Exergie – Interdisziplinäre Forschung für leistungsstarke und nachhaltige Windparks

Diesen Fragestellungen widmen wir uns im Projekt Exergie, indem numerische Berechnungsverfahren mit Sensormessdaten aus dem DLR-Forschungspark Windenergie (WiValdi) kombiniert werden

Wechselwirkungen im Windpark verstehen und nutzen

Ein zentraler Forschungsschwerpunkt liegt auf dem besseren Verständnis der Wechselwirkungen zwischen einzelnen Windenergieanlagen innerhalb eines Windparks und der Atmosphäre. Ziel ist es, die Energieerzeugung durch neue Strategien zur Anlagenregelung zu steigern und gleichzeitig Belastungen sowie Umweltwirkungen zu reduzieren oder konstant zu halten.

Langzeitmessdaten ermöglichen die Identifikation repräsentativer meteorologischer Bedingungen, die im Anschluss in Simulationen reproduziert werden. Auf dieser Basis analysieren wir mit unseren Simulationsverfahren die Belastungen und Deformationen der Rotorblätter sowie die Nachlaufströmungen hinter den Anlagen. Ergänzend werden aeroakustische Emission und deren Auswirkungen im Nahbereich der Turbinen unter Berücksichtigung atmosphärischer Einflüsse untersucht, um kritische Betriebszustände zu identifizieren und zu vermeiden.

Auch das Zusammenspiel der elektrischen Komponenten mit dem Stromnetz wird modelliert. So kann untersucht werden, wie Windenergieanlagen künftig zur Stabilität des Netzes beitragen, Systemdienstleistungen wie die Momentanreserve bereitstellen und als netzbildende Systeme die Versorgungssicherheit unterstützen können.

Innovative Technologien und Konzepte

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Bewertung neuer Technologien und Anlagenkonzepte:

• Flexible Hinterkante: Reduktion von Lasten insbesondere bei großen Rotoren durch aerodynamisch und strukturell integrierte Konzepte.
• Sensor-Softwarelösungen: Verbesserte Detektion der Strömungsablösung sowie Langzeitmessungen zur Identifikation und Vermeidung kritischer Betriebszustände.
• Strukturüberwachung: Entwicklung von Sensorsystemen zur Überwachung von Klebschichten zur Verringerung des Wartungsaufwands.
• All Sky Imager: Einsatz von Kameras zur Vogeldetektion für Antikollisionssysteme sowie zur Bestimmung von Wolkenbewegungen und daraus abgeleiteten Windgeschwindigkeiten.

Dateninfrastruktur als Grundlage

Die Analyse und Nutzung der experimentellen Daten aus unserem Forschungspark fordert eine leistungsfähige Dateninfrastruktur. Im Projekt werden daher neue Algorithmen, Schnittstellen und Datenzugänge entwickelt, die eine konsistente Datenqualität, einfache Auffindbarkeit und die interoperable Verknüpfung unterschiedlicher Datenquellen sicherstellen.

Transfer und Perspektive

Darüber hinaus fördert Exergie den Wissenstransfer in die Praxis: Erkenntnisse werden in jährlichen Workshops mit beteiligten Unternehmen geteilt, in internationalen Netzwerken wie der internationalen Energieagentur (IEA) eingebracht und Politik sowie Interessensverbänden beratend zur Verfügung gestellt. Parallel arbeiten wir an der Patentierung neuer Sensor-Software-Lösungen und an methodischen Verbesserungen für die akustische Genehmigungspraxis für Windenergieanlagen.