Das Projekt "Viscous and aeroelastic effects on wind turbine blades" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Entwurfsaerodynamik durchgeführt. General Information/Objectives of the Project: The objectives of the project are: To employ systematic 3-D Navier Stokes calculations for rotor blades of different shape in order to clarify the aerodynamic mechanisms associated to three-dimensional and rotational effects and their dependence on the geometrical and inflow parameters. To revisit the dynamic stall problem from the aerolastic point of view using simple modeling of dynamics and advanced solvers for the aerodynamics. - To devise a comprehensive aerodynamic database including both the 3-D and the aero elastic results. This database will be valuable for tuning and assessing the performance of simpler, engineering-type, models. - To provide a detailed step by step account of the progress, significant achievements and breakthroughs which have been built up so far on the aerodynamic and aero elastic codes through JOU2-CT93-0345, JOR3-CT95-0007 and the current project. Technical Approach: The technical approach is based on numerical investigations by means of advanced CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques. All the computations will be performed with state-of-the art Navier-Stokes codes and turbulence models, which have been verified within the context of concluded and ongoing Joule projects. Four applied research oriented institutes (CRES, RISOE, FFA, DLR), three basic research oriented universities (DTU, VUB, NTUA) and a blade manufacturer (LM Glasfiber) are participating in the project. Expected Achievements: The expected achievements are: To perform a parametric study of three dimensional and rotational effects by means of 3-D Navier-Stokes solvers for different blade geometries - To investigate blade-wake interference effects - To identify and understand the mechanisms of the three-dimensional separation and the radial effects in terms of the blade geometry and the operational conditions - To open a new window in Navier-Stokes aero elasticity using 2-D and quasi-3-D Navier Stokes solvers for the flow and simple mass-spring-damper supports for the structure. - To review the state of the art of advanced aerodynamic modelling for wind energy converters by summarizing methodologies established and results obtained within the current and concluded relevant JOULE projects and, eventually, provide reference aerodynamic tools for the European Wind Energy Industry. It is envisaged that the scientific conclusions of the project will provide the guidelines for a direct improvement of the state-of-the-art engineering tools which are used for machine design and certification. Prime Contractor: Centre for Renewable Energy Sources, Wind Energy Department; Pikermi; Greece.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung, Bau, Test und Zertifizierung eines Prototyps im Maßstab 1:1 für eine 2,5 MW WEA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aachen, Fachbereich 6 Luft- und Raumfahrttechnik durchgeführt. Das Ziel dieses Teilvorhabens ist die Erforschung, Entwicklung und Realisierung einer kletternden Serviceplattform zur Instandhaltung der Rotorblätter - von der mobilen Fehlerdetektion bis zur automatischen Reparatur - und zur Instandhaltung der Türme der WEA im On- und Offshore Bereich. In der Phase 1 wurde der SMART-Demonstrator im Maßstab 1:3, für eine 2,5 MW WEA ausgelegt und simuliert. Für den Laborbetrieb wurde er gebaut und erfolgreich getestet. Im Rahmen dieses Teilvorhabens des Projektes in der Phase 2 soll die Prototypenentwicklung des Wartungsroboters durchgeführt werden. Parallel dazu wird ein Prüfstand an der FH Aachen errichtet, um die Funktionalität des SMART-Prototyps durch unterschiedliche Tests unter realen Bedingungen zu überprüfen.
