Windenergie hat unter den erneuerbaren Energiequellen in Deutschland den größten Anteil an der Stromproduktion. Dabei sind Windenergieanlagen (WEA) enormen mechanischen Kräften und meteorologischen Einflüssen ausgesetzt, die sich fortlaufend in Abnutzungserscheinungen bemerkbar machen. Aufgrund der zu erwartenden Degradationen und Schäden unterliegen die Anlagen einer regelmäßigen wiederkehrenden Prüfung. Diese beinhaltet unter anderem Rotorblattinspektion, Blitzschutzprüfung, Schallemissionsmessung und Blattwinkelprüfung. Die Prüfung bedingt stets Kosten – in Form von Personalkosten – sowie dem Energieausfall, der sich durch das außer Betrieb setzen für die Prüfung ergibt. Weitere zu überwachende Größen im Betrieb sind Eisansatz zur Vermeidung von Eisabwurf an den Rotorblättern sowie die akustische Auswirkung auf die Umgebung um Schallemissionsgrenzwerte einzuhalten und die Akzeptanz bei der Bevölkerung sicherzustellen.
Das Projekt Noisy.Blade adressiert die genannten Problemstellungen mit dem Ansatz einer kostengünstigen akustischen Überwachung des Anlagengeräuschs. Damit können gleichzeitig die akustischen Auswirkungen auf die Umgebung überwacht sowie Schäden am Rotorblatt durch eine Detektion von Änderungen des Strömungsgeräuschs erkannt werden.
WEA wandeln die im Wind gespeicherte kinetische Energie über die Rotorblätter in ein mechanisches Drehmoment um, welches dann mit einem Generator in elektrische Energie gewandelt wird. Die über die aerodynamische Hülle der Rotorblätter streichende Luft erzeugt dabei ein charakteristisches Geräusch, welches von der Strömungsgeschwindigkeit der Luft sowie der Blattoberfläche und deren Form und Beschaffenheit abhängt. Wird nun die Anströmung z. B. durch ein Verdrehen des Blattes (Pitch-Stellung) oder dessen Oberfläche z. B. durch einen Schaden, Erosion oder Eisansatz verändert, hat dies eine charakteristische Änderung des Strömungsgeräusches zur Folge. Folglich kann das Strömungsgeräusch der Rotorblätter als Informationsquelle über deren aktuellen Zustand sowie deren Ausrichtung bzw. Pitchwinkelstellung dienen.
Das Strömungsgeräusch bildet zusammen mit dem Maschinengeräusch (Getriebe und Generator) das Anlagengeräusch, welches Anwohner oft als störend empfinden und festgelegte Grenzwerte nicht überschreiten darf.
Im Rahmen des Projektes wurde erforscht, inwieweit akustische Signaturen der Strömungsgeräusche am Rotorblatt Aufschluss über kritische Zustandsänderungen der WEA geben können. Hierfür wurden akustische Daten an WEA gemessen, aufbereitet und mit Methoden der Signalanalyse ausgewertet. Darüber hinaus wurde mit der gleichen Sensorik die Schallemission der WEA erfasst und mit einer normkonformen Schallemissionsmessung verglichen. Um eine ausreichend große Datenbasis aufzubauen, wurden umfangreiche akustische Langzeitmessungen an WEAs durchgeführt. Der Zugang zu den dafür benötigten WEAs wurde von den assoziierten Partnern bereitgestellt.
Im Projekt Noisy.Blade wurde ein Indikator entwickelt und in Feldmessungen validiert, welcher akustische Abweichungen zwischen Rotorblättern an Windenergieanlagen anzeigt. Im Projektverlauf konnte damit ein tatsächlich aufgetretener Schaden an einem Rotorblatt detektiert werden. Bezüglich akustischer Schadenserkennung war das Projekt damit ein voller Erfolg. Nicht untersucht werden konnten Blitzeinschlag, Pitchwinkelfehlstellung, Eisansatz und kontinuierliche Erosion. Aus Analogiegründen sollten die ersten Beiden jedoch mit dem Indikator ebenfalls detektierbar sein.
Darüber hinaus wurde eine Bewertung der Schallemission der gesamten Anlage mittels Noisy.Blade geprüft, indem die Messungen mit einer zeitgleich durchgeführten IEC-konformen Schallemissionsmessung verglichen wurde. Qualitativ korrelierten die Noisy.Blade Ergebnisse gut mit der Referenzmessung. Quantitativ konnte wegen fehlernder Kalibrierung keine Aussage getroffen werden. Mit erfolgter Kalibrierung ist jedoch voraussichtlich auch eine quantitativ valide Aussage möglich.
Im Projektverlauf konnte mit dem entwickelten akustischen Indikator ein tatsächlich aufgetretener Schaden an einem Rotorblatt detektiert werden. Darüber hinaus wurde eine Bewertung der Schallemission der gesamten Anlage mittels Noisy.Blade geprüft, indem die Messungen mit einer zeitgleich durchgeführten IEC-konformen Schallemissionsmessung verglichen wurde.
Zusammenfassend kann durch die Entwicklung und den Einsatz von Noisy.Blade nicht nur durch die potenzielle Effizienzsteigerung und Ertragsoptimierung der Windenergieanlagen der Beitrag jeder einzelnen Anlage zum Klimaschutz erhöht, sondern auch die Belastung der Anwohner durch geringere Schallemissionen verringert werden. Dies fördert die Akzeptanz der Windenergie und dient damit dem Ausbau der Erneuerbaren Energien generell.