IEA Wind Task 54: Performance Envelopes von Rotorblattheizungssystemen (2025)

Die Vereisung von Windkraftanlagen stellt eine große Herausforderung in kalten Klimazonen dar. Sie kann zu erheblichen Ertragsverlusten führen und das Sicherheitsrisiko erhöhen. Eine heutzutage bereits vielfach eingesetzte Lösung sind Rotorblattheizungssysteme, die die Vereisung durch gezielte Erwärmung von Teilen der Rotorblattoberfläche verhindern bzw. abtauen. Diese Systeme haben jedoch einen begrenzten Leistungsbereich, den sogenannten Performance Envelope, der durch die vorherrschenden Umgebungsbedingungen beeinflusst wird. Ziel der Untersuchungen im Rahmen des Subtasks zum IEA Wind Task 54 war die Definition, Modellierung und Validierung des Performance Envelopes, um die Effizienz von Rotorblattheizungssystemen zukünftig besser bewerten zu können. 

Im Mittelpunkt der Arbeiten des Subtasks stand die Entwicklung einer Modellierung unter Berücksichtigung der Rotorblattdimensionen, der Heizleistung des Systems und den meteorologischen Umgebungsbedingungen in Form von Temperatur, Windgeschwindigkeit sowie dem Gehalt an flüssigem Wasser in der Luft. Das Modell berechnet eine Grenzkurve bis zu derer die Heizleistung ausreicht um die beheizte Fläche des Rotorblatts auf eine konstante Temperatur zu erwärmen. Diese Grenzkurve stellt den Performance Envelope des Systems dar. Daran anknüpfend wurde zum einen eine Datenbank erstellt, die beispielhafte Zeitreihen von Vereisungsereignissen unterschiedlicher Weltregionen beinhaltet, die wiederum in das Modell eingespeist werden können. So lassen sich die Unterschiede im Vereisungsgeschehen, wie auch die resultierende Leistungsfähigkeit von Rotorblattheizungssystemen in spezifischen Regionen darstellen. 

Zum anderen wurde eine Methodik zur Validierung von Rotorblattheizungssystemen entwickelt, die es anhand von Temperaturmessungen der Blattoberfläche unter Hinzunahme der Modellierung des Performance Envelopes ermöglichen soll, die Leistungsfähigkeit des Systems im Feld nachzuweisen. Zielsetzung der erarbeiteten Tools und Prozesse ist die Beförderung einer Standardisierung, um unterschiedliche Systeme in den verschiedenen Phasen der Projektentwicklung und des Betriebs besser bewerten und vergleichen zu können.