Das Projekt "CRISP II - Counter Rotating Integrated Shrouded Propfan" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Antriebstechnik, Abteilung Fan und Verdichter durchgeführt. Ziel des Projekt ist es, Triebwerke effizienter, umweltfreundlicher und leiser zu machen . Die Wissenschaftler setzen bei einem sogenannten Mantelstromtriebwerk an. Der Effektivitätssteigerung liegt ein einfaches physikalisches Prinzip zugrunde: Die Effektivität der Schuberzeugung steigt, wenn die Geschwindigkeit des Luftstrahls am Triebwerksaustritt reduziert wird. Gleichzeitig sinkt der sogenannte Strahllärm, da die chaotische Wirbelbildung am Strahlrand - eine Hauptquelle der Geräuscherzeugung am Triebwerk - abnimmt. Dieser Luftstrahl wird durch den Bläser (Fan) vorne am Triebwerk erzeugt. Im Projekt CRISP II wird der Fan durch zwei gegenläufige ummantelte Rotoren gebildet. Dieses technisch nie realisierte Konzept bietet die Chance, sowohl das Gewicht als auch vor allem den Außendurchmesser zu verringern. Die Herausforderungen beim modernen Triebwerkbau liegen vor allem in den schwer zu vereinbarenden Anforderungen, Triebwerke einerseits umweltfreundlicher (weniger Treibstoffverbrauch bedeutet auch weniger CO2-Emissionen), aber andererseits auch leiser zu bekommen. Studien zeigen, dass neuartige Triebwerke mit gegenläufigen Rotoren ohne Ummantelung am wenigsten Treibstoff verbrauchen würden. Durch die nicht vorhandene Ummantelung fehlt allerdings auch eine Lärmdämmung - das Triebwerk wäre deutlich lauter. Ziel der Forschung ist es, ein effizientes und leises Triebwerk zu entwerfen. CRISP II baut auf den Ergebnissen von CRISP I, einem Gemeinschaftsprojekt des DLR und des deutschen Triebwerksherstellers MTU auf. Von 1985 bis 2000 arbeiteten die Partner bereits an einem Triebwerk mit gegenläufigen Fans. Seit der Entwicklung und Konzipierung von CRISP I Ende der 1980er Jahre wurden große technologische Fortschritte insbesondere bei der detaillierten Strömungs- und Festigkeitsberechnung, der Lärmprognose, dem Leichtbau und in vielen anderen für den Triebwerkbau notwendigen Bereichen gemacht. In dem neuen Projekt soll unter anderem eine neue CFK-Bauweise (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) für die Fertigung der einzelnen Schaufeln der Rotoren verwendet werden. Dadurch hat man Gestaltungsraum für die Schaufeln, um ein effizienteres und leiseres Triebwerk zu entwerfen. CFK im Vergleich zu Titan sehr leicht und stärker belastbar.
Das Projekt "Aktuator und Sensorik im Rotor" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Airbus Defence and Space GmbH durchgeführt. Dieses Vorhaben ASiR ist Teil des Verbundes 'Lagerloses aktives Rotorsystem LARS', das von Eurocopter Deutschland GmbH geführt und gemeinsam mit weiteren Partnern durchgeführt wird. Das Vorhaben umfasst folgende Ziele und Arbeitsinhalte: 1.) Entwicklung neuartiger Antriebe für die aktive Rotorblattsteuerung, insbesondere einer Aktuatorik für die aktive Blatthinterkante, wobei weitgehend auf mechanisch kritische Lagerstellen verzichtet werden soll. Leistungsversorgung/Datenübertragung sollen im Hinblick auf Effizienz, Baugröße und -gewicht optimiert werden. 2.) Weiterentwicklung der experimentellen Piezofolien-Sensorik (aus ADASYS) zu einem operationellen System zur eindeutigen und zuverlässigen BVI-Detektion inkl. Ableitung eines zur Regelung geeigneten Signals. 3.) Entwicklung einer kombinierten Lärm-/Vibrationsregelung, die im Flugversuch erprobt werden soll. Die Ergebnisse werden ECD in vollem Umfang zur Verwertung zur Verfügung gestellt. Es handelt sich um Schlüsseltechnologien, die für die erfolgreiche Realisierung des geplanten aktiven Rotorsystems notwendig sind und somit wesentlich zur Stärkung der Marktposition von ECD beitragen.
