Deutsche Forschungsgemeinschaft – Sonderforschungsbereich 1463

01.01.2021 – 31.12.2024

• Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover (Koordination)
• Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Braunschweig
• Technische Universität Dresden
• FU Berlin

Moderne Offshore-Windenergieanlagen sollen einen wesentlichen Beitrag zum Gelingen der Energiewende leisten. Zukünftige Anlagen werden dabei deutlich größer sein als heutige: Über 300 Meter Gesamthöhe und mit Rotoren mit mehr als 280 Metern Durchmesser. Damit ergeben sich bisher kaum bekannte Einwirkungen, Umgebungseinflüsse und Interaktionen einzelner Bauteile. Heute etablierte Methoden für Entwurf und Betrieb von Windenergieanlagen sind für Bauwerke dieser Größe nicht mehr anwendbar. Daher werden im Sonderforschungsbereich (SFB) 1463 „Integrierte Entwurfs- und Betriebsmethodik für Offshore-Megastrukturen“ an der Leibniz Universität Hannover neue Konzepte entwickelt.

Ziel des Sonderforschungsbereichs ist die Erforschung physikalischer und methodischer Grundlagen, basierend auf dem Konzept eines digitalen Zwillings. Der digitale Zwilling ist ein individuelles Simulationsmodell zur Entwicklung einer integrierten Entwurfs- und Betriebsplanung.

Teilprojekt B02: Adaptive Rotorkonzepte für bedarfsgerechte Einspeisung

Für moderne Offshore Windenergieanlagen entwickeln sich die Auslegungsziele weg von minimierten Kosten auf Windparkebene und hin zu einer Optimierung des Leistungsverhaltens und der Kosten auf Ebene des Energieversorgungssystems. Eine Leistungscharakteristik mit relativ gesehen mehr Leistung bei Schwachwind und weniger Einspeisung bei Starkwind wäre hierfür anzustreben, widerspricht jedoch bisher erprobten Grundsätzen. Somit stellen sich die wissenschaftlichen Herausforderungen, aerodynamische Entwurfsmethoden und regelungstechnische Betriebsstrategien zu erforschen, die die Belastungen auf extrem große Rotorblätter von bis zu 200 m Länge bei mittleren und hohen Windgeschwindigkeiten und unter Extrembedingungen effektiv begrenzen.

Durch den Betrieb in unterschiedlichen Betriebsmodi wirkt bei höheren Windgeschwindigkeiten der Außenbereich des Rotors „durchlässiger“ und wird stark entlastet. Strömungsmechanisch korrespondiert dies mit einer veränderlichen, radial stark unterschiedlichen Induktionsverteilung entlang der Rotorblätter. 

Methodisch von zentraler Bedeutung ist die Skalierung der Problemstellungen auf die Größe des Oldenburger Windkanals mit seinen reproduzierbaren turbulenten Einströmbedingungen. Experimente mit einer Modellwindenergieanlage sollen mit zwei Zielen durchgeführt werden: Erforschung der Effekte einer radial variablen Induktion auf die Rotoraerodynamik sowie Erforschung und Validierung von neuen modellprädiktiven Ansätzen in der Betriebsführung. Der Versuchsaufbau aus einer vorangegangenen Messkampagne im Windkanal der Carl von Ossietzky Universität ist in Abbildung 1 zu sehen.

Abb.1: Windkanalmodell einer Windenergieanlage (MoWiTO 1.8) im Windkanal der Universität Oldenburg mit Laser-Doppler-Anemometer und aktivem Gitter.

Grundlagenorientierte Forschung

www.sfb1463.uni-hannover.de/de/

Daniel Ribnitzky, AG WESys