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 naturgetreue Simulationen und verschiedenen ökonomischen Modellen versucht, Potenziale zu verifizieren und neue Wissensgrundlagen zu schaffen. Der Fokus bei diesem Vergleich liegt 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 gleich geblieben. 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 einer weiteren Reduzierung der Kosten, da ein Blatt weniger gebaut, transportiert, montiert, gewartet, abgerissen und recycelt oder entsorgt werden muss. Außerdem reduziert eine geringere Windangriffsfläche Windlasten bei Sturmbedingungen und die Parkposition des Rotors in T-Stellung bietet 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. Hinzu kommt eine sich ständig ändernde Orientierung der Rotorträgheitsachsen und eine zyklische Anregung durch die gegenüberliegenden Rotorblätter, die sich jeweils in der stärksten und der schwächsten Windhöhe befinden.

Es gib aber auch weitere Lösungsansätze: So kann eine Pendelnabe verwendet werden, die bei unterschiedlicher Belastung der Rotorblätter ähnlich wie bei einer Wippe, kein Biegemoment auf die Aufhängung überträgt. Zudem ermöglicht die moderne Regelungstechnik in Verbindung mit Sensoren, zum Beispiel durch modell-prädiktive oder individuelle Blattregelung, weitere Maßnahmen zur Lastenreduktion.

Die Ergebnisse aus dem abgeschlossenen Teilprojekt X-Rotor Zweiblatt werden im neuen Projekt X-Zweiblatt Floating genutzt und weitergeführt.

Projekt Team:

Fabian Anstock
Projektlaufzeit
-
ProjektBudget
676.600
Kooperationspartner
Siemens Gamesa
Mittelgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Einrichtungen
CC4E - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz
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