„Untersuchung der turbulenten Einströmung im Rotornahfeld“ Task 2.1.5 im Projekt „Smart Blades - Entwicklung und Konstruktion intelligenter Rotorblätter“ (FKZ 0325601D)

Projektleiter: Forwind – Zentrum für Windenergieforschung, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg

Fragestellungen

  • Welche lokalen Turbulenzstrukturen sind im Rotornahfeld zu erwarten?
  • Welche Auswirkungen haben lokale Turbulenzstrukturen auf den Rotor?
  • Welche Rückwirkung hat der Rotor auf die turbulente Windstruktur?

Motivation

Die Belastung der Rotorblätter von Windenergieanlagen werden maßgeblich durch die turbulente Anströmung des Windes bestimmt. In Folge sind bis zu 108 Lastwechsel während der 20-jährigen Betriebszeit einer Windenergieanlage zu erwarten. Die Erforschung der genauen zeitlichen und räumlichen Struktur des turbulenten Windfelds im Rotornahfeld in der Anströmung war bisher nur eingeschränkt möglich. Derzeitige Messmethoden beschränken sich auf Punktmessungen, z.B. mit Anemometern oder relativ langsame Abtastraten (5 - 20 Hz) mit gepulsten LiDAR-Geräten.

Messungen in alpha ventus

Im Rahmen des vom BMWI geförderten Projektes Smart Blades wird ein so genannter „short-range Windscanner“ angeschafft, welcher im RAVE Projekt auf einer Anlage im Windpark montiert werden soll. Mit diesem Gerät ist die Abtastung von bis zu 400 Messpunkten pro Sekunde auf einer Messfläche in Form einer Kugelkappenoberfläche in einem Abstand von bis zu 200 m möglich. Die räumliche Auflösung in Strahlrichtung ist abhängig vom Fokusabstand deutlich kleiner, während die zeitliche Auflösung 10-40 mal größer als bei bisher verwendeten Geräten ist.

Der short-range Windscanner soll im Spinner bzw. auf der Gondel einer Anlage ca. sechs Monate betrieben werden. Ziele der Messkampagne sind:

  1. Ableitung von Turbulenzcharakteristiken und Windfeldeigenschaften im Vorstau der Windenergieanlage zur Bereitstellung für aerodynamische und aeroelastische Analysen
  2. Korrelation der gemessenen turbulenten Windströmung mit lokalen Belastungen zur Validierung von aeroelastischen Modellen
  3. Bereitstellung von Referenzdaten für die Spezifikation von einfachen, robusten laser-optischen Systemen für prädiktive Regelungsverfahren

Kontakt

ForWind – Zentrum für Windenergieforschung
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
Ammerländer Heerstr. 126, D-26129 Oldenburg
Tel. +49 441 798 5060
Arbeitsgruppe Windenergiesysteme, Prof. Dr. Martin Kühn


Abbildung 1: Mögliche Messtrajektorie mit Spinnerlidar an einer Anlage in Alpha Ventus