HighRe: Aerodynamik bei hohen Reynoldszahlen für große Offshore-Windenergieanlagen der Zukunft

• Während Rotorblätter von Windenergieanlagen immer größer werden, sind die aerodynamischen Modelle zu ihrer Auslegung mittlerweile 20 Jahre alt.
• Die Frage, ob diese Modelle heutigen Blättern gerecht werden, steht im Mittelpunkt des Projektes HighRe.
• Dafür wird die Aerodynamik der AD8 Windenergieanlage vom Fraunhofer IWES vermessen und die Ergebnisse mit parallel stattfindenden Simulationen verglichen.

Während die Rotorblätter von Windenergieanlagen immer größer werden, sind die aerodynamischen Modelle zur Auslegung der Blätter in den letzten 20 Jahren nur wenig verändert worden. Die meisten Modelle sind daher an Anlagen mit Blattlängen von unter 30 Metern entwickelt oder aus Windkanalexperimenten abgeleitet worden. Doch wie valide sind diese Modelle noch für heutige Blätter, deren Länge schon über 100 Meter hinausreicht?

Dies ist die zentrale Frage des Projekts HighRe - Aerodynamik bei hohen Reynoldszahlen für große Offshore-Windenergieanlagen der Zukunft. Es gilt: Je enger die Auslegungsmodelle an der Realität liegen, desto besser und kostengünstiger können die Blätter gestaltet werden.

Schon im Vorfeld des Projekts "HighRe" konnte das Fraunhofer IWES zeigen, dass es erhebliche Abweichungen in der Modellierung gierender Windenergieanlagen gibt, also bei Windenergieanlagen unter schräger Anströmung (Rahimi 2018*). Dafür verwendete Modelle wurden vor über 20 Jahren an wesentlich kleineren Anlagen entwickelt. Bei einer großen Anzahl von Modellen der Windenergieaerodynamik verhält es sich ähnlich: Grundlage für die Modellberechnungen sind kleine Anlagen.

In HighRe wird deshalb die Aerodynamik der AD8 Windenergieanlage vom Fraunhofer IWES vermessen und die Ergebnisse mit parallel stattfindenden Simulationen verglichen. Dafür wurde das Projekt in vier Arbeitspakete aufgeteilt:

1. Vermessung des Windfelds: Um die aerodynamischen Effekte zu ermitteln, muss das dazugehörige Windfeld genau bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird das Windfeld mit Hilfe von mehreren LiDAR-Geräten lokal auflösend vor der Windenergieanlage abgescannt.

2. Vermessung der Aerodynamik: An der Windenergieanlage wird die Aerodynamik und die Gesamtreaktion der Anlage auf die aerodynamischen Lasten vermessen. Dies geschieht u.a. mit Drucksensoren.

3. Validierung von numerischen Strömungssimulationen: Numerische Strömungssimulationen gelten als ein sehr genaues Mittel zur physikalischen Beschreibung der Aerodynamik. Es soll überprüft werden, wie genau mit der Methode die gemessenen Eigenschaften erfasst werden.

4. Validierung der Lastrechnungen: Die Lastrechnung ist die zentrale Methode bei der Auslegung von Anlagen und Rotorblättern. Sie enthält viele Modelle, die in dem Projekt im Einzelnen überprüft werden sollen.

* Link zu Fraunhofer Publica