Das DLR baut gemeinsam mit Enercon und dem Forschungsverbund Windenergie den Forschungspark Windenergie auf. Neue Technologien wie Anlagenregelungen oder Strukturüberwachungssysteme sind dann an den hochinstrumentierten Windenergieanlagen der neuesten Generation untersuchbar. Die aerodynamische Wechselwirkung zwischen den Anlagen ist einer der Forschungsschwerpunkte, um den Einfluss der Nachlauflasten auf die Struktur zu untersuchen. Zur Bewertung dieser Wechselwirkung auf der Strukturebene bedarf es validierter aerodynamischer, meteorologischer und aeroelastischer Modelle. Diese stellen Strukturlasten für eine weitere Analyse bereit. Im Bereich der Bauteilbewertung von Faserverbundstrukturen ist dies der letzte Schritt in einer Testhierarchie. Sie reicht von Subkomponentenuntersuchungen über Prüfstandtests bis hin zu Messungen an einer einzelnen Anlage. Das Ergebnis sind hochgenaue validierte Strukturmodelle.
Wie baue ich einen Windpark
Die Modellierung eines Windparks ist eine große Herausforderung. Durch die dichte Bebauung zwischen den Anlagen beeinflusst der Nachlauf einer Windenergieanlage die dahinter stehenden. Wie bei der Wirbelschleppe eines Flugzeugs sorgen die Verwirbelungen des Nachlaufs für eine deutlich größere strukturelle Belastung. Gleichzeitig ernten die Windturbinen weniger Strom. Eine parkweite Regelung ist eine Möglichkeit, diese Herausforderungen zu bewältigen. Zukünftig ist nicht nur der maximale Energieertrag ein Optimierungsziel. Nimmt der Betreiber neben dem Ertrag die Lebensdauer mit in den Blick, sind die operationellen Kosten reduzierbar. Dies führt bei sinkenden Erträgen von Einzelanlagen zu steigenden Erträgen im gesamten Park.
Genauigkeit
Die Qualität einer solchen strukturellen Bewertung hängt maßgeblich von der Qualität der verwendeten Modelle ab. Es ist daher sinnvoll, neben der Validierung auf Parkebene Einzelmodelle und teilweise gekoppelte Simulationen zu validieren. Eine mehrschichtige Validierungsstrategie beschreibt klare Modellierungsziele, Definitionen von Schnittstellen zwischen verschiedenen Disziplinen und Validierungsszenarien. Startpunkt für die strukturmechanischen Modelle ist das Windrotorblatt als wesentliche Komponente. Im Projekt Smartblades 2 fand eine Validierung statt. Das Strukturmodell des Windrotorblatts bildet die gemessenen Verformungen und Dehnungen sehr gut ab. Auch stimmen die Eigenfrequenzen und Eigenformen sehr gut überein. Das Rotorblattmodell ist die Basis für die Bewertung von Strukturmodellen verschiedener Güte und Komplexität, wie sie beispielsweise in einer Lastenberechnung nötig sind. Die Daten sind am Ende des Projekts als Referenz als Abaqus-, Ansys- und Nastran-Format verfügbar. Das ermöglicht der Industrie und den Forschenden, ihre Modelle und Methoden zu verifizieren, zu validieren und zu verbessern.
