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Optimierung Windparks: Windkanalexperimente mit Modell-Windenergieanlagen

Ansprechpartner: <sthqcrongyhp>Dr. M+nyichaela0r0 Hölling</sfahbtrhwyong>hzzx (micakswvhael.hoe7fk9llikyrng@ureni-oldehcijnbmybturg.de)

Optimierung Windparks: Windkanalexperimente mit Modell-Windturbinen

Bis zum Jahr 2030 sollen auf der Nord- und Ostsee 15GW durch Offshore-Windenergie bereitgestellt werden.

Fossile Energien sollen immer weiter durch erneuerbare Energien ersetzt werden.

Die Windenergie spielt bei diesem Umschwung eine große Rolle. Auf Grund verschiedener ökonomischer und ökologischer Faktoren werden Windenergie-Anlagen in Parks aufgestellt. Diese werden vermehrt Offshore errichtet. Der Bedarf an zuverlässigen Vorhersagen über das Verhalten des Windes und Windschwankungen ist nach wie vor sehr hoch, da der vorherrschende Wind die Quelle der Energie, aber auch zeitgleich eine Quelle für erhöhte Lasten an Windenergieanlagen ist. Das Verständnis über das Verhalten des Windes (z.B. Richtung und Geschwindigkeit) innerhalb eines Windparks ist essenziell um die vorhandene Energie effizient zu nutzen und gleichzeitig Ausfälle der Anlagen zu vermeiden. Die Vorhersagen werden überlicherweise mit numerischen Simulationen erstellt, die, auf Grund der Komplexität der Strömung, mit vereinfachten Modellen versuchen verschiedene Situationen im Park zu beschreiben.

Diese Modelle müssen überprüft werden, was in Freifeldversuchen im Windpark technisch schwierig und sehr teuer ist, da es nicht möglich ist die Einströmungsbedingungen einzustellen und alle Parameter zu vermessen. Aus diesem Grund werden an der Universität Oldenburg Windkanal Experimente mit Modell-Windenergie-Anlagen durchgeführt. Im Windkanal können definierte Strömungssituationen unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden, was sehr flexible und kostengünstige Möglichkeiten bietet ein tieferes Verständnis zu erlangen und so das Verbessern von numerischen Modellen und letztendlich von realen Windparks ermöglicht.

Schwerpunkt hierbei ist der Einfluss von turbulenter Einströmung auf das Verhalten von Leistung von Windenergie-Anlagen und deren Nachlaufströmung. Die in Oldenburg entwickelten Modell-Windenergieanlagen sind möglichst realistische Nachbauten großer Windenergieanlagen und ermöglichen das Erforschen der Auswirkung verschiedener Einströmbedingungen, Regelparamter auf Anlagen und Leistung, sowie den Einfluss zusätzlicher Dynamik von Anlagen, die auf schwimmenden Plattformen aufgestellt sind.

Regelung einer Modell-Windenergieanlage im Windkanal

Dieses Video zeigt die Regelung einer Modell-Windenergieanlage im Windkanal. Zunächst ist die Regelung ausgeschaltet, sodass die Anlage nicht beim optimalen Betriebspunkt läuft. Der Leistungsbeiwert ist hier kleiner als 20%. Nach ca. 55 Sekunden wird die Lastregelung aktiviert. Die Rotationsgeschwindigkeit wird den Einströmbedingungen nun automatisch angepasst, sodass die Leistungsausbeute optimiert wird.

Dieses Video zeigt die Regelung einer Modell-Windenergieanlage im Windkanal. Zunächst ist die Regelung ausgeschaltet, sodass die Anlage nicht beim optimalen Betriebspunkt läuft. Der Leistungsbeiwert ist hier kleiner als 20%. Nach ca. 55 Sekunden wird die Lastregelung aktiviert. Die Rotationsgeschwindigkeit wird den Einströmbedingungen nun automatisch angepasst, sodass die Leistungsausbeute optimiert wird.

Wec/mdbmasteryw4u (lena.vorwv3udspel@uxztol.de) (Stand: 07.11.2019)