Systematische Bewertung der Akustik von getriebelosen Windenergieanlagen am Beispiel des elektromagnetischen Betriebsverhaltens des Generators
Christoph Mülder
Der Anteil elektrischer Energieerzeuger, die sich regenerativer Energiequellen bedienen, wird im Zuge der Energiewende stetig zunehmen. Windenergieanlagen an Land (engl. Onshore) erschließen in diesem Zuge zunehmend den Bereich bewohnter Gebiete. Die akustische Emission stellt in diesem Zusammenhang eine wesentliche Metrik zur Abstandsbemaßung und Lokalisierung der WEA dar. Normen und Richtlinien definieren Vorgaben in Bezug auf Grenzwerte, die bei Feldmessungen im Rahmen der Zertifizierung eingehalten werden müssen. Das Ziel dieser Arbeit ist am Beispiel tonaler magnetischer Geräusche, die durch den Generator hervorgerufen werden, ein Beitrag zur systematischen und effizienten Bewertung der Schallemissionen getriebeloser WEA zu leisten. Hierzu werden verschiedene Methoden zur Modellierung relevanter Phänomene herangezogen. Basierend auf einem neuen hybriden Ansatz zur magnetischen Feldberechnung werden die o. g. Effekte anhand eines modal reduzierten strukturdynamischen Modells in einer elastischen Mehrkörpersimulation analysiert und bewertet. Die elektrischen Stromformen werden auf Basis von Simulationen einer numerischen Feld-Schaltungskopplung des Generators ermittelt. Messergebnisse, die auf einem 4 MW-Systemprüfstand erhoben werden, dienen zur Modellvalidierung und experimentellen Analyse.
Das Körperschallverhalten der Statorstruktur des Generators wird anhand exemplarischer Einzeleffekte sowie bei Betrieb mit verschiedenen Generatorkennlinien bewertet.
Die hierdurch gewonnene Systematik stellt somit ein Analysewerkzeug zum Vergleich von Anlagenkonzepten und im Auslegungsprozess zur modellbasierten Produktverbesserung dar. Mit dem vorgestellten Ansatz lassen sich die aktuellen Normen und technische Richtlinien bzgl. der Akustik überprüfen und bewerten.
