HAW-Hamburg: Forschungsprojekte Detail

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Eine Motivation von Multirotoren ist das sogenannte Square-Cube-Law. Vereinfachend kann man sagen, dass die Massen eines Rotors und damit auch die Kosten kubisch mit der Rotorgröße ansteigen. Die überstrichene Rotorfläche und damit der Ertrag steigen aber nur quadratisch. Indem man die gleiche überstrichene Rotorfläche aus vielen kleinen Rotoren zusammensetzt, umgeht man diese Problematik.

Das Teilprojekt X-Multirotor hatte das Ziel, Multirotor-Konzepte mit einer Gesamtnennleistung von 20 MW zu untersuchen und deren Stromgestehungskosten (LCoE) mit denen einer leistungsäquivalenten Einzelanlage zu vergleichen. Multirotoren bestehen aus mehreren Rotoren, die untereinander und mit dem Turm über einen Tragrahmen (Spaceframe) verbunden sind. Die Anbindung wurde als Fest-/Loslager Kombination angenommen, um so die Rotorlasten gut in den Turm zu übertragen und auch um die gesamte Multirotorstruktur dem Wind nachführen zu können. Es wurden Konzeptanalysen durchgeführt bei denen die Anzahl und Anordnung der Rotoren, aber auch geometrische Designparameter wie die Spaceframe-Tiefe oder Festlagerposition und damit auch Turmhöhe variiert wurden.

Ergebnisse

Ausgewählte Erkenntnisse aus X-Multirotor sind:

Eine Spaceframe-Tiefe von 10-13 % der Spaceframe-Breite führt zu einem optimalen Kraftfluss und damit niedrigen Kosten.
Eine Festlagerposition und damit Turmhöhe relativ in der Mitte vom Spaceframe über die Höhe betrachtet, führt zu minimalen Kosten von Turm und Spaceframe.
Stabilität (Knickung) ist ein Designdriver, da fast alle Spaceframe-Verbindungselemente, die unter einer Druckbelastung stehen, nach der Festigkeitsdimensionierung auf Knickung nachdimensioniert werden müssen.
Bedingt durch das sogenannte Load Averaging wirken sich mehr Rotoren positiv auf die Dimensionierung basierend auf der Betriebsfestigkeit aus.
Die Betriebsphase von Multirotoren und damit die OPEX (Operational Expenditures) sind derzeit noch relativ unklar und werden in dem Nachfolgeprojekt X-Multirotor – Design for Maintenance (DfM) untersucht.
Alternative Windnachführungskonzepte von Multirotoren, wie z.B. Yaw by Pitch sind möglich und konnten in zwei Simulations-Umgebungen aufgezeigt werden.
Multirotoren zeigen großes Potential die LCoE zu senken.

Die Ergebnisse aus dem Teilprojekt X-Multirotor werden im Teilprojekt X-Multirotor DfM angewendet und weitergeführt.

Eine detailliertere Darstellung der Ergebnisse von X-Multirotor ist im Abschlussbericht des Teilprojekts enthalten.

Projekt Team:

Sven Störtenbecker

Projektleitung

Prof. Peter Dalhoff

Projektlaufzeit

11/2017 - 06/2022

ProjektBudget

676.600 €

Kooperationspartner

Siemens Gamesa

Mittelgeber

Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)

Einrichtungen

CC4E - Erneuerbare Energien und Energieeffizienz

Kontakt

Prof. Peter Dalhoff

Professor für Windtechnik

Department Maschinenbau und Produktion

peter.dalhoff (at) haw-hamburg (dot) de

Stellv. Leiter CC4E

Competence Center Erneuerbare Energien und Energieeffizienz

T +49 40 428 75-8674

peter.dalhoff (at) haw-hamburg (dot) de