Publikationen

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Ressourceneffizienz in der Windenergie“ verfolgt das Institut für Windenergietechnik (WETI) an der Hochschule Flensburg in Kooperation mit AEROVIDE GmbH und HYDAC Technology GmbH das Ziel, ein System zu entwickeln, um hauptsächlich die mechanischen Lasten auf Windenergieanlagen (WEA) zu verringern. Somit werden Material und Energie eingespart, was wiederum zur Senkung des CO2-Fußabdrucks der WEA führt. Das zu erforschende System ist ein hydropneumatischer Schwungradspeicher (SRS), welcher in die Rotorblätter einer WEA integriert wird. Das laufende Forschungsvorhaben ist in zwei Projektphasen aufgeteilt. Der hier vorliegende Bericht ist der Abschlussbericht ersten Projektphase. Ziel dieser Projektphase ist die Entwicklung und rechnerische Untersuchung eines neuartigen Rotorblattes, in dem die neuen Kolbenspeicher als lasttragende Elemente in die Struktur des Rotorblattes integriert sind. Damit soll erreicht werden, dass die zusätzlichen Funktionalitäten des SRS nicht mit unverhältnismäßigem zusätzlichem Materialaufwand im Rotorblatt erkauft werden müssen. In dieser ersten Projektphase wurden hauptsächlich zwei wichtige Ziele erreicht. Das erste Ziel war die Erweiterung der Lastensimulationssoftware, um veränderliche Eigenschaften des Blattes zu simulieren. Um das zu erreichen, wurden zuerst vom WETI die Blatteigenschaften, die vom SRS variiert werden, definiert. Zur Modellierung der Variation dieser Eigenschaften hat das WETI zusammen mit AEROVIDE ein Konzept entwickelt. Dieses Konzept haben AEROVIDE und WETI jeweils in den Lastensimulationswerkzeugen HAWC2 und BeamDyn implementiert. Parallel dazu hat das WETI Regelungsstrategien für die diversen Anwendungsfälle des SRS entworfen. Dazu hat das WETI ein Interface definiert, um den entwickelten SRS-Regler mit den erweiterten Lastensimulationswerkzeugen zu verknüpfen. AEROVIDE und WETI haben die erweiterten HAWC2- und BeamDyn-Anwendungen gegen eine analytische Berechnung geprüft. Das zweite Ziel war eine Vorauslegung eines Rotorblatts mit SRS als integrales Strukturelement. Dafür hat das WETI, in Kooperation mit HYDAC, verschiedene SRS-Typen für mögliche Anwendungsfälle des SRS in WEA entworfen. Angesichts der möglichen SRS-Typen hat AEROVIDE einen Vorentwurf eines Rotorblatts mit SRS analysiert. HYDAC hat weitere SRS-Komponenten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) gebaut und getestet. AEROVIDE hat das CFK-Design beim Entwurf eines Rotorblatts mit CFK-Funktionskomponenten verwendet. Zuletzt konnte AEROVIDE Lastenrechnungen an einer generischen WEA mit SRS durchführen, um die Möglichkeit zur Senkung der mechanischen Lasten zu untersuchen. Es wurde eine Situation aus dem Lastfall DLC2.3 einmal ohne und einmal mit SRS berechnet. Der direkte Vergleich hat gezeigt, dass die Turmfußbelastung in dieser Situation um etwa 15% reduziert werden konnte. Dieses innovative Projekt mit Az. 35801/01 wird durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert.

This paper presents a comparison of two methods to represent variable blade inertia in two codes for aero-servo-elastic simulations of wind turbines: the nonlinear aeroelastic multi-body model HAWC2 and the nonlinear geometrically exact beam model BeamDyn for OpenFAST. The main goal is to enable these tools to simulate the dynamic behavior of a wind turbine with variable blade inertia. However, current state-of-the-art load simulation tools for wind turbines cannot simulate variable blade inertia, so the source code of these tools must be modified. The validity of the modified codes is proven based on a simple beam model. The validation shows very good agreement between the modified codes of HAWC2, BeamDyn and an analytical calculation. The add-on of variable blade inertias is applied to reduce the mechanical loads of a 5-megawatt reference wind turbine with an integrated hydraulic-pneumatic flywheel in its rotor blades.

These days, in many grids around the world power system stability relies on the functionalities of modern wind turbines.

Grid Frequency Data - WETI Overview Data type: grid frequency data File type: CSV Location of measurement: Flensburg, Germany Resolution: ~ 6.1Hz Measurement precision: 3 decimal Decription The presented grid frequency data is part of research activities at the Wind Energy Technology Instiute (WETI) at the Flensburg University of Applied Sciences. The measurement campaign is conducted in Flensburg, Germany. Hence, the grid frequency of the synchronous area of Continental Europe is tracked. A Dewetron 2010 measurement system is used to record and compute the data. The measurement system computes the grid frequency by tracking the grid voltage with a high sampling rate of 50 kHz. Every 164 ms the software fits a sinusoidal curve into the recorded voltage measurement points using the least-square-sums approach. The period of the resulting sinusoidal function is used as a measure for grid frequency. Data Structure Each csv-file provides data for one month of the year. Data is structured as follows: Column 1: Year of type integer Column 2: Month of type integer Column 3: Day of type integer Column 4: Hour of type integer Column 5: Minute of type integer Column 6: Second and Milliseconds of type float Column 7: Deviation of the nominal grid frequency in Hz of type float