Technologie

Rotorblätter mit Biege-Torsionskopplung

14.12.2018 - Feldmesskampagne für SmartBlades2 an Wind­kraft­anlage in Colorado.

Drei innovative, zwanzig Meter lange Rotorblätter des SmartBlades2-Projekts werden in den kommenden vier Monaten im US-Bundes­staat Colorado bei Wind und Wetter unter­sucht. Dafür wurden die vom Fraun­hofer-Institut für Wind­energie­systeme ent­worfenen und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raum­fahrt gebauten Rotor­blätter erfolg­reich an einer Test­anlage des National Renew­able Energy Labora­tory des amerika­nischen Energie­minis­teriums instal­liert. Die Mess­kampagne soll unter anderem klären, wie gut die mit einer Biege-Torsions­kopp­lung konstru­ierten Rotor­blätter in der Lage sind, Spitzen­lasten bei stark wechsel­hafter Wind­stärke effektiv zu redu­zieren. Die Mess­ergeb­nisse dienen als Grund­lage für die Weiter­ent­wick­lung von intel­li­genten Rotor­blättern.

Mit einer Biege-Torsionskopplung ausgestattete Rotorblätter können sich selbst­ständig an die Wind­ver­hält­nisse anpassen: Bei höheren Wind­geschwin­dig­keiten ver­windet sich das Rotor­blatt und bietet dem Wind somit weniger Angriffs­fläche. Dadurch werden die Belas­tungen auf die Anlage redu­ziert und die Lebens­dauer der Rotor­blätter erhöht. Um das aero­elas­tische Ver­halten der neu ent­wickelten Blätter in der Mess­kampagne voll­ständig zu erfassen, wurde bereits bei der Ferti­gung im DLR-Zentrum für Leicht­bau­produk­tions­techno­logie in Stade von den Partnern speziell ent­wickelte Mess­technik in die Blätter inte­griert.

„Diese Messkampagne ist die erste Bewährungsprobe für unsere Ent­wick­lungen. Wir sind sehr gespannt, wie sich unsere Rotor­blätter in diesem Frei­feld­test ver­halten werden“, sagt SmartBlades2-­Projekt­managerin Zhuzhell Montano Rejas vom DLR-Institut für Faser­verbund­leicht­bau und Adap­tronik. Die dabei gewon­nenen Erkennt­nisse sollen in die Ver­besse­rung von Simu­la­tions­modellen für Wind­energie­anlagen der nächsten Gene­ra­tion ein­gehen. Die Feder­führung der Mess­kampagne liegt beim Fraun­hofer-IWES. „Um die Ver­formungen, Beschleuni­gungen und Beanspru­chungen der Blätter zu erfassen, setzen wir mehrere Mess­systeme ein, welche Messungen über die gesamte Blatt­länge erlauben. Die Um­strö­mung der Rotor­blätter an der Ober­fläche wird mit einem aero­dyn­amischen Mess­system erfasst“, sagt der Leiter der Mess­kampagne, Christian Kress vom IWES. Im Inneren der Rotor­blätter messen unter­schied­liche Systeme, wie stark sich die Blätter bei Wind­last ver­biegen und ver­winden. Auch die Test­turbine ist mit umfang­reicher Mess­technik aus­ge­stattet.

Die Messergebnisse werden mit Daten zu den Wind­ver­hält­nissen korre­liert. Dazu erfassen Mess­systeme Wind­geschwin­dig­keiten, Wind­rich­tungen, verti­kale Wind­scherungen und lokale Turbu­lenzen mit hoher räum­licher Auf­lösung. Der Abgleich des von den Sensoren gemes­senen Struktur­ver­haltens mit den Wind­daten wird zeigen, ob die ent­wickelten Rotor­blätter das gewünschte Ver­halten auf­weisen. Zu Anfang der Mess­kampagne wird das ein­strömende Wind­feld gemessen, am Ende die Nach­lauf­strömung hinter der Wind­energie­anlage, um den Ein­fluss der Anlage auf die Strömung besser ver­stehen zu können. Die Wind­bedin­gungen am Stand­ort am Rande der Rocky Mountains reichen im Winter von sehr niedrigen bis zu sehr hohen und böigen Wind­geschwin­dig­keiten. So können die Forscher die SmartBlades2-Rotor­blätter unter viel­fältigen Umgebungs­bedin­gungen erproben. Durch die Mess­kampagne erwarten die Partner des Projekts SmartBlades2 aussage­kräftige Ergeb­nisse zum Ver­halten der neuen Rotor­blätter. Die Validie­rungs­auf­gaben beginnen mit der Daten­aus­wer­tung bereits während der Messungen und werden bis zum Projekt­ende im Herbst 2019 fort­ge­führt. Das Projekt unter­stützt die Industrie bei der Weiter­ent­wick­lung von Rotor­blättern mit Biege-Torsions­kopp­lung und soll den Weg für die Ein­führung dieser Techno­logie ebnen.

DLR / RK

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