07.10.2022, 09:42 Uhr

DLR testet Hightech-Rotorblätter für Forschungswindpark erfolgreich


© DLR

Köln - Die immer größeren und leistungsfähigeren Anlagen stellen die Windindustrie angesichts begrenzter Testmöglichkeiten vor Herausforderungen. Ein neuer Forschungswindpark in Niedersachsen soll zur technologischen Weiterentwicklung von Windenergieanlagen beitragen. Dabei kommen Hightech-Rotorblätter mit einer umfangreichen Messsensorik zum Einsatz.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) plant und baut gemeinsam mit Partnern in Krummendeich in Niedersachsen den Forschungspark Windenergie (WiValdi). Die Testeinrichtung soll im Laufe des Jahres 2022 in Betrieb gehen. Die Testeinrichtung ermöglicht die Forschung im Originalmaßstab, um Technologien zur Steigerung der Akzeptanz, Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Windenergieanlagen zu entwickeln. Die Rotorblätter der Forschungsturbinen wurden bereits im Vorfeld des Praxiseinsatzes aufwändigen Analysen unterzogen. Mit den Tests soll die Basis gelegt werden, um später mit den Rotorblättern vor Ort in Krummendeich forschen zu können.

Windenergieanlagen leiser, langlebiger und effizienter auslegen und nachhaltiger betreiben lassen

Mit dem Forschungspark Windenergie WiValdi (WindValidation) baut das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im niedersächsischen Krummendeich eine in dieser Form einmalige Testinfrastruktur-Einrichtung auf. Mit ihr sollen künftig technologische Aspekte der Windkraft im Realmaßstab erforscht werden. Dazu sollen die zwei Windenergieanlagen des Forschungsparks mit speziellen Rotorblättern ausgestattet werden, die bereits während der Fertigung beim Windkraftanlagen-Hersteller Enercon mit rund 1.500 Sensoren bestückt wurden. Mit Hilfe der so ausgestatteten Rotorblätter wollen die Wissenschaftler untersuchen, wie sich Windenergieanlagen leiser, langlebiger und effizienter auslegen und nachhaltiger betreiben lassen. „Die Anlage ist wahrscheinlich die weltweit am umfassendsten mit Sensoren ausgestattete Windenergieanlage und wird auf Jahre ihresgleichen suchen“, so Dr.-Ing. Yves Govers vom DLR-Institut für Aeroelastik und Leiter des Arbeitspakets zur Instrumentierung der Rotorblätter.

Umfassende Tests liefern komplexen Datenpool und ermöglichen Aufbau von „digitalem Zwilling“

Bei modernen Windenergieanlagen werden die Blätter immer länger und gleichzeitig dank neuartiger Werkstoffe immer leichter. So können die Anlagen effizienter betrieben und auch Standorte genutzt werden, die weniger windhöffig sind. Damit sind jedoch auch neue technische Herausforderungen verbunden, da die Blätter niemals wirklich stillstehen und immer in Schwingung sind, ausgelöst durch Luftbewegungen oder selbst durch kleinste Vibrationen im Untergrund.

Bevor die 6 Rotorblätter im Forschungspark Windenergie montiert werden, wurden sie daher im Sommer 2022 in Bremerhaven am Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES) umfassenden strukturdynamischen Tests unterzogen. Bei diesen grundlegenden Untersuchungen konnte das Team des DLR-Instituts für Aeroelastik sowie für Faserverbundleichtbau und Adaptronik mit Unterstützung des IWES wichtige Eigenschaften der Rotorblätter bestimmen und einen bis dato weltweit einmaligen Datenpool erheben.

Die Daten ermöglichen nach DLR-Angaben sehr genaue Aussagen zum Verhalten der Rotorblätter und tragen dazu bei, Simulationen zu bestätigen und weiterzuentwickeln. Außerdem können die Forschenden auf dieser Grundlage einen „digitalen Zwilling“ der Rotorblätter aufbauen, der Forschung und Industrie dabei hilft, neue Standards zu entwickeln und die Blatt-Fertigung zu verbessern.

Biege- und Schwingungsverhalten bei Effizienzsteigerung im Fokus

Für die Versuche hängte das Test-Team die je rund 20 Tonnen schweren und 57 Meter langen Rotorblätter nacheinander mit Gummiseilen an einen Kran. Dafür kamen am vorderen und hinteren Ende der Blätter jeweils 500 Seile zum Einsatz, wie man sie vom Bungee-Jumping kennt. Im Rahmen der Tests wurden die Blätter mit einem speziellen Rüttelgerät oder mit Hammerschlägen in Schwingung versetzt. Durch die spezielle Aufhängung konnten die Forschenden die natürliche Schwingung des Blattes ohne den Einfluss von Umweltbedingungen bestimmen. Gleichzeitig wurde der Versuch dazu genutzt, um die bereits während der Produktion an und in den Blättern verbauten rund 1.500 Sensoren einzurichten und zu testen.

Zusätzlich wurden speziell für die Versuche viele weitere Messpunkte und Sensoren über die komplette Länge der Blätter angebracht und eingemessen. Bei einer zweiten Art von Test montierten die Forschenden eines der baugleichen Blätter an einen Prüfstand und zogen daran, um so Statik, Deformation und innere Belastung zu testen. Für einen effizienten, leisen und sicheren Betrieb müsse man das Verformungsverhalten der Rotorblätter gut kennen. Ein Blatt biege sich durch, verdrehe sich dabei aber auch. Besonders der Grad dieser Verdrehung sei wichtig, um die Effizienz zu steigern, so Govers mit Blick auf die durchgeführten Tests.

Quelle: IWR Online

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