Installation der SmartBlades2-Rotorblätter (Quelle: DLR)
Drei 20 Meter lange Rotorblätter des SmartBlades2-Projekts werden in den kommenden vier Monaten in Boulder, Colorado (USA), unter realen Bedingungen untersucht. Dafür wurden die vom Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES) entworfenen und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gebauten Rotorblätter an einer Testanlage des US-Forschungsinstitutes National Renewable Energy Laboratory (NREL) im National Wind Technology Center (NWTC) 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 intelligenter Rotorblätter.
Längere Lebensdauer, höhere Erträge
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 erfassen zu können, wurde bei der Fertigung der Rotorblätter speziell entwickelte Messtechnik in die Blätter integriert.
Erste Bewährungsprobe
»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 eingehen.
»Um die Verformungen, Beschleunigungen und Beanspruchungen der Blätter zu erfassen, setzen wir mehrere Messsysteme ein, die Messungen über die gesamte Blattlänge ermöglichen. Die Umströmung der Rotorblätter an der Oberfläche wird mit einem aerodynamischen Messsystem erfasst«, berichtet 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 von NREL zur Verfügung gestellte Testturbine ist mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet.
Überprüfung der Biege-Torsionskopplung
Die Messergebnisse werden mit Daten zu den Windverhältnissen korreliert, die NREL-Systeme und ein Spinner-Lidar-Messgerät des Zentrums für Windenergieforschung (ForWind) der Universität Oldenburg erfassen. Der Abgleich des von den Sensoren gemessenen Strukturverhaltens mit den Winddaten wird zeigen, ob die entwickelten Rotorblätter das gewünschte Verhalten zeigen.
Am 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 BMWi-geförderten Projekts SmartBlades2 aussagefähige 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.