11/06/2010

Windenergie beflügelt Messtechnik

Wer wissen will, wie stark der Wind bläst, braucht ein Anemometer. Solch ein Gerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit kann sich – je nach Bauart und Zweck - gemeinsam mit dem Wetterhahn auf der Kirchturmspitze drehen, im Windkanal der Flugzeugindustrie stehen oder den Sturmwind an der Nordseeküste messen. Besonders in der Windenergiebranche haben sie große – nicht zuletzt: finanzielle – Bedeutung, denn auf der Messung der Windverhältnisse basiert die sogenannte Windpotenzialanalyse von Windkraftanlagen. Sie entscheidet über die voraussichtliche Wirtschaftlichkeit einer Anlage, lockt oder verschreckt Investoren. Wer es in Wissenschaft und Industrie genau wissen muss, braucht kalibrierte und rückgeführte Anemometer. Um dem steigenden Bedarf an noch genaueren Mess- und vergleichbaren Kalibrierergebnissen zu begegnen, ist die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) eine Kooperation mit dem Windenergieunternehmen Deutsche WindGuard GmbH eingegangen. Hier haben die Wissenschaftler Zugang zu Großwindkanälen, mit deren Hilfe sie die Vergleichbarkeit der Mess- und Kalibrierergebnisse von Strömungsmessgeräten noch weiter verbessern können.

Anemometer, also Strömungsmessgeräte, können ganz unterschiedliche Formen haben. Manche sehen aus wie Ventilatoren, andere bestehen nur aus kleinen Messsensoren. Entsprechend unterschiedlich beeinflussen sie die Strömungsverhältnisse, wenn sie zur Kalibrierung in einem Windkanal eingebaut werden. In Windkanälen mit großen Durchmessern fallen störende Effekte deutlich weniger ins Gewicht. Die PTB besitzt zwei eigene Windkanäle von mittlerer Baugröße zur Kalibrierung von Anemometern. Nun ermöglicht die Deutsche WindGuard GmbH den PTB-Wissenschaftlern den Zugang zu weiteren und vor allem größeren Windkanälen, die die PTB für gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsarbeiten nutzen kann. Außerdem kann einer der Großwindkanäle nach der Bestückung durch PTB-Messtechnik als Referenzwindkanal für Anemometerkalibrierungen dienen. Mit Messunsicherheiten von unter 0,5 % lassen sich insbesondere bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten Mess- und Kalibrierergebnisse mindestens um den Faktor 2 verbessern.

Mehr als 10.000 Anemometer werden jährlich in Deutschland kalibriert, 9.000 allein für die deutsche und internationale Windenergiebranche. Bisher sind Kalibrierungen von Anemometern unterschiedlicher Bauart nur begrenzt vergleichbar, da die derzeit akkreditierten Kalibrierlaboratorien wie auch die nationalen Metrologieinstitute für die Vielzahl an Anemometern durchaus unterschiedliche Kalibriereinrichtungen und unterschiedliche Kalibrierverfahren einsetzen.
Kalibrierte Anemometer wiederum stammen von unterschiedlichen Herstellern, haben unterschiedliche Bauweisen, dienen verschiedenen Zwecken und müssen dementsprechend unterschiedlich hohe Qualitätsansprüche erfüllen. Das sind genügend Faktoren, um den Bedarf an einem genauen gemeinsamen Standard deutlich zu machen, auf den sich alle Laboratorien beziehen. Aufgabe der PTB ist es, diesen Standard mit einer möglichst kleinen Messunsicherheit zur Verfügung zu stellen.

Im Falle der Strömungsgeschwindigkeit gibt die PTB die Einheit Geschwindigkeit über die Kalibrierung von Bezugsnormalen wie zum Beispiel Laser-Doppler-Anemometern oder so genannten Staudrucksonden an die Kalibrierlaboratorien weiter. Mit derartigen Normalen kalibrieren die Laboratorien zuerst einmal ihren Windkanal und schaffen hiermit die Basis für die nun im Windkanal erfolgende Kalibrierung von Anemometern.

Langfristiges Ziel der PTB-Wissenschaftler ist es, die Vergleichbarkeit und damit die Aussagekraft von Anemometer-Messungen zu verbessern. Neben der Entwicklung der dafür notwendigen Messtechnik arbeitet die PTB auch in Gremien mit, die neue Richtlinien für die Kalibrierung von Anemometern erarbeiten.