Prüfingenieure haben ein Rotorblatt mit Biegetorsionskopplung (BTK) entworfen. Der Test von diesem umfasst neben der Prüfung der je zwei Schlag- und Schwenkrichtungen auch eine Torsionsprüfung. Der Aufbau für den Torsionstest des Rotorblattes ähnelt dem Szenario bei der statischen Prüfung, erfordert aber einen höheren Aufwand für die exakte Messung der zusätzlichen Verformung. Anschließend erfolgt ein dynamischer Test, dabei werden die Belastungen eines kompletten Rotorblattlebens von 20 Betriebsjahren, in einem stark verkürzten Zeitraum, nachgebildet.
Anlagenstruktur wird entlastet
Das Konzept der Biegetorsionskopplung an Rotorblättern wird seit geraumer Zeit in der Windbranche untersucht. Die Kopplung der Schubbelastung mit der Torsion der Struktur des Rotorblatts hat den Vorteil, dass ohne zusätzliche regelungstechnische Stellglieder eine sofortige Reaktion auf Böen erfolgen und so die Anlagenstruktur entlastet werden kann.
Die Herausforderung bei der BTK ist die genaue Vorhersage vom dynamischen Verhalten des Rotorblatts und der strukturellen Umsetzung. Insbesondere bei sehr großen Blättern stoßen klassische Blattverstell-Systeme an ihre Grenzen, denn diese sind zu langsam und können somit lokale Böen nicht erfassen.
Wirtschaftlichkeit von Windenergie weiter steigern
Im Projekt Smart Blades 2 untersuchen die Mitglieder des Forschungsverbundes Windenergie unter anderem, wie BTK bei sehr großen Blättern zuverlässig und effektiv eingesetzt werden kann. Zu den Mitgliedern gehören DLR, ForWind und das Fraunhofer IWES, und die sechs Industriepartner GE Global Research, Henkel, Nordex Energy, Senvion, SSB Wind Systems, Suzlon Energy und WRD Wobben Research and Development. Das Projektziel ist die weitere Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Windenergie.
Kosteneinsparung durch BTK
Neu zu konzipierende Anlagen werden durch die Verwendung von Rotorblättern mit BTK, im Vergleich zu herkömmlichen Blättern leichter. So lassen sich bei gleichem Ertrag, Material- und Logistikkosten einsparen. Hingegen bei bestehenden Anlagen, kann durch den Einsatz von Rotorblättern mit Biegetorsions-Kopplung der Rotordurchmesser erhöht werden, ohne dass weitere Anlagenkomponenten zu verstärken sind. Durch die höhere Windernte würde das zu einer Ertragssteigerung führen.
Blades 1 schuf Grundlage für Blades 2
Im Vorgängerprojekt Smart Blades 1, wurden Simulationswerkzeuge für das Blattdesign entwickelt und erweitert. Im aktuellen Projekt wurden sie nun gebaut und experimentell validiert. Die in dem ersten Projekt verwendeten Tools ermöglichen die gezielte Einbringung von BTK in den Auslegungsprozess. Auf Basis dieses Designs, wird im Projekt Smart Bades 2 ein Rotorblatt gefertigt und getestet.
Feldversuch gestartet
Der nächste Schritt ist nun, im Rahmen eines Feldtests den Effekt der Biegetorsionskopplung auf die gesamte Windenergieanlage zu vermessen. Dazu wurde eine Messkampagne aufgesetzt, die zeigen soll ob sich die in der Simulation gezeigte Lastreduktion durch BTK im Betrieb nachweisen lässt und der Effekt so stark ist wie erwartet.
Unter Leitung der IWES-Gruppe für akkreditierte und zertifizierte Feldmessungen, werden an der Testturbine des US-amerikanischen Projektpartners National Renewable Energy Laboratory, Messungen mit einem neu entwickelten, sogenannten Aeroprobe-System durchgeführt. Dabei messen zwei Drucksonden an der Blattoberfläche die Umströmung der Rotorblätter. Außerdem wird die Beschleunigung an der Blattspitze und die Verformungen im Blatt während des Betriebs detektiert.
Erprobung für kommerziellen Betrieb
Das untersuchte SmartBlades2-Rotorblatt fungiert als Technologiedemonstrator und soll die Nutzbarkeit dieser Technik für kommerzielle große Blätter untersuchen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Projekt mit einem Fördervolumen von insgesamt 15,4 Millionen Euro.
