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Projekt
Nachlaufbewusste Windturbinen Rotoren
Fachliche Zuordnung
Strömungsmechanik
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531570398
Nachlaufeffekte, die von Windturbinen verursacht werden, haben einen großen Einfluss auf die Leistung nachgelagerter Maschinen. Im Vergleich zu ungestörten Einströmbedingungen haben Turbinen die in der Nachlaufströmung operieren eine geringere Leistungsausbeute und eine höhere Lasteinwirkung. Der Nachlauf einer Turbine besteht aus einer Wirbelschicht, diese entsteht durch die Änderung der gebundenen Zirkulation entlang des Rotorblattes in Spannweitenrichtung, welche sich zu konzentrierten Naben- und Spitzenwirbeln aufrollt. Diese am Rotor auftretenden kohärenten Wirbelstrukturen zerfallen in sich und brechen schließlich zusammen, was zu einer verstärkten turbulenten Durchmischung und zum Eintrag von kinetischer Energie durch die Nachlaufströmungs-Scherschicht führt. Diese Vorgänge resultieren darin, dass sich die Nachlaufströmung stromabwärts erholt. Das WakeAware-Projekt soll dazu beitragen, Mechanismen die zur Erholung der Nachlaufströmung führen, besser zu verstehen und darüber hinaus Techniken zu finden, welche diese verstärken. Daraus ergibt sich die zentrale wissenschaftliche Fragestellung des Projektes: Wie kann man die Erholung der Nachlaufströmung, durch eine geeignete Kombination des Rotordesigns und Ad-hoc-Regelungsstrategien beschleunigen, ohne die Leistungsaufnahme des Rotors wesentlich zu beeinträchtigen? Eine Antwort auf diese Frage soll durch eine kombinierte experimentelle und numerische Studie gefunden werden, die die folgenden Ziele verfolgt: Verbesserung des grundlegenden Verständnisses der Physik von Nachlaufströmungen, indem geklärt wird, welche Einflüsse und Mechanismen die Erholung der Nachlaufströmung von Windkraftanlagen beschleunigen. Die wichtigsten Parameter im aerodynamischen Design eines Rotors, die die Instabilität, den Zerfall, die Erholung und die Ablenkung im Nahbereich des Nachlaufs beeinflussen sollen identifiziert und verstanden werden. Optimierung der Wahl dieser Parameter, indem die klassische Anforderung einer effizienten Leistungsaufnahme des Einzelrotors mit der einer verbesserten Nachlauferholung (die zu einer verbesserten Leistungsaufnahme auf Parkebene führt) verbunden wird. Maximierung der Synergie zwischen allen Aspekten des Problems durch Co-Design der aerodynamischen Rotorauslegung mit den Regelungsstrategien. Der Nutzen, der im Rahmen des Projektes gewonnenen neuen Erkenntnisse soll durch die Anwendung der neuen Analyse- und Entwurfsmethoden an relevanten Praxisbeispielen untersucht werden. Diese Ziele bauen auf einem verbesserten Verständnis der Nachlaufströmung auf und verbinden den Entwurf des Rotors mit Regelungsstrategien zur Nachlaufablenkung, Induktionsteuerung und deren Kombination, durch das entwickelte Konzept des Co-Designs. Durch das Erreichen dieser Ziele kann ein Schritt in Richtung des großen Ziels „Verringerung des äußerst wichtigen Problems von Nachlaufeffekten in Windparks" getan werden, welches als eine der Hauptprioritäten der Windenergieforschung anerkannt ist.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Mitverantwortliche
Filippo Campagnolo, Ph.D.; Franz Muehle, Ph.D.
