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TOpWind: Optimierte Winterntefähigkeit durch aktive Strömungskontrolle

Sowohl Onshore als auch Offshore nimmt die Größe von Windenergieanlagen (WEA) und damit verbunden auch der Rotordurchmesser beständig zu. Jedoch stellen Rotordurchmesser von über 120 m Onshore und über 160 m Offshore aerodynamisch und damit einhergehend aeroakustisch eine große Herausforderung dar. Aufgrund der Windscherung in der Atmosphäre und Turbulenzen sind die Blätter der Anlagen ständig wechselnden Bedingungen und Lasten ausgesetzt. Die bisherige Methode, die Lasten mittels der Einzelblattregelung (Individual Pitch Control) auszugleichen, ist für solche Rotordurchmesser, auch wenn eine höhere Leichtigkeit der Blätter angestrebt wird, nicht mehr ausreichend.

Intelligente, lokale Elemente, die auf Veränderungen der Strömung schnell reagieren können, stellen eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems dar und würden zudem den Einsatz leichterer und längerer Blätter ermöglichen. Hier bietet die aktive Strömungskontrolle eine sehr viel versprechende Technologie, um die aerodynamischen und aeroakustischen Bedingungen an Blättern von WEA zu verbessern.

In den letzten Jahren wurden zunehmend fluidische Aktoren (Pulsed Jet Aktoren, Synthetic Jet Aktoren, Absaugung) als mögliche Aktorkonzepte in F&E-Tätigkeiten einbezogen. Die Applikation und Untersuchung dieser Aktoren fanden jedoch bislang hauptsächlich im Luftfahrtbereich statt. Es gibt aber grundlegende Untersuchungen, die nahelegen, dass eine Anwendung für WEA weitreichende Wirkungen auf diese Systeme herbeiführen kann. So lassen sich mit Erhöhung der Rotoreffizienz die Winderntefähigkeit verbessern und damit die mögliche Energieausbeute verbessern.

Forschungsschwerpunkte

Die Forschungsschwerpunkte liegen in der Auslegung, Entwicklung und Integration fluidischer Aktoren (Synthetic Jet Aktoren), sowie deren Charakterisierung und Validierung. Begleitend zu all diesen Schritten ist die ökonomische und ökologische Evaluierung des Gesamtsystems Die einzelnen Schritte des gesamten Entwicklungszyklus sind in nachstehender Grafik dargestellt.

Entwicklungsschritte zur Integration fluidischer Aktoren