Am Puls der Technik: Das Windtestfeld in Grevenbroich

25. Juli 2017 | Kira Crome

Auf dem Windtestfeld bei Grevenbroich können Hersteller ihre Anlage vermessen und für die Zertifizierung prüfen lassen. © Windtest Grevenbroich GmbH/Klex

Auf dem Windtestfeld bei Grevenbroich können Hersteller ihre Anlage vermessen und für die Zertifizierung prüfen lassen.
© Windtest Grevenbroich GmbH/Klex

Im rheinischen Braunkohlerevier bei Grevenbroich werden Windenergieanlagen auf Herz und Nieren geprüft. Bis zu acht Anlagen finden hier auf der Neurather Höhe Platz, um umfangreiche Prüfverfahren zu durchlaufen. Hersteller können auf dem Windtestfeld neue Prototypen vermessen und optimieren, Forscher neue Technologien testen. Es ist das bundesweit größte Testfeld für Windenergieanlagen im Binnenland.

Bevor eine Windenergieanlage neuen Typs in Serie gehen kann, braucht der Hersteller eine Zertifizierung. Dafür muss der Prototyp unter realen Bedingungen eine bestimmte Zeit lang unter Volllast gelaufen und währenddessen auf Herz und Nieren geprüft worden sein. Die nötigen Vermessungen und Tests übernimmt ein unabhängiges Messinstitut, das zwischen Hersteller und Zertifizierer steht. Es führt Leistungs-, Schall-, Beanspruchungs- und elektrische Anschlussvermessungen durch. „Wir stellen fest, bei welcher Windgeschwindigkeit die Anlage wieviel Strom produziert, wann sie am effektivsten arbeitet, wie laut sie dabei ist, ob das Material in den verschiedenen Anlagenkomponenten der Beanspruchung stand hält und wie sich die Anlage am Netz verhält“, erklärt Werner Höner. Er ist Ingenieur bei der Windtest Grevenbroich. Das Messdienstleistungsunternehmen betreibt auf der Höhe zwischen Neurath und Frimmersdorf bei Grevenbroich, mitten im rheinischen Braunkohlerevier, Deutschlands größtes Testfeld für Windenergieanlagen im Binnenland. Hier stehen auf einer ungefähr eineinhalb Kilometer langen und einen Kilometer breiten Fläche sechs große Multi-Megawatt-Anlagen sowie eine kleine Anlage. „Damit ist unser Testfeld praktisch voll“, sagt Höner. In diesem Jahr feiert das akkreditierte Messinstitut das 20-jährige Jubiläum des Prüfangebots. „1996 gegründet, haben wir ein Jahr später mit Aufbau des Testfeldes begonnen“, so Höner.

Anlagentests für Binnenland-Standorte
Damals hat das Ingenieurteam echte Pionierarbeit geleistet. Anders als an der norddeutschen Küste, wo die Entwicklung der Windindustrie begonnen hat und der Wind sehr stark weht, müssen Windenergieanlagen in der Mitte und im Süden Deutschlands wechselhaften Windverhältnissen gerecht werden. „Standorte im Wald weisen ganz andere Bedingungen auf als Standorte im Hügelland oder im freien Feld. Das wirkt sich auf die Energieausbeute einer Anlage aus“, erklärt Höner. Sollen sich Anlagen in Gegenden mit schwachen und mittleren Windverhältnissen rechnen, müssen die Hersteller sie ganz anders auslegen als für Gegenden mit starkem Wind. Dank der technischen Weiterentwicklung im Anlagenbau wird das immer interessanter. Hersteller, Betreiber und Investoren brauchen deshalb verlässliche Daten über das Verhalten der Anlagen. „An unserem Testfeld-Standort haben wir die idealen Bedingungen, um neue Anlage für solche Ansprüche zu vermessen und zu testen“, so Höner.

Vom Turmfuß bis zur Rotorblattspitze
Mittlerweile steht die 18. Anlage auf dem Testfeld. Bis zu sieben Jahre kann die Anlage eines Herstellers auf dem Testfeld für Vermessung und Optimierung stehen. Die ersten zwei Jahre dienen der Komplettvermessung für die Zertifizierung. Dafür installieren die Messtechniker an allen Anlagenkomponenten, vom Turmfuß bis zu den Rotorblattspitzen, Messpunkte und Sensoren, die der Anlage auf den Zahn fühlen. Ein Windmessmast, der in einem bestimmten Abstand neben der Anlage errichtet wird und bis auf Nabenhöhe der Anlage reicht, liefert weitere Daten. So ausgestattet, werden alle Parameter einer Anlage, die die Normen und Richtlinien für Standsicherheit und Betrieb vorgeben, geprüft. Das reicht von der Geräuschentwicklung über die Leistungskurve bis zur Materialbeanspruchung. Ein weiterer wichtiger Prüfkomplex ist die Netzverträglichkeit. „Windenergieanlagen müssen heute in der Lage sein, im Falle eines Stromabfalls im Netz, eine kurze Zeit weiter Strom zu liefern, um das Netz stützen zu können“, erklärt Höner. Auch dafür bietet das Testfeld einen wichtigen Standortvorteil: Es liegt an einem stabilen Netzknoten mit einem Braunkohlekraftwerk in unmittelbarer Nachbarschaft, das einspringen kann, wenn auf dem Testfeld Tests durchgeführt werden, die das Netz kurzfristig belasten.

