Das X-Energy-Teilprojekt X-Rotor – Zweiblatt hat die physikalischen und ökonomischen Unterschiede zwischen zwei- und dreiblättrigen 20 MW Offshore-Windenergieanlagen untersucht. Die aerodynamische Effizienz einer Zweiblattanlage liegt bei ähnlicher Auslegungsart nur etwa vier Prozent unter der einer Dreiblattanlage. Ist der Rotor der Zweiblattanlage nur etwa zwei Prozent größer, ist die Stromerzeugung identisch. In dem Teilprojekt X-Rotor – Zweiblatt wurden durch möglichst naturgetreue Simulationen und anhand verschiedener ökonomischer Modelle Potenziale verifiziert und neue Wissensgrundlagen geschaffen. Der Fokus bei diesem Vergleich lag auf einer möglichst gleichwertigen Anlagenauslegung. Außerdem wurde ein genauer Vergleich der (dynamischen) Lasten von Zwei- und Dreiblattanlagen in dem Projekt erarbeitet.
Die grundlegende Frage und Motivation für das Forschungsvorhaben war: Ist es sinnvoll, dass ein Großteil der heutigen Offshore-Windenergieanlagen Dreiblattanlagen sind, deren Konzept ursprünglich für den Onshore-Einsatz entwickelt und dann auf den Offshore-Bereich übertragen wurde? Gerade für den Offshore-Einsatz werden jedoch Zweiblattanlagen als Möglichkeit betrachtet, die Stromgestehungskosten zu senken. Das kommt daher, dass Zweiblattanlagen im gesamten Lebenszyklus Kostenvorteile bieten, also auch beim Transport, der Errichtung, der Wartung, dem Abriss und bei der Wiederverwertung, was besonders Offshore zum Tragen kommt.
Ergebnisse
Durch das Projekt konnten viele Erkenntnisse zu Zweiblattanlagen gewonnen werden. Wichtige publizierte Elemente des Forschungsprojektes sind folgende:
- die aerodynamische Auslegung einer Blattstruktur einer Zweiblattanlage, basierend auf einer bestehenden Dreiblattanlage, mit derselben quasi-statischen Leistungskurve
- die strukturelle Skalierung von Rotorblättern einer Zweiblattanlage mit Hilfe von FEM
- die Gegenüberstellung von Vor- und Nachteilen von Zweiblattanlagen mit verschiedenen Auslegungsdrehzahlen
- die Auslegung einer Speed-Exclusion-Zone und aktiven Turmdämpfern für die Zwei- und Dreiblattanlagen
- das objektive Regler-Tuning mit Hilfe eines dafür entwickelten Kontroll-Kosten-Kriteriums
- der Vergleich von Ermüdungs- und Extremlasten verschiedener Konzepte von 20 MW Zweiblattanlagen mit einer 20 MW Dreiblattanlage auf Basis einer ähnlichen Leistungskurve
- Entwicklung einer neuen Methode der dämpfenden aktiven Pitch-Pendelgeschwindigkeits-Kopplung, die Extremlasten und den Pitchaufwand der reinen aktiven Pitch-Pendelwinkel-Kopplung in Extremlastszenarien reduziert
Die Ergebnisse aus dem abgeschlossenen Teilprojekt X-Rotor Zweiblatt wurden im Projekt X-Zweiblatt Floating genutzt und weitergeführt.
Eine detailliertere Darstellung der Ergebnisse von X-Rotor Zweiblatt ist im Abschlussbericht des Teilprojekts enthalten.