Das Projekt "DPW-Design" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Programmdirektion Energie durchgeführt. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) beteiligt sich als bundesdeutsche Großforschungseinrichtung unter anderem über den Bau und die später geplante Nutzung einer Forschungsinfrastruktur, der 'DLR-Forschungsplattform Windenergie' (DLR Platform for Research On Wind Energy, 'PROWind'), an der zukunftsweisenden Windenergieforschung in Deutschland und Europa. Die geplante Forschungsplattform Windenergie (PROWind) soll im Wesentlichen aus drei Komponenten bestehen: - Mehrere sogenannte Demonstratoranlagen im Multi-Megawatt-Bereich - Eine sogenannte 'Virtuelle Anlage' - Mindestens eine kleine Experimentalturbine (experimenteller Versuchsträger). Die großen Demonstratoranlagen sollen in einem aerodynamisch relevanten Größenbereich liegen und möglichst dem aktuellen Stand der Technik entsprechen, gleichzeitig aber noch von ihrer Größe her mit vertretbarem Aufwand instrumentierbar, modifizierbar und allgemein für Forschungszwecke handhabbar sein. In dem Designprojekt 'DPW-Design' (DPW steht als Abkürzung für DevelopProWind) sollten wesentliche planerische Vorarbeiten für die Instrumentierung der Forschungsplattform mit den sogenannten Demonstratoranlagen und ihrer Umgebung durchgeführt werden. Insbesondere die sehr investitionsintensiven Bestandteile sollten dabei fundiert qualitativ und quantitativ herausgearbeitet werden. Die eigentliche Umsetzung dieser forschungstechnischen Ertüchtigung ist im Rahmen eines weiteren Vorhabens geplant.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anwendung der FI-IL in einem Rotorblatt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WINDnovation Engineering Solutions GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts FI-IL ist die Entwicklung eines sensorintegrierten und günstigen Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) zur Bestimmung der aktuell am Bauteil vorliegenden Belastungszustände, einer 'Funktionsintegrierten intelligenten Lamelle'. Die Messung der Dehnung durch einen robusten und universell einsetzbaren Sensor soll mit einer innovativen Kommunikation über ein integriertes BUS System gekoppelt werden, um die sonst hochpreisigen Sensorsystemen vorenthaltenen Features - wie zum Beispiel einer ortsaufgelösten Messung - kostengünstig in das neue Bauteil zu integrieren. In Kopplung mit einem wirtschaftlichen und ressourcenschonenden Produktionsverfahren wie der Pultrusion ergibt sich das Potential für ein günstiges Bauteil mit Funktionsintegration. Durch Einsatz der FI-IL werden durchgehend Informationen über den aktuellen Bauteilzustand generiert. Durch eine dem realen Zustand entsprechende Wartung (predictive-maintenance) können Ressourcen und damit CO2 eingespart werden. Es kommt zu keinem vorzeitigen Austausch von funktionstüchtigen Bauteilen und Defekte werden frühzeitig erkannt. Weiterhin lassen sich mit den über den gesamten Lebenszyklus des Bauteils gesammelten Informationen Schlussfolgerungen zu den aufgetretenen Lasten sammeln. Diese Informationen können zur Auslegung neuer Bauteile genutzt werden (datengetriebene Bauteilauslegung), die wiederum ein höheres Leichtbaupotential aufweisen. Durch Einsparung von Ressourcen sowohl kurz- und mittelfristig während des Betriebs, als auch langfristig durch die optimierte Auslegung neuer Bauteile werden sowohl Ressourcen entlang des gesamten Lebenszyklus eingespart, als auch die Lebensdauer signifikant verlängert und dadurch ein Beitrag zur Sicherung des Klimaschutzes und der Nachhaltigkeit geleistet. Um das Potential voll auszuschöpfen, soll die Technologie branchenübergreifend am Beispiel von drei Szenarien in den Bereichen Bauwesen, Mobilität und Energie exemplarisch umgesetzt werden.
