Reduzierung von Vibrationsproblemen bei kleinen vertikalachsigen Windkraftanlagen auf Gebäuden (Grunwald et al. 2013)

Kleinwindkraftanlagen (KWEA) sind rotierende Maschinen, daher erzeugen die Rotordrehzahl und ihre Oberwellen Anregungsfrequenzen, die zu Resonanzproblemen führen, wenn die Eigenfrequenzen der KWEA, ihrer Unterstruktur und/oder des Gebäudes im Betriebsfrequenzbereich liegen. Aufgrund der Komplexität der Rotor- und Strukturdynamik und/oder weil die Eigenfrequenzen des Gebäudes nicht bekannt sind, wird dies bei der Planung und Standortwahl von SWT oft nicht berücksichtigt. Die unerwarteten Resonanzprobleme bedrohen das SWT-Projekt durch Lärm und Vibrationen, beschleunigten Verschleiß und Schäden sowie Produktionsausfälle durch Stillstand. An fünf kürzlich installierten vertikalachsigen SWT auf Berliner Gebäuden wurden Schwingungsmessungen mit 17 Sensoren und eine Ursachenanalyse durchgeführt, um Resonanzprobleme und Gebäudeschwingungen zu untersuchen. Bei vertikal ausgerichteten SWT ist die Dynamik weitaus komplexer als bei horizontal ausgerichteten SWT, da aufgrund der Wechselwirkung zwischen Flügeln und Mast im Auf- und Abwind mehr Oberwellen auftreten. Daher kann es schon bei geringem Windaufkommen zu Resonanzen an SWT-Komponenten und/oder dem Gebäude kommen. Es stellte sich heraus, dass lange Abspannungen, die verwendet wurden, um regelmäßige Wartungsarbeiten zur Kontrolle der Vorspannung der Abspannseile zu vermeiden, Resonanzfrequenzen im gleichen Bereich wie das Stahlfachwerkgebäude aufwiesen. Die Dämpfer, die installiert wurden, um die Ausbreitung der Generatorschwingungen in den Turm zu verhindern, bildeten ein zusätzliches Schwingungssystem, und die Eigenfrequenzen der Dämpfer wurden durch die Oberwellen angeregt. Durch die starken Schwingungen wurden die Dämpfer schnell abgenutzt. Die Rotormassenunwuchten, die ein Mehrfaches des Grenzwertes betrugen, wurden trotz der starken Rotordrehzahlschwankungen durch ein modernes Zwei-Ebenen-Rotorwuchten erfolgreich reduziert.

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