Forschungsprojekte

Aktiver Tilger für Windenergieanlagen

Zielbranchen

Energietechnik, auch: rationelle Energieumwandlung, Energieeffizienz, Umwelt- und Nachhaltigkeitsforschung

Problemstellung

Zur Unterdrückung der aerodynamischen Geräuschentwicklung durch den Rotor wurden in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte erreicht. Umso mehr verschiebt sich der Schwerpunkt auf die Geräusche, die im Triebstrang entstehen. Hauptquelle der Störgeräusche ist das Getriebe, 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 von Einzeltönen, die aus dem Geräuschspektrum hervortreten, sogenannte tonale Komponenten. Diese lassen sich auch durch sorgfältige Auslegung des Maschinenträgers/Triebstrangs nicht zuverlässig vermeiden. Über die Auflager der Getriebe pflanzen sich die tonalen Komponenten auf dem Maschinenträger fort. Von dort erfolgt eine Weiterleitung in den Turm. Die große Turmoberfläche strahlt den Körperschall sehr gut ab. Unter Beachtung des immissionsschutzrechtlich vorgeschriebenen sogenannten Tonhaltigkeitszuschlags zum gemessenen Schallpegel von bis zu 6 dB können erforderliche Grenzwerte überschritten werden.

Notwendige Betriebseinschränkungen führen zu einer erheblichen Verringerung der Erträge betroffener Windenergieanlagen.

Lösung

Moderne Windenergieanlagen arbeiten mit variabler Drehzahl. In solchen Fällen erreichen passive Lösungsansätze zur Unterdrückung tonaler Komponenten ihre Grenzen. Deshalb wurd ein aktiver Tilger als nachrüstbares System entwickelt. Der aktive Tilger leitet Gegenkräfte so in die Windenergieanlage ein, dass die tonalen Komponenten unterdrückt werden. Betroffene Anlagen können mit dem aktiven Tilger nachgerüstet werden und erreichen so die erforderlichen Grenzwerte.

Die Masse des aktiven Tilgers wird durch zwei Piezostapelaktoren beschleunigt, indem diese elektrische Energie in mechanische Schwingungen umsetzen. Ändert sich die Frequenz der störenden Einzeltöne, passt sich der aktive Tilger automatisch an. Er erzeugt am Montagepunkt Gegenkräfte, sodass die lärmgebenden Schwingungen ausgelöscht werden. Die Weiterleitung der tonalen Komponenten in den Turm in Form von Körperschall wird unterbunden und die Schallabstrahlung an die Umgebung verringert.

Die Entwicklung des aktiven Tilgers zur Unterdrückung tonaler Komponenten an Windenergieanlagen erfolgte in Kooperation mit der ESM GmbH Rimbach, dem Ingenieur-Büro Dr. Ziegler Weiterstadt und der SCHIRMER GmbH Beratende Ingenieure Dresden. Die Arbeiten wurden durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt gefördert.