Windenergie ist ein wichtiger Baustein für die Energiewende. Für maximale Stromerträge sind die Anlagen heute auf beeindruckende Ausmaße gewachsen, bei denen die Blätter bereits durch ihr Eigengewicht stark belastet sind. Einen Ausweg bieten smarte Rotorblätter, bei denen die Hinterkante flexibel gestaltet ist, um Lasten zu reduzieren. Eine solche Hinterkante ist im Rahmen der SmartBlades I und II Projekte am DLR ausgelegt und gebaut worden. Höhepunkt war dabei ein Freifeldversuch in Kooperation mit der Technischen Universität in Dänemark (DTU), bei dem ein zwei Meter Profilsegment mit flexibler Hinterkante an einem Rotationsprüfstand montiert, gedreht und vermessen wurde. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die Hinterkante die Strömung beeinflusst und Biegelasten auf dem Rotorblatt reduziert werden können.
Vom Flugzeug in die Windkraft
Die Beeinflussung der Umströmung ist bei Flugzeugen schon seit den Anfangstagen bekannt: Mit Höhen- Quer- und Seitenruder findet die Steuerung statt. Gemein ist allen Rudern ein beweglicher Teil des Profils an der Hinterkante. Was liegt also näher, als diesen Ansatz auch zur Lastreduktion an den Blättern von Windenergieanlagen einzusetzen? Regen, Staub, Insekten und die bei Windenergieanlagen schwierige Wartung erfordern jedoch neue Ansätze. Gelöst wurde dies mit der Verwendung einer flexiblen Hinterkante, die mittels Elastomeren eine Dichtigkeit gegen Umwelteinflüsse bietet. Dadurch können sowohl Gelenke, als auch Antriebe längere Standzeiten erreichen. Eine solche Hinterkante wurde in den letzten Jahren am DLR ausgelegt und auf einen zwei Meter Spannweite messenden Demonstrator gebracht. Mit diesem können Versuche an einer einmaligen Testanlage der Dänischen Technischen Universität Dänemarks (DTU) in Risø vorgenommen werden.
Rotationsversuch im Freifeld
Zum Rotationsversuch wird das Profilsegment der flexiblen Hinterkante an einen Ausleger montiert, der mittels Motorkraft gedreht wird. Somit sind repräsentative Tests der Hinterkante in relevanter Umgebungsbedingung möglich. Es konnte dabei in über fünf Stunden Messzeit gezeigt werden, dass die flexible Hinterkante die Strömung wie erwartet beeinflusst. Wird die flexible Hinterkante auf den Anstellwinkel der Strömung gesteuert, konnte eine Reduktion des Biegemomentes im Ausleger beobachtet werden, womit das Auslegungsziel der Lastreduktion bestätigt wird. Mit diesen Ergebnissen aus dem Rotationsversuch bestehen die nächsten Schritte darin, die flexible Hinterkante auf ein reales Rotorblatt zu übertragen und damit die Technologiereife zu steigern. Dafür wird am DLR bereits eine Forschungsturbine mit einer Blattlänge von 20m entworfen, die für derartige Versuche genutzt werden kann.
