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Forschungsschwerpunkte

Um Windenergieanlagen (WEA) effizienter, zuverlässiger und wirtschaftlicher zu gestalten, sind derzeit Optimierungskonzepte Gegenstand der Forschung und Entwicklung, die die Steigerung des Wirkungsgrades von WEA und die Minimierung struktureller Belastungen fokusieren. Dies beinhaltet auch die Entwicklung neuer Ansätze, wie die Integration aktiver Elemente, die in der Lage sind, die Strömung zu beeinflussen und somit auf die Aerodynamik der Rotoren einzuwirken. In diesem Rahmen beabsichtigt das vorliegende Verbundvor-haben die Entwicklung von Konzepten für die aktive Beeinflussung der Strömung um das Rotorblatt von WEA auf Basis neuartiger strukturintegrierter fluidischer Aktoren, die eine Adaption der Aerodynamik erlauben. Dadurch werden nicht nur ökonomische und ökologische Verbesserungen bei der Herstellung und im Betrieb von WEA geschaffen, sondern auch neue Rotor-Geometrien ermöglicht. Wichtige Bestandteile dieser Entwicklungen sind sowohl neuartige aktorische Konzepte als auch innovative Strategien zur Integration der Aktoren sowie zusätzliche Komponenten wie Elektronik und Sensorik. Basierend auf diesen Zielstellungen werden im Verbundvorhaben folgende Forschungsschwerpunkte adressiert:

  • Entwicklung von Technologien zur Optimierung der Blattströmung von Windenergieanlagen basierend auf der aktiven Strömungskontrolle mit fluidischen Aktoren
  • Numerische und experimentelle Analyse der Technologien und Optimierungshypothesen
  • Konzepte und Technologien zur Integration der fluidischen Aktorik in die faserverstärkte Rotorblattstruktur
  • Entwicklung eines Bewertungs- und Steuerungskonzepts zur (lebenszyklusorientierten) ökonomischen Beurteilung der Nutzung aktiver Strömungskontrolle

Zur Erreichung dieser Ziele hat sich ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen, Universitätsprofessuren, Industrieunternehmen und KMUs zusammengefunden, um in enger Kooperation zusammenzuarbeiten.

Die Forschungsthemen lassen sich nach den Arbeitspaketen im Projekt strukturieren, welche wie folgt unterteilt sind:

AP 1: Aerodynamik – Untersuchung der Rotor-Aerodynamik mit und ohne AFC

Schaffung der Grundlage und Anforderungen für die Aktorikentwicklung unter Anwendung von numerischen und experimentellen aerodynamischen und aeroelastischen Analysen sowie Prüfung der Hypothesen in Windkanaluntersuchungen und Vergleich der Ergebnisse mit CFD-Analysen (Computational Fluid Dynamics)

AP 2: Aktoren- und Aktorsystementwicklung

Entwicklung eines geeigneten aktorischen sowie sensorischen Systems, welches auf Basis der aerodynamischen Studien und Experimente (in AP1) entwickelt und mit den Anforderungen der finalen Anwendungen abgeglichen wurde. Erforschung und Aufbau neuartiger funktionalisierter Halbzeuge, die für die Integration in die faserverstärkte Rotorblattstruktur geeignet sind und die strukturelle Integrität nicht beeinträchtigen.

AP 3: Ökonomische und ökologische Evaluierung und Steuerung

Entwicklung und Anwendung eines ökonomisch (und ökologisch) ausgerichteten lebenszyk-lusbezogenen Bewertungs- und Steuerungskonzepts unter Nutzung validierter Zahlen aus den Pro-jektentwicklungen. Es wird gezeigt, welchen konkreten Mehrwert die hier adressierten Technologien mit sich bringen. Dabei liegt der Fokus sowohl auf der Entwicklung des Gesamtsystems als auch speziell auf der Herstellungsphase der Komponenten, zudem wird das systematische Herbeiführen eines Innovationserfolgs u. a. mittels Geschäftsmodellentwicklung und Risikomitigation adressiert.

AP 4: Charakterisierung der Leistungsfähigkeit und Robustheit / Zuverlässigkeit der Aktoren

Definition der Anforderungsprofile für die Entwicklungen und darauf aufbauend Charakterisierung der Leistungsfähigkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit der Aktoren mit Hinblick auf die industriellen Anforderungsprofile und Anwendungsspezifika.