Nichtvereisende Anemometer

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/500829

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Lokale Windmessungen bei Windenergieanlagen sind nötig, um diese zu steuern, zu überwachen und zu kontrollieren. Auch während der Planungsphase von Windkraftprojekten sind Windmessungen mit Anemometern gefragt. Es ist deshalb wichtig, dass man sich auf die Windgeschwindigkeiten, wie sie die Anemometer liefern, verlassen kann. Oft wird durch die Vereisung der Anemometer im rauen und kalten Klima die Windmessung verfälscht und unterschätzt. Speziell im Schweizer Alpenraum, aber auch in Kanada oder Skandinavien herrschen häufig Vereisungsbedingungen, welche die Windmessungen ereschweren. Gerade aber in den Alpen sind die Windverhältnisse für Windenergieanlagen günstig, so dass nichtvereisende Anemometer für die Schweizer Windenergieproduktion von Bedeutung sind.

Schlussbericht (Deutsch)

Das Institute of Materials and Process Engineering (IMPE) der School of Engineering an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) arbeitet intensiv an der Entwicklung von eishaftungsreduzierenden Beschichtungen für die Anwendung im Bereich Windenergie. Es konnten Beschichtungen realisiert werden, auf denen Eis bei Adhäsionsuntersuchungen im Labormassstab um über einen Faktor 100 schlechter haftet als auf Aluminium. Zwei Anti-Eis-Beschichtungen wurden innerhalb dieses Projekts in Zusammenarbeit mit der Firma Meteotest unter realen Bedingungen auf dem Höhenzug „Gütsch“ getestet. Als Modellsystem wurden Anemometer gewählt. Diese werden beispielsweise bei der Eiserkennung auf Windenergieanlagen eingesetzt. Sie müssen daher trotz vereisender Bedingungen zuverlässige Messwerte liefern. Es wurden sowohl beheizbare als auch nicht beheizbare Anemometerschalen mit den Anti-Eis-Beschichtungen versehen. Das Projekt beinhaltete eine Optimierung der Beschichtungsapplikation auf Material und Geometrie von Anemometerschalen und die Durchführung von Messungen in der Winterperiode 2012/13. Durch Überwachung der Anemometer anhand von Kamera- und Windmessdaten konnten die Phasen instrumenteller Vereisung bestimmt werden. Aufgrund von Hardware-Problemen konnten die Windgeschwindigkeiten der unbeschichteten Referenzsensoren über die gesamte Dauer des Pilotprojekts nicht ermittelt werden. Somit musste der Versuch ohne Referenz durchgeführt werden und nur die Performance der beschichteten Sensoren war direkt miteinander vergleichbar. Eine differenzierte Betrachtung der Vereisungsereignisse der unterschiedlichen Sensoren zeigte, dass keiner der Sensoren während der Winterperiode eisfrei geblieben ist. In Abhängigkeit der unterschiedlichen Beschichtungen der unbeheizten Sensoren wurden zwischen 409 und 712 Stunden (17 und 29,7 Tagen) instrumenteller Vereisung beobachtet. Die beheizten Sensoren zeigten zwischen 37 und 46 Stunden instrumentelle Vereisung. Insgesamt verdeutlichen die Ergebnisse des Pilotprojekts, dass eine weitere Optimierung der Anti-Eis-Beschichtungen zwingend notwendig ist. Leichte Unterschiede in der Performance der getesteten Beschichtungen bei Vereisungsereignissen lassen es aber als realistisch erscheinen, dass durch eine geeignete Beschichtung gezielt Einfluss auf das Eisadhäsionsverhalten genommen werden kann. Zudem wurde eine deutliche Diskrepanz zwischen den Ergebnissen aus Labor- und Feldversuch beobachtet. Für die effiziente Entwicklung wirkungsvoller Anti-Eis-Beschichtungen ist das Durchführen zuverlässiger Feldversuche zwingend notwendig.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Zürcher Hochschule fur Angewandte Wissenschaften (ZHAW)
Genossenschaft METEOTEST

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pfaffenroth,Cornelia
Fritsche,Johannes
Cattin,René

Zugehörige Dokumente

• Nichtvereisende Anemometer | Untersuchung der Wirksamkeit von Anti-Eis-Beschichtungen im Feldversuch - Schlussbericht [PDF] 1'319 kB

Schlussbericht (Englisch)

The Institute of Materials and Process Engineering (IMPE), part of the School of Engineering at Zurich University of Applied Sciences (ZHAW) is working intensely on the development of icephobic coatings for application in wind power industry. Surface coatings have been established that are able to lower ice adhesion on laboratory scale by a factor of about 100 compared to aluminium. Within the scope of this pilot project two different anti-ice-coatings were tested in place on the mountain range “Gütsch” in collaboration with Meteotest. Therefore, anemometers have been chosen as a model system. Anemometers play a major role in the detection of ice accretion on wind power plants by monitoring wind velocity and have to provide reliable data even under freezing conditions. Surface coatings have been applied to heated as well as non-heated anemometers. The project comprised an optimization of surface coating application onto anemometer material and geometry as well as taking measurements during the winter season 2012/13. Events of instrumental icing have been determined by camera surveillance and wind velocity data. Due to hardware failure wind velocity data of the non-coated reference anemometers could not be detected throughout the entire experiment. Thus wind data only allowed comparison of the surface coated anemometers. None of the anemometers remained ice-free within the course of the field trial. Depending on the kind of surface coating the total duration of instrumental icing of the non-heated anemometers was between 409 and 712 hours (17 and 29,7 days). The heated anemometers showed instrumental icing of 37 to 46 hours. Results of the pilot project reveal that further optimization of the anti-ice-coatings is required. Slight deviations in the performance of the surface coatings imply that ice adhesion can be influenced well-directed. Besides, a definite discrepancy between results from laboratory test and field trial was recognized. In order to design effective anti-ice-coatings the performance of reliable field trials is mandatory.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Zürcher Hochschule fur Angewandte Wissenschaften (ZHAW)
Genossenschaft METEOTEST

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Pfaffenroth,Cornelia
Fritsche,Johannes
Cattin,René