Extrapol360: Erstellung einer neuen Methode zur Extrapolation von 360°-Polaren für die Nutzung in BEM

Für die Auslegung von Windenergieanlagen wird in der Aerodynamik meist auf Kraftkoeffizienten von aerodynamischen 2D-Profilen zurückgegriffen – sogenannte Polaren. Diese werden in einem Bereich der meistgenutzten niedrigen Anstellwinkel vermessen und simuliert. An der Anlage kommt es im Betrieb jedoch häufiger vor, dass Blätter aus völlig anderen Richtungen angeströmt werden als vorgesehen. In diesen Fällen sind die Anstellwinkel sehr viel größer. Solch große Anstellwinkel sind bisher aber nur selten vermessen und kaum simuliert worden, da beides technisch sehr aufwendig ist.

Stattdessen wird bisher auf vereinfachte Extrapolationsmodelle für höhere Anstellwinkel zurückgegriffen. (Unter Extrapolation versteht man die Bestimmung eines Verhaltens über den gesicherten Bereich hinaus). Die bisher verwendeten Methoden (z. B. Viterna, Montgomerie) basieren teilweise auf Theorien zu dünnen Profilen, welche bei Windkraftanlagen selbst im äußeren Blattbereich kaum zu finden sind. Dort haben schon die dünnsten Profile eine relative Dicke von 15-18%. Zum mittleren und inneren Blattbereich werden die Profile dicker (im mittleren Blattbereich mit einer relativen Dicke von etwa 24-26%) und können nicht mehr korrekt mit den bestehenden Methoden extrapoliert werden. Insbesondere bei neuen sehr langen Blättern verstärkt sich die Tendenz zu dickeren Profilen immer mehr.

Deshalb wird in dem Projekt Extrapol360 eine Methode entwickelt, um die Polaren auch von dickeren Profilen für den Winkelbereich von 360 Grad zu extrapolieren. Zu diesem Zweck sind Windkanalversuche von dicken Profilen in Kombination mit wirbelauflösenden, hybriden RANS-LES Strömungssimulationen geplant.

Daraus werden verbesserte Modelle zur 360°-Extrapolation von Profilpolaren abgeleitet. Diese führen bei großen Anlagen zu einer Reduktion von Unsicherheiten in der Auslegung der Extremlasten. Ziel dieser Maßnahmen ist die Reduzierung von Sicherheitsfaktoren und die damit verbundene Verringerung von Anlagenkosten.

Das Fraunhofer IWES wird in diesem Projekt mit Simulationen verschieden dicker Profile die Grundlage zur Modellbildung legen. Die Modellentwicklung erfolgt gemeinsam mit dem Projektpartner.