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Die Fertigung von Rotorblättern mit Biege- Torsionskopplung

 

• DLR-Energieforscher haben ein erstes innovatives Rotorblatt (SmartBlade) gebaut, das sich durch eine Biege-Torsionskopplung (BTK) an die Windverhältnisse anpassen kann.

• Das Rotorblatt wurde beim Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven auf die Belastbarkeit getestet.

 

Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben im Projekt »SmartBlades2« das erste innovative Rotorblatt fertiggestellt. Das Rotorblatt mit einer Länge von 20 m kann sich durch eine Biege-Torsionskopplung passiv an variable Windbedingungen anpassen. Bis Anfang Januar 2018 wurde das Rotorblatt beim Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven zahlreichen Belastungstests unterzogen. Im Forschungsprojekt »SmartBlades2« entwickeln Industrie und Forschungseinrichtungen innovative Technologien für größere und leistungsstärkere Windenergieanlagen (WEA). Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

 

Anpassung an die Windverhältnisse

Dreht sich eine große WEA mit Rotorblättern von 80 m Länge und mehr, befindet sich ein Rotorblatt zeitweise fast in Bodennähe und kurze Zeit später in einer Höhe von zirka 200 m. Durch die ungleichmäßige Windverteilung zwischen Bodennähe und dem oberen Teil der Anlage sind Rotorblätter einer stark schwankenden Windlast ausgesetzt. Dadurch entstehen hohe Belastungen für das Material des Rotorblatts, insbesondere bei Erreichen der Nennleistung der Anlage. Zudem müssen Anlagenbetreiber die Windräder bei starkem Wind drosseln und können die Energie der Luftströmung nicht optimal ausnutzen. Rotorblätter mit einer Biege-Torsionskopplung sind in der Lage, ihre Geometrie selbstständig an die Windverhältnisse anzupassen. Bei höheren Windgeschwindigkeiten verwindet sich das Rotorblatt und bietet dem Wind somit weniger Angriffsfläche, wodurch die Belastungen auf die Anlage reduziert werden können.

Wissenschaftler des DLR-Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik haben im Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) am DLR-Standort Stade ein 20 m langes Rotorblatt mit einer strukturellen Biege-Torsionskopplung gefertigt. Dabei wurden die Materialien des Blatts (Glasfaserverstärkter Kunststoff, Holz und Kunststoffschaum) so gelegt, dass es sich bei Windlast nicht nur nach hinten biegt, sondern vor allem in sich rotiert. »Durch die innovative Bauweise sind die Rotorblätter flexibler, sie können damit auch leichter und weniger massiv gebaut werden. Gerade bei sehr großen Windkraftanlagen ist weniger Gewicht ein großer Vorteil und erleichtert zudem den Transport und die Montage«, heißt es dazu in einer Medienmitteilung des DLR-Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik.

 

Tests unter Extremlast

Die Belastungstests erfolgten seit Dezember 2017 auf einem Rotorblattprüfstand beim Fraunhofer IWES in Bremerhaven. Dort wurde für die Ermittlung der Blatteigenschaften und des Verformungsverhaltens die Belastbarkeit des Rotorblattes unter Extrem- und Betriebslasten geprüft. Ein besonderes Augenmerk legten die Wissenschaftler darauf, ob sich Biegung und Verwindung (Torsion) des Rotorblatts optimal ergänzen. Für eine genaue Datenerfassung bei den Belastungstests wurden Messsonden ins Innere des Rotorblatts integriert. Damit konnen die Struktur- und Materialverformungen beobachtet werden. Nachdem eine ausreichende Belastbarkeit nachgewiesen wurde, fertigen die Wissenschaftler im Jahr 2018 einen kompletten 3-Blatt-Rotor derselben Größe, der beim amerikanischen Energieforschungsinstitut NREL (National Renewable Energy Laboratory) an einer Freifeld-Windkraftanlage unter realen Belastungs- und Witterungsbedingungen getestet wird.

 

Projekt »SmartBlades2« - Intelligente Rotorblätter

 

Die Biege-Torsionskopplung ist eine von mehreren Techniken, die im Forschungsprojekt »SmartBlades2« weiterentwickelt werden. Insgesamt arbeiten elf Partner aus dem Forschungsverbund Windenergie (DLR, ForWind Hannover und ForWind Oldenburg, Fraunhofer IWES) und der Industrie (GE Global Research, Henkel AG & Co. KGaA, Nordex Energy, SSB Wind Systems GmbH & Co. KG, Suzlon Energy Ltd. und WRD Wobben Research and Development GmbH) gemeinsam an innovativen Rotorblättern. Das Projekt wird vom BMWi mit 15,4 Mio. Euro gefördert. Ziel der Forschungsarbeiten sind größere und effizientere Rotoren, die eine höhere Ausbeute der Windenergie erlauben und die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen in der Windenergiebranche stärken.

Weitere im Projekt untersuchte Technologien sind Hinter- und Vorderkanten von Rotorblättern, die sich aktiv an die aktuelle Windstärke anpassen können. Beide Konzepte kommen aus der Luftfahrt und lassen sich mit den Klappen an Tragflächen von Flugzeugen vergleichen. Zudem arbeiten die Forscher an der Weiterentwicklung ausgewählter Methoden und Technologien sowie am aerodynamischen Verhalten der Rotorblätter und an der Regelung des Gesamtsystems.

 

KONTAKT 

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Windenergieforschung

Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik

http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10202/334_read-25338/#/gallery/29303

 

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Die beiden Formhälften werden aus verschiedenen Faserverbundwerkstoffen gebaut und abschließend zusammengeführt. Alle Abb.: DLR; Quelle: DLR (CC-BY 3.0).

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Bei der Verbindung der Formhälften werden diese fest miteinander verklebt.

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Das beim DLR in Stade gebaute »SmartBlade 2« Rotorblatt kann sich durch die Biege-Torsionskopplung BTK den Windverhältnissen anpassen.

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