op de draaiende bladen.
Er kunnen zoveel punten worden gebruikt als nodig wordt geacht om windturbines tijdens het draaien te scannen, ook op grotere afstand. In een korte tijd ontstaan zo veel uitgebreidere analyses dan mogelijk zijn met vast aangebrachte sensoren. De duur van de meting is variabel: hoe lager de frequenties, des te langer meet de laser.
Het compacte systeem is mobiel en kan met een voertuig naar elke gewenste plaats worden vervoerd. Door het grotere bereik kunnen ook offshore installaties vanaf een schip worden onderzocht, mits men de eigen bewegingen van het schip compenseert.
Windturbines vervangen?
Een aantal windturbines in Duitsland draait al ruim twintig jaar, wat vaak de maximale levensduur is. Gebruikers kunnen de technologie benutten en hun installaties controleren. Het Fraunhofer instituut kan daarbij adviseren. Is bijvoorbeeld een oudere windmolen nog in zo goede staat dat de gebruiker hem weer kan verkopen, houdt hij hem nog een tijd in bedrijf, of bouwt hij mogelijk een nieuwe op dezelfde plaats.
