Messsysteme und Datenerfassung auf MS „Annika Braren“ erfolgreich installiert und in Betrieb
Um die Effizienz des Fletter-Rotors im Rahmen des FlettnerFLEET-Projekts zu untersuchen, ist es unerlässlich, die einfallenden und repräsentativen Windbedingungen des Schiffs sowie die Vibrationen uns Auslenkungen des Rotors selbst zu kennen. Daher haben die Wissenschaftler ein umfassendes Messsystem, bestehend aus einem Rotor und einem Windmesssystem, aufgebaut, um die Leistung des Rotors zu verstehen, zu bewerten und folglich zu verbessern. Nach intensiver Planung nutzte das IWES-Team die Zeit während des Löschens der Ladung im Hafen von Brake und die Reisezeit von und nach Brunsbüttel für die Installation am 29. April 2024.
Das Rotormesssystem
Das mechanische Messsystem am Rotor erfasst Dehnungssensoren zur Bestimmung der Biegemomente und Laserabstandssensoren zur Untersuchung der Verformung des Rotors. Außerdem wurden Beschleunigungssensoren installiert, um Informationen über die Schwingungen des Rotors in verschiedenen Betriebszuständen zu erhalten. Luftfeuchtigkeit und Temperatur werden aufgezeichnet, um die atmosphärischen Umgebungsbedingungen zu beobachten. Die Messungen werden kontinuierlich aus der Ferne überwacht, um eine hohe Datenqualität zu erreichen.
Verbinden und Löten der Dehnungssensoren im Stator @ Fraunhofer IWES / Thole Horstmann
Einfahrt in die Schleuse Brunsbüttel @ Fraunhofer IWES / Thole Horstmann
Das Windmesssystem
Die Messungen der Windströmung werden mit zwei Lidar-Systemen (Light detection and ranging) durchgeführt. Da die Struktur des Schiffes die Windströmung stört, muss der ungehindert strömende Wind in ausreichender Entfernung vom Schiff gemessen werden. Lidar Geräte messen den Wind aus der Ferne in mehreren Entfernungen von ihrer Position und sind daher für die Mission am besten geeignet.
Das in Abbildung 1 gezeigte Windmesssystem wurde speziell für diese Aufgabe konzipiert und aufgebaut. Es enthält zwei Lidar-Geräte:
- Das Gondel-Lidar (Nr. 2 in Abbildung 1) ist in Fahrtrichtung des Schiffes ausgerichtet und misst die Windströmung in verschiedenen Abständen vor dem Schiff.
- Das Profil-Lidar (Nr. 3 in Abbildung 1) ist nach oben gerichtet und misst die Windströmung in verschiedenen Höhen über dem Schiff.
Abgesehen von den Lidars enthält das Windmesssystem sekundäre Sensoren, die Daten wie Position, Bewegung und atmosphärische Bedingungen aufzeichnen. Darüber hinaus ist das Lidar-System mit Kommunikationsgeräten ausgestattet, die die Fernübertragung von Daten und Systemsteuerung ermöglichen.
Abbildung 1: Lidar-Windmesssystem. Komponenten: 1) GPS Antennen, 2) optischer Kopf des Gondel-Lidars, 3) Profil-Lidar, 4) Verarbeitungseinheit des Gondel-Lidars 5) Kommunikations- und Steuereinheit, 6) Wassertank, 7) Satellitenantenne, 8) Wetterstation, 9) GSM-Antenne, 10) Stromversorgungseinheit, 11) Bewegungssensor
Seit der Installation werden die Daten täglich über mobile Datenübertragung an den Fraunhofer IWES Server gesendet. Diese Daten werden kontinuierlich überwacht, um sicherzustellen, dass das Windmesssystem erwartungsgemäß funktioniert. Dies kann bestätigt werden, da eine hohe Korrelation zwischen den Lidar-Messungen und plausiblen sekundären Sensorendaten zu erkennen ist (z.B. keine Bewegung, wenn sich das Schiff in einem Hafen befindet).
Abbildung 2: Standort des Lidar-Windmesssystems auf der MS „Annika Braren“. Blick vom Kompassdeck (links) und Blick von der Seite des Schiffes (rechts)
Wie geht es weiter?
Momentan arbeitet das Team am Fraunhofer IWES an der Bereinigung und Korrektur der Winddaten anhand der von den Sekundärsensoren aufgezeichneten Bewegungsdaten. Darüber hinaus wird die Plausibilität der verarbeiteten Winddaten durch den Vergleich mit dem Reanalyse Datensatz ERA5 der fünften Generation verifiziert. Zu guter Letzt werden die Prozesse automatisiert, und die Daten werden den Projektpartnern zur weiteren Analyse zur Verfügung gestellt.