Ist eine Anlage durchgeprüft, gehen die Messwerte an einen Zertifizierer, der sie mit den Angaben des Herstellers abgleicht. Ergeben sich keine Beanstandungen, bekommt die Anlage ein Typenzertifikat und kann in Serie gehen. Auch danach geht die Arbeit auf dem Testfeld weiter: Der Hersteller kann seine Anlage mithilfe der Messtechniker noch weiterentwickeln, andere Einstellparameter prüfen und so ihr Verhalten verbessern. „Unser Ziel ist es, die Technologien für die Windenergienutzung zuverlässig zu optimieren“, sagt Höner. Denn mit der rasanten Entwicklung des Windenergiemarkts wächst auch der Forschungsbedarf. Waren die Anlagen der ersten Generation noch 30 Meter hoch mit einem Rotordurchmesser von 15 Metern, haben die Turmkonstruktionen der Megawatt-Klassen inzwischen die 150-Meter-Marke übersprungen. Die Rotorflächen übersteigen die eines Fußballfeldes. Weil mit steigender Höhe auch die Windgeschwindigkeit zunimmt und sich die Windverhältnisse verändern, wirken auf das Material ganz unterschiedliche Kräfte. „Die Blattspitze unten ist ganz anderen Windgeschwindigkeiten ausgesetzt als die Blattspitze über 100 Meter höher“, erklärt Höner. „Böen treffen mal nur auf der linken, mal nur auf der rechten Seite, unten oder oben auf die Rotorfläche.“ Die enormen Unterschiede bringen ein Kipp- oder Torsionsmoment auf die Anlage, das Material und Leistung belastet. Ein weiteres großes Thema: Die Geräuschentwicklung von Anlagen und die Möglichkeiten, sie durch Modifikationen an den Rotorblättern leiser zu machen. Herausforderungen gibt es für die Anlagenhersteller noch genug. Da sei man noch lange nicht am Ende der Technik, glaubt Höner.

Am Puls der Technik
Der Messdienstleister hat nicht nur vielfältige Neuerungen verschiedener Anlagenhersteller unterstützt. Das Unternehmen versteht sich selbst auch als Innovationstreiber. „Wir sind immer mit Prototypen befasst und damit ganz nah am Stand der Technik. Daher können wir vorausschauend überlegen, welche neuen Entwicklungen es gibt, welche Probleme sie mit sich bringen und wie einer möglichen Ursache prüftechnisch auf den Grund gegangen werden kann“, erklärt Höner. Dazu arbeitet das Unternehmen mit Gremien für Normung oder Forschungseinrichtungen wie beispielsweise dem Center for Wind Power Drives (CWD) der RWTH Aachen in internationalen Arbeitsgruppen zusammen. Aktuell geht es um die Entwicklung einer Vermessungsrichtlinie für Gondelprüfstände.

Aber nicht nur Normen und Vorschriften müssen laufend an die technischen Neuerungen angepasst werden. Auch Messtechnik muss weiterentwickelt, validiert und verifiziert werden. Dazu gehört beispielsweise der Test eines Roboters, der Rotorblätter inspiziert oder einer Drohne, die bei der Anlagenwartung eingesetzt werden kann. Jüngst hat das Unternehmen eine Verifizierstation für LiDAR-Systeme (engl. Laser Detection And Ranging System) auf den Markt gebracht. Solche laserbasierten Fernerkundungssysteme vereinfachen die Erfassung des Windpotenzials und -profils an einem geplanten Anlagenstandort. Mit den kompakten mobilen Geräten lassen sich die erforderlichen Messungen vom Boden aus bis in große Höhen präzise durchführen, ohne dass dafür erst ein Messmast errichtet werden muss, für den es einer Baugenehmigung bedarf. Vor ihrem Einsatz im Feld müssen die Geräte erst kalibriert und verifiziert werden. Mit der neuen Verifizierstation auf dem Windtestfeld geht das auf einer Höhe von 134 Metern. „Wir zählen zu den wenigen akkreditierten Dienstleistern, die einen Mast in dieser Höhe anbieten können“, sagt Höner. Je nachdem wie der Wind weht, dauert es ein bis drei Monate, bis die Verifizierungsmessung eines LiDAR-Geräts abgeschlossen ist.

Ausgezeichnetes KlimaExpo.NRW-Projekt
Bis heute hat sich das Grevenbroicher Messtechnikunternehmen in der vom Braunkohletagebau geprägten Region zu einem international anerkannten Dienstleister für die Windenergiebranche mit mehr als 50 Mitarbeitern entwickelt. Das Testfeld für Windenergieanlagen wird als öffentlich-privates Kooperationsprojekt betrieben: Das Land NRW ist mit einem Viertel beteiligt, RWE International SE mit 37,5 Prozent der größte Teilhaber. Mit dabei sind auch die TÜV Nord-Gruppe über die Energy Engineers, der Rheinkreis Neuss und die Stadt Grevenbroich. Im vergangenen Jahr ist das Unternehmen mit seinem Testfeld im Rahmen der KlimaExpo.NRW in die Riege der ausgezeichneten Vorreiter Nordrhein-Westfalens, die nachhaltig zum Klimaschutz beitragen, aufgenommen worden.

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