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Ressourceneffizienz in der Windenergie

Eckdaten
Project duration
Projektbudget Gesamt
603.170,60 Euro
Forschungseinrichtung
Projektpartner*innen
AEROVIDE GmbH
HYDAC TECHNOLOGY GmbH

Projektbeschreibung

Da Windenergie bei der Energiewende eine sehr bedeutende Rolle spielt, müssen Windenergieanlagen (WEA) nachhaltiger gebaut und dabei die Ressourcen effizienter genutzt werden. Dazu soll das in diesem Projekt beschriebene System einen Beitrag leisten.

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines integralen Rotorblattdesigns zur Implementierung eines hydropneumatischen Schwungradspeichers. Dabei sollen tragende Strukturen des Rotorblattes (Stege und Gurte) teilweise durch die Komponenten des Schwungradspeichers ersetzt werden. Dies erfordert ein komplettes Re-Design des Rotorblattes sowie eine Bewertung der mechanischen Lasten in der kompletten Windenergieanlage. Durch die Funktionsweise des Schwungradsystems werden die Ermüdungslasten sowie einige Extremlasten an den wichtigsten Bauteilen der WEA, wie Fundament, Turm und Rotorblätter, in nennenswertem Umfang reduziert.

Als Ziel der ersten Projektphase soll zuerst eine bestehende Lastensimulationssoftware erweitert werden, um veränderliche Struktureigenschaften des Blattes simulieren zu können. Zunächst soll ein Rotorblatt mit Schwungradspeicher als integrales Strukturelement vorausgelegt werden.

In einer anschließenden zweiten Phase werden die Auswirkungen des integralen Rotorblattdesigns auf die mechanischen Lasten in der kompletten WEA neu bewertet. In dieser Projektphase wird die WEA-Simulation mit variablen Masseneigenschaften der Blätter im Mittelpunkt stehen. Es werden Regelungsfunktionalitäten entwickelt, die es dem Schwungradspeicher erlauben, die mechanischen Lasten der einzelnen Design Load Cases (DLC) gezielt zu reduzieren. Basierend auf diesen Simulationen werden die übrigen Komponenten der WEA auf die dann vorherrschenden Lasten iterativ angepasst.

Die Kombination aus den lastminimierenden Regelungsfunktionalitäten des Schwungradspeichers, sowie dem Re-Design des Rotorblattes mit den Speicherkomponenten als versteifende Bauteile wird dazu führen, dass die Rotorblätter, der Turm, das Fundament und ggf. der Triebstrang der WEA leichter dimensioniert werden können. Dadurch wird der Materialaufwand bei der Fertigung dieser Bauteile reduziert werden. Dieser verminderte Materialaufwand schont Ressourcen und reduziert den Energieaufwand im Vergleich zum heutigen Fertigungsprozess von WEA. Geringerer Materialaufwand bei der Fertigung der Bauteile führt darüber hinaus zu geringerem Aufwand beim Rückbau und Recycling der WEA. Der CO2-Fußabdruck sinkt und die WEA wird nachhaltiger.

Getragen von der bisherigen Forschung am Wind Energy Technology Institute (WETI) sowie der Entwicklungsarbeit bei HYDAC Technology, soll das integrale Design einer WEA mit Schwungradspeicher in einem industriellen Forschungsvorhaben durch den renommierten WEA-Entwickler AEROVIDE GmbH umgesetzt werden. Dazu müssen die bei HYDAC entwickelten flexiblen Kolbenspeicher aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) für den Einsatz als Strukturbauteile in Rotorblättern am WETI hochskaliert werden. Bei der AEROVIDE GmbH werden diese CFK-Bauteile im Rotorblattdesign verwendet.

Forschungsfelder

  • Energie

Förderung

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Deutsche Bundesstiftung Umwelt

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