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TU Berlin

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Forschung

Intelligent und wandlungsfähig

Donnerstag, 16. April 2015

Mit der Forschungswindturbine BeRT wollen Wissenschaftler effizientere Windräder entwickeln, die flexibel auf Böen reagieren

Dr.-Ing. Stefan Vey untersucht eine Windkraftanlage im Windkanal
Lupe

Dreieinhalb Meter ist sie hoch, ihr Rotor hat einen Durchmesser von drei Metern: Auf den ersten Blick etwas klein – doch diese Windradanlage hat es in sich. Sie soll die Erzeugung von Windenergie effizienter machen und die Lebensdauer ihrer „großen Brüder“ auf freiem Feld erhöhen. Ihre Turbine dreht sich im größten Forschungswindkanal der TU Berlin.

„Die langen Rotorblätter eines Windrads tragen die größte Windlast und werden besonders stark beansprucht. Trotzdem sollen sie 20 Jahre halten“, erklärt Dr.-Ing. Christian Navid Nayeri aus dem Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik von Prof. Dr.-Ing. Oliver Paschereit. Er ist Projektleiter im DFG-Forschungsschwerpunkt „Lastenkontrolle von Windenergieanlagen unter turbulenten Anströmbedingungen“, den das Fachgebiet 2011 initiierte und an dem die RWTH Aachen, die TU Darmstadt, die TU Stuttgart und die Universität Oldenburg beteiligt sind. Soeben konnte nach mehreren Jahren der Vorbereitung die Forschungswindturbine BeRT (Berlin Research Wind Turbine) im Windkanal in Betrieb genommen werden. Die Rotoren sind vielfach verkabelt, auf den Blättern kleben dicht an dicht rote Sensorpunkte, außerdem besitzen sie verstellbare Klappen, Gelenke und andere mechanische Elemente. „Mit der sogenannten ,aktiven Lastenkontrolle‘ erforschen wir Möglichkeiten, die Rotorblätter so auf den Wind reagieren zu lassen, dass sie sich weniger verformen und gleichzeitig einen höheren Energieertrag erzielen“, so Navid Nayeri.

Zur Maximierung des Energieertrages und zur Vermeidung extremer Lasten werden bei modernen Windenergieanlagen die Anstellwinkel der Blätter und die Ausrichtung der Gesamtanlage kontinuierlich dem Wind angepasst. Doch die Rotorblätter werden immer größer und diese Anpassungsmechanismen reichen nicht aus, um flexibel genug auf die unstetigen Wind-Anströmungen zu reagieren und diese auszugleichen. Windböen sind meist weder zeitlich noch örtlich präzise vorherzusagen. „Diese Turbulenzen führen unter anderem zu dynamischen Strömungsablösungen und letztendlich zur Ermüdung verschiedenster Bauteile“, erläutert Windströmungsexperte Nayeri. „Das reduziert natürlich die Lebensdauer einer Windkraftanlage und lässt die Kosten der Energiegewinnung steigen.“ Die Forschungswindturbine im Windkanal ermöglicht nun präzise Messungen, welche Stellen und welche Bauteile bei welchen Windgeschwindigkeiten und in welchen Anströmungssituationen die größte Last zu tragen haben. „Die Ergebnisse werden helfen, ,smarte‘ Rotoren zu entwickeln, die intelligent auf die Windverhältnisse reagieren und damit nicht nur mehr Energie erzeugen, sondern auch länger halten. BeRT stellt eine einzigartige Möglichkeit dar, kostengünstig die Methoden und Technologien, die im Gesamtprojekt entwickelt werden, zu erproben.“ Das Projekt soll um weitere drei Jahre verlängert werden. Außerdem ist die Gruppe dabei, ein interdisziplinäres DFG-Graduiertenkolleg zum Thema „Interaktionsmodelle in der Windenergie“ zu beantragen, an dem auch Bauingenieure, Materialforscher, Umweltplaner sowie Fledermausexperten beteiligt sein werden.

www.fd.tu-berlin.de

Patricia Pätzold "TU intern" April 2015

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