X-Rotor - Zweiblatt

X-Energy: X-Rotor - Zweiblatt

Das X-Energy Teilprojekt X-Rotor – Zweiblatt untersucht die physikalischen und ökonomischen Unterschiede zwischen zwei- und dreiblättrigen 20 MW Offshore-Windenergieanlagen. 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 wird durch möglichst genaue Simulationen der Wirklichkeit und verschiedener ökonomischer Modelle versucht, Potentiale zu verifizieren und neue Wissengrundlagen zu schaffen. Besonderes Augenmerk liegt bei diesem Vergleich auf einer möglichst gleichwertigen Anlagenauslegung. Außerdem wird ein genauer Vergleich der (dynamischen) Lasten von Zwei- und Dreiblattanlagen in dem Projekt erarbeitet.

Dreiblättrige Windenergieanlagen sind aktuell omnipräsent. Das grundlegende Anlagenkonzept ist dabei seit vielen Jahren, sowohl auf dem Land als auch auf dem Wasser und für verschiedene Größenvariation, nahezu gleichgeblieben. Besonders für extreme Dimensionen bietet die typischerweise breite Blattstruktur von Zweiblattanlagen jedoch physikalische Vorteile, die eine Reduktion der Rotormasse und -kosten ermöglichen. Zudem führt das eingesparte Blatt zu weiteren (Kosten)Reduktionen, da ein Blatt weniger gebaut, transportiert, montiert, gewartet, abgerissen und recycelt oder entsorgt werden muss. Eine geringere Windangriffsfläche reduziert Windlasten bei Sturmbedingungen. Die Parkposition des Rotors in T-Stellung ermöglicht ein besseres Anfliegen der Zweiblattanlage per Helikopter für Wartungsarbeiten.

Trotz all dieser Vorteile gibt es aber auch Herausforderungen, insbesondere hinsichtlich der Anlagendynamik. Bei einer zweiblättrigen Windenergieanlage sind die Kräfte weniger gleichmäßig über die Rotorfläche verteilt. Dazu kommt eine sich ständig ändernde Orientierung der Rotorträgheitsachsen und eine zyklische Anregung durch genau gegenüberliegenden Rotorblätter, die sich jeweils in der stärksten und der schwächsten Windhöhe befinden. Es existieren jedoch auch einzigartige Lösungsansätze: Bei Zweiblattanlagen kann eine Pendelnabe verwendet werden, die bei unterschiedlicher Belastung der Rotorblätter, ähnlich wie bei einer Wippe, kein Biegemoment auf die Aufhängung überträgt. Zudem bietet die moderne Regelungstechnik in Verbindung mit Sensoren, zum Beispiel durch modell-prädiktive oder individuelle Blattregelung, weitere Möglichkeiten zur Lastenreduktion.

Projekt Team:

Fabian Anstock
Projektlaufzeit
-
ProjektBudget
500.000
Kooperationspartner
Siemens Gamesa
Mittelgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Einrichtungen
CC4E - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
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