7. Dezember 2017
SmartBlades2 - Windenergieforschung im DLR

Ers­tes in­no­va­ti­ves DLR-Ro­tor­blatt auf dem Weg zu Be­las­tungs­tests

Ro­tor­blatt mit Bie­ge-Tor­si­ons­kopp­lung
Bild 1/4, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Rotorblatt mit Biege-Torsionskopplung

Das beim DLR in Sta­de ge­bau­te Ro­tor­blatt kann sich an die Wind­ver­hält­nis­se an­pas­sen.
Das 20 Meter lange Rotorblatt wurde im Zentrum für Leichtbauproduktionstechnik des DLR in Stade gebaut.
Smar­te Ro­tor­blät­ter
Bild 2/4, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Smarte Rotorblätter

Das 20 Me­ter lan­ge Ro­tor­blatt wur­de im Zen­trum für Leicht­bau­pro­duk­ti­ons­tech­nik des DLR in Sta­de ge­baut.
Smar­teB­la­de2: Zu­sam­men­füh­ren der Form­hälf­ten
Bild 3/4, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

SmarteBlade2: Zusammenführen der Formhälften

Die bei­den Form­hälf­ten wur­den aus ver­schie­de­nen Fa­ser­ver­bund­werk­stof­fen ge­baut.
SmartBla­de2: Ver­bin­den der Form­hälf­ten
Bild 4/4, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

SmartBlade2: Verbinden der Formhälften

Die Form­hälf­ten wer­den fest mit­ein­an­der ver­klebt.

  • DLR-Energieforscher haben ein erstes innovatives Rotorblatt (Smartblade) gebaut, das sich durch eine Biege-Torsionskopplung an die Windverhältnisse anpassen kann.
  • Das Rotorblatt wird in den kommenden Wochen beim Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven auf seine Belastbarkeit getestet.
  • Erneuerbare Energie, Windenergie, SmartBlades2

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 Metern kann sich durch eine Biege-Torsionskopplung passiv an variable Windbedingungen anpassen. Bis Anfang Januar 2018 wird 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 Windkraftanlagen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Anpassung an die Windverhältnisse

Dreht sich eine große Windkraftanlage mit Rotorblättern von 80 Metern Länge und mehr, befindet sich ein Rotorblatt zeitweise fast in Bodennähe und kurze Zeit später in einer Höhe von zirka 200 Metern. 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-In­sti­tut für Fa­ser­ver­bund­leicht­bau und Ad­ap­tro­nik haben im Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP) am DLR-Standort Stade ein 20 Meter 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", betont Zhuzhell Montano Rejas, Projektmanagerin SmartBlades2 beim DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik.

Tests unter Extremlast

Die Belastungstests erfolgen ab Dezember auf einem Rotorblattprüfstand beim Fraunhofer IWES in Bremerhaven. Dort wird für die Ermittlung der Blatteigenschaften und des Verformungsverhaltens die Belastbarkeit des Rotorblattes unter Extrem- und Betriebslasten geprüft. Ein besonderes Augenmerk haben die Wissenschaftler darauf, ob sich Biegung und Verwindung (Torsion) des Rotorblatts optimal ergänzen. Für eine genaue Datenerfassung bei den Belastungstests haben die Forscher Meßonden im Inneren des Rotorblatts integriert. Damit können sie die Struktur- und Materialverformungen beobachten. Nachdem eine ausreichende Belastbarkeit nachgewiesen ist, fertigen die Wissenschaftler im kommenden Jahr einen kompletten 3-Blatt-Rotor derselben Größe, den sie beim amerikanischen Ener­gie­for­schungs­in­sti­tut NREL (Na­tio­nal Re­ne­wa­ble Ener­gy La­bo­ra­to­ry) an einer Freifeld-Windkraftanlage unter realen Belastungs- und Witterungsbedingungen testen.

Projekt SmartBlades2 - Intelligente Rotorblätter

Die Biege-Torsionskopplung ist eine von mehreren Technologien, 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 Millionen 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
  • Dorothee Bürkle
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Me­dia Re­la­ti­ons
    Telefon: +49 2203 601-3492
    Fax: +49 2203 601-3249

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  • Dr.-Ing. Jan Teßmer
    Ko­or­di­na­tor Win­d­ener­gie­for­schung
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Pro­gramm­di­rek­ti­on Ener­gie
    Telefon: +49 531 295-3217
    Lilienthalplatz 7
    38108 Braunschweig
    Kontaktieren
  • Zhuzhell Matilde Montano Rejas

    In­sti­tut für Fa­ser­ver­bund­leicht­bau und Ad­ap­tro­nik
    Telefon: +49 53 12952-642
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