Zertifizierung

Kamerasysteme gegen Einwirkungen der Umwelt, insbesondere des Seewassers und der salzhaitigen Luft, sichern.

Egal, für welches Konzept sich ein Hersteller oder Betreiber entscheidet ~ wichtig ist vor allem, dass die eingesetzten Systeme nach den anerkannten Regeln der Technik geprüft und geplant sind, erklärt Wang aus Sicht der Versicherer. Die Abnahme nach der Installation und regelmäßige Wartung sind weitere Voraussetzungen dafür, dass sich Anlagenbetreiber sicher fühlen können.

Großes Entwicklungspotenzial Beinahe zeitgleich mit dem Leitfaden der Versicherer hat der Germanische Lloyd einen Leitfaden zur Zertifizierung von Brandschutzsystemen für Windenergieanlagen herausgegeben.

Inzwischen sind erste Aufträge im Haus und werden bearbeitet, berichtet Michael Broschart, der bei GL Renewables Certification zuständig ist für die Zertifizierung der Sicherheitstechnik von Windenergieanlagen. Zahlreiche Anfragen hauptsächlich seitens der Hersteller von Brandschutzsystemen, aber auch der Windradkonstrukteure deuten für ihn auf ein wachsendes Bewusstsein hinsichtlich der Bedeutung des Themas hin. Und aufgrund erster Erkenntnisse aus dem operativen Betrieb schreite die technologische Entwicklung rasant voran. Deshalb ist für 2011 bereits eine Revision des Brandschutzleitfadens angedacht. Dabei soll auch der Zertifizierungsprozess selbst überarbeitet werden, so dass es künftig zwei Möglichkeiten gibt: eine allgemeine Zertifizierung des Brandschutzsystems und eine anwendungs- und anlagenspezifische Typenzertifizierung.

Besonders Rauchmeldesysteme konnten die Hersteller in letzter Zeit technisch optimieren. Heute bieten sie mehr Zuverlässigkeit hinsichtlich Fehlerquoten und Fehlauslösungen.

Das schafft nicht nur mehr Vertrauen in solche Systeme, sondern wirkt sich auch positiv auf die Wirtschaftlichkeit ihres Einsatzes aus, betont Broschart. Zu tun gebe es für die Brandschutzentwickler dennoch genug: Gerade hinsichtlich der extremen Betriebs- und Einsatzbedingungen bei Windenergieanlagen hält die Zukunft noch ein großes Entwicklungspotenzial bereit. n STEFANKOHL Rotorblattversagen - Gefährdungsanalyse für die Umgebung einer Windenergieanlage Thomas Hahm, Jürgen Kröning TÜV Nord Hamburg, Germany Zusammenfassung

Die Flugbahnen von Blattbruchstücken einer pitch-geregelten Windenergieanlage mit 77m Rotordurchmesser wurden auf der Basis detaillierter Daten berechnet. Einzelne Bruchstücke erreichen Flugweiten von etwa 600m.

In verschiedenen Fallstudien wurden die Haupteinflussparameter variiert und jeweils 153 000 Flugbahnen ausgewertet. Darauf aufbauend wurde die Auftreffwahrscheinlichkeit auf ein 50x20m großes Gebiet und damit die Schadenshäufigkeit ermittelt. Das resultierende Risiko ergibt sich aus dem Produkt von Schadenshäufigkeit und Schadenshöhe. Letzteres erfordert eine detaillierte Analyse möglicher Schadensszenarien. Zur Bewertung des Risikos wird das Prinzip der minimalen endogenen Sterblichkeit herangezogen. Anhand eines einfachen Beispieles wird das grundsätzliche Vorgehen erläutert. Während im Falle angrenzender Wohnbebauung die üblichen Einschränkungen durch Schattenwurf, Lärmpegel etc. in der Regel Abstände vorgeben, bei denen das Risiko durch Rotorblattversagen vernachlässigbar ist, kann das Risiko bei angrenzenden Industrieanlagen und stark frequentierten Verkehrswegen durchaus von Bedeutung sein.

1. Einleitung Windenergieanlagen erreichen Blattspitzengeschwindigkeiten von ca. BOm/s. Das einzelne Blatt einer Multi-Megawatt-Anlage wiegt mehrere Tonnen. Die in der Anlage gespeicherte kinetische Energie stellt eine potentielle Gefährdung für die Umgebung dar, wenn infolge eines Rotorblattversagens das Blatt oder ein Teil davon abreißt.

Abb.1: Rotorblattbruch. Abbruch eines ca. Grundlage bildet die Darstellung der Geometrie und Aerodynamik des Rotorblattes auf einer endlichen Anzahl von Profilschnitten. Profiltiefe und -dicke, spezifisches Gewicht sowie die aerodynamischen Kennwerte für alle Anströmwinkel werden auf jedem Profilschnitt vorgegeben. Als Referenzanlage dient eine pitch-geregelte Windenergieanlage (WEA) mit 77m Rotordurchmesser, BOrn Nabenhöhe und einer maximalen Blattspitzengeschwindigkeit von 74m/s. Die Geometrie der Anlage ist auf 20 Profilschnitte definiert. Zur Beschreibung der Aerodynamik existieren 12

Profile, zwischen denen linear interpoliert wird.

