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Simulation für die WEA-Optimierung

 

Eine neue Simulationssoftware von Siemens soll die Energieausbeute eines Windparks verbessern und dessen Betriebsdauer verlängern.

 

Wenn sich die großen Rotoren im Wind drehen, erzeugen sie Turbulenzen und stören so die Windräder in den hinteren Reihen. Das neue Programm simuliert das Verhalten des gesamten Windparks und stimmt die Leistung der einzelnen WEA aufeinander ab. Experten schätzen, dass so der Energieertrag um einige Prozent steigt, wie die aktuelle Ausgabe der Forschungszeitschrift »Pictures of the Future« berichtet. Mit der gleichen Methode lässt sich auch die mechanische Belastung der Windräder reduzieren und damit ihre Lebensdauer verlängern.Das Programm befindet sich im schwedischen Windpark Lillgrund in einem Dauertest.

Offshore-Windräder sind Riesen: 115 m hoch ragen die 48 Siemens-Anlagen in Lillgrund aus dem Wasser. Im Wind bilden sich hinter den Rotoren mit 93 m Durchmesser kilometerlange Turbulenzschleppen. Die nachfolgenden Turbinen laufen nicht mehr rund, und ihre Stromerzeugung schwankt. Außerdem erzeugen die Luftwirbel Vibrationen in den Turbinen, so dass sie schneller altern. Ein Windrad ist für 20 Jahre Betrieb ausgelegt. Läuft es länger, liefert der Windpark ohne zusätzliche Investitionen mehr Energie.

Die Forscher von Siemens Corporate Technology haben ein Computermodell entwickelt, das den gesamten Windpark simuliert. Aus Messungen der Wind- und Rotorgeschwindigkeit, der Temperatur und der Turbinenleistung berechnet es die Luftströmungen und das Verhalten aller Turbinen sowie die Parameter für einen möglichst turbulenzarmen Betrieb der Windräder. Deren Leistung wird über die Generatoren und den Anstellwinkel der Rotorblätter entsprechend angepasst. Dazu sind alle Turbinen über Glasfaserleitungen mit einer zentralen Steuerung verbunden. Obwohl das System die Leistung einzelner Windräder reduziert, erhöht sich der Ertrag des gesamten

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Ziel der Aerolastic Tailored Blade Technology ist es, die Struktur der Rotorblätter so zu verändern, dass sie in die Länge wachsen und gleichzeitig geringere aerodynamischen Belastungen auftreten. So könnte mehr Strom produziert werden.

Parks, und die hinteren Turbinen werden weniger stark belastet. Die Betreiber können mit dem Programm wahlweise den Energieertrag oder die Betriebsdauer optimieren oder beide Parameter optimal ausbalancieren.

Seit zwei Jahren testet Siemens Wind Power die Software in Lillgrund. Im Herbst wurde das Modell anhand der gesammelten Messdaten optimiert. Danach ist eine Pilotphase geplant. Offshore-Windparks sind Teil des Siemens-Umweltportfolios, mit dem das Unternehmen im Geschäftsjahr 2010 rund 28 Milliarden Euro Umsatz erwirtschaftete.

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Eine neue Software von Siemens soll die Energieausbeute eines Windparks verbessern und seine Betriebsdauer verlängern. Wenn sich die großen Rotoren im Wind drehen, erzeugen sie Turbulenzen und stören so die Windräder in den hinteren Reihen.

Mit elastischen Rotorblättern will Siemens künftig die Ausbeute von Windenergieanlagen steigern. Aufgrund der höheren Effizienz und Kostensenkungen bei der Herstellung soll Strom aus Windenergie noch in diesem Jahrzehnt preiswerter sein als Strom aus Kohlekraftwerken, wie die Zeitschrift "Pictures of the Future" in ihrer aktuellen Ausgabe berichtet. Die neue Generation von Rotorblättern ist leicht geschwungen wie ein arabisches Schwert. Sie soll in den USA ab 2012 in Serie gehen.

Wegen der Krümmung biegt sich das Blatt unter Windlast und verdreht sich gleichzeitig, wobei sich die Belastung auf den Rotor reduziert. Das ist ein Vorteil gegenüber heute starren Blättern. Auf offener See treffen Luftmassen von mehr als 100 Tonnen je Sekunde aus unterschiedlichen Richtungen auf die Rotoren. Die elastischen Blätter können sich besser und flexibler anpassen. Die Druckbelastung wird deutlich reduziert – das Material verschleißt weniger, und die Lebensdauer steigt. 

Als Alternative können Rotorblätter größer werden und damit mehr Energie produzieren, ohne dass die aerodynamische Belastung wesentlich zunimmt. Das neue Rotorblatt ist mit 53 m genau 4 m länger als das Vorgängermodell. Das bedeutet5 % mehr Energieausbeute. Beim Design legten die Experten von Siemens Wind Power viel Wert darauf, weniger Material einzusetzen, um damit das Eigengewicht zu verringern. Gegenüber dem Vorgänger ist das neue Rotorblatt je nach Materialauswahl bis zu 500 kg leichter. Dabei war die größte Herausforderung, trotz geringerem Gewicht und Materialeinsparung, die notwendige Stabilität zu gewährleisten. 

Die besseren aerodynamischen Eigenschaften sind vor allem der computerbasierten Optimierung der äußeren Form der Rotorblätter und vielen Tests unter realen Bedingungen zu verdanken. Daneben wird der Herstellungsprozess verbessert. Bislang werden zahlreiche Lagen aus Glasfasergewebe in Handarbeit ausgelegt, geformt, verklebt und in riesigen Schalen, die Sandkastenformen ähneln, gebacken. In Zukunft soll dies verstärkt automatisiert werden. Damit sollen die Produktionskosten der Flügel um 40 Prozent sinken – die Windanlage wird kostengünstiger und der Preis pro Kilowattstunde.

 

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Siemens Division Wind Power

www.siemens.com

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