Zu Beginn der Berechnung wird die Winkelposition des Blattes auf seinem Weg um die Rotordrehachse vorgegeben, wobei 0°

3. Berechnungsergebnisse

Einzelereignis Abbildung 2 zeigt beispielhaft die Flugbahn eines größeren Blattbruchstückes.

Abb.2: Flugbahn eines Blattbruchstückes.

Die Einzelberechnung liefert neben der Flugweite auch Aussagen über die Schwerpunktsgeschwindigkeit, die Rotationsgeschwindigkeit sowie die Translations- und Rotationsenergie zum Zeitpunkt des Aufschlags. Stellt man für sonst gleiche Ausgangsdaten die Abhängigkeit der Flugweite von der Winkelposition des Blattes dar, lassen sich die zwei Maxima erkennen (Abbildung 3.). Abb.4: Auftreffpunkte für 153 000 Einzelereignisse.

Standort der WEA im Koordinatenursprung.

Windrichtung in positiver y-Achse.

In weiteren Fallstudien wurden die Anlagenparameter Turmhöhe, Blattspitzengeschwindigkeit und Blattgewicht verändert. Risikostudie

In einer Studie des Instituts für Solare Energieversorgungstechnik (ISET) in Kassel wurden 1144 WEA aus den Datenbeständen des Wissenschaftlichen Mess- und Evaluierungsprogramms (WMEP) hinsichtlich Rotorblattversagen ausgewertet [1]. Die in die Bewertung aufgenommenen Schadensfälle wurden im Zweifelsfall immer hinsichtlich eines Blattabrisses gedeutet, so dass sich insgesamt eine konservative Einschätzung für die Eintrittswahrscheinlichkeit eines Blattbruchs ergibt. Ermittelt wurde ein Wert von 10-2 pro Anlage und Jahr.

Unterstellt man für die in Kapitel 3 durchgeführten Fallstudien eine gleichverteilte Windrichtungshäufigkeit, kann eine richtungsunabhängige Häufigkeit für die Flugweite abgeleitet werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Objekt von einem Bruchstück getroffen wird, ist dabei direkt abhängig von dessen räumlicher Ausdehnung.

Im Rahmen dieser Studie wird ein 50x20m großes Areal betrachtet. Zusammen mit der eingangs dargestellten Eintrittswahrscheinlichkeit für einen Blattabriss, lässt sich damit die Auftreffhäufigkeit quantifizieren.

Unterstellt man, dass im betrachteten Areal das Auftreffen eines Blattbruchstückes auch automatisch zu einem Schaden führt, dann kann die Auftreffhäufigkeit mit der Schadenshäufigkeit gleichgesetzt werden.

Das resultierende Risiko ergibt sich aus dem Produkt dieser Schadenshäufigkeit mit der Schadenshöhe. Letzteres erfordert eine detaillierte Analyse möglicher Szenarien, um die möglichen Auswirkungen (Sach- und Personenschäden) und deren Wahrscheinlichkeiten erfassen zu können.

Für eine Bewertung muss anschließend das tolerierbare Risiko festgelegt werden. In der Literatur findet sich das Konzept der minimalen endogenen Sterblichkeit (MEM) [2]. Die endogene Sterblichkeit beschreibt das Risiko des Todes durch technologische Tatsachen. Dazu zählen die Risiken durch Sport, Heimwerker-Tätigkeiten, Arbeitsmaschinen oder Verkehr. Ausdrücklich ausgeschlossen sind Krankheit und angeborene Missbildungen. Die minimale endogene Sterblichkeitsrate beträgt in entwickelten Ländern 2x10-4 Todesfälle/Person/Jahr. Dies betrifft die Gruppe der 5 bis 15jährigen. Aus dem Postulat, dass die minimale endogene Sterblichkeit durch die Einführung einer neuen Technologie nicht nennenswert erhöht werden darf, wird gefordert, dass die Sterblichkeit aufgrund dieser Technologie nicht mehr als 10-5 Todesfälle/Person/Jahr betragen darf.

Betrachten wir als Beispiel wieder das Areal der Ausdehnung 50x20m und interpretieren dies als ein 50 m langes Autobahnstück. Mit der konservativen Abschätzung für den Eintritt eines Blattabrisses aus [1] und der Verteilung der Häufigkeiten aus Abb. ergibt sich die Wahrscheinlichkeit für einen Schaden. Nehmen wir weiter an, dass es in der Folge zu einem Toten kommt, haben wir die Schadenshöhe festgelegt. In diesem Fall also 1

Todesfall. Das Produkt aus Schadenshöhe und Schadenshäufigkeit, also muss die geforderte Wahrscheinlichkeit von 10-5

Todesfällen pro Anlage und Jahr unterschreiten. Aufgrund des höheren Impulses steigt der Mindestabstand ebenfalls mit größerer Blattspitzengeschwindigkeit bzw. Blattmasse.

Der ermittelte Mindestabstand ist stark von der Fläche abhängig für die der Einschlag eines Blattbruchstückes postuliert wird. Im Falle benachbarter Wohnbebauung resultieren aus den üblichen Einschränkungen durch Schattenwurf, Lärmpegel etc. in den meisten Fällen so große Abstände, dass das Risiko durch Rotorblattversagen vernachlässigt werden kann. Kassel 1996.

[2] DIN EN 50126; Bahnanwendungen Spezifikation und Nachweis der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Instandhaltbarkeit und Sicherheit (RAMS); Deutsches Institut für Normung ev, März 2000.