Das Projekt "Faserverbunde für Luftfahrt und Windkraft - CarboAir" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von INVENT Innovative Verbundwerkstoffe Realisation und Vermarktung neuer Technologien GmbH durchgeführt. Die Invent GmbH wird im Rahmen dieses Teilvorhabens zwei Technologiedemonstratoren aus Faserverbundwerkstoffen mit nanoskalinen Füllstoffen herstellen und die erforderlichen Grundlagen in den vorgeschalteten Arbeitspaketen erarbeiten. Im Fokus der Arbeiten steht das Epoxidharz LY556. Hierfür wird ein Anforderungsprofil erstellt, um es mit CNTs ideal vermischen zu können. Die Fertigungsverfahren Wickeltechnik und Injektionstechnik werden auf das mit CNTs gefüllten Harzsystem angepasst und weiterentwickelt. Im Rahmen eines Probenprüfprogrammes werden Faserverbundproben auf elektrische Leitfähigkeit, Schrumpf und Lackierbarkeit getestet. Dabei werden unterschiedliche Mengen CNT dem Harz beigemengt und mit unterschiedlichen Gewebetypen kombiniert. Die erzielten Ergebnisse münden in zwei Technologiedemonstratoren. Hier sind ein Windflügel (ca. 2 m Länge) und in Zusammenarbeit mit EADS und DLR ein Rumpfschalensegment geplant.
Das Projekt "Teilprojekt: Phase 1 DLR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Standort Göttingen, Institut für Aeroelastik durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen Regelungssystems zur aktiven Begrenzung von auslegungsrelevanten Extremlasten an großen Windenergieanlagen. Das Projekt zielt dabei auf eine Kostenreduktion für mechanische Komponenten mit einem großen Anteil an den Gesamt-Investitionskosten der WEA, also auf die Rotorblätter, den Turm, das Fundament sowie die tragenden Strukturen von Gondel und Nabe. Die hohe erforderliche Dynamik soll mit schnellen lokalen Luftkraftaktuatoren und einem geeigneten Messsystem zur Erfassung von Extremereignissen realisiert werden. Im Rahmen der Phase 1 des hier vorgeschlagenen Projektes sollen für die Realisierung des beschriebenen Regelungssystems zur Zeit noch fehlende, wichtige Grundlagen erarbeitet werden: - Abschätzung der prinzipiell erreichbaren Extremlastreduktionen - Bestimmung der Anforderungen an die Sensorik, Aktuatorik und Regelung - Erarbeitung von Messprinzipien zur schnellen und sicheren Erfassung der relevanten Lasten und Entwurf eines Lastmonitoring-Systems für die schnelle, vorausschauende Erkennung von Extremereignissen - Entwicklung von Modellen der instationären Aerodynamik schneller Luftkraftaktuatoren, speziell für den Reglerentwurf, Validierung im Windkanal - Entwicklung von geeigneten Regelungsstrukturen und Verfahren zum Reglerentwurf für die sichere Extremlastbegrenzung - Erarbeitung eines tieferen Verständnisses der Wechselwirkungen zwischen den schnellen Luftkraftaktuatoren und der Strukturdynamik der WEA.
Das Projekt "Full-Scale-Test für Rotorblätter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH durchgeführt.
Das Projekt "Upwind: Development of Improved Wind Turbine Noise Prediction Tools for Low Noise Airfoil Design" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Aerodynamik und Gasdynamik durchgeführt. The noise regulations of various countries urge wind turbine manufacturers to reduce the aerodynamical noise emission of their turbines. To reduce the greenhouse gas emission, wind energy has been put in a very front position. EWEA estimates 12percent of worlds energy may come from wind turbines by the year 2020 (approx. 1,260,000 MW). This means wider deployment of wind turbines, at lower wind speed sites i.e. close to people & transmission lines. To reduce the transmission cost between production site and customer, onshore installations are still a cheaper solution. One of the biggest barriers for developing onshore turbines is the noise which has a negative impact on people's daily life. Thus, the goal of developing onshore wind turbines is to design silent wind turbines and silent wind farms and at the same time have a good aerodynamic efficiency. Noise emitted from an operating wind turbine can be divided into two parts, mechanical noise and flow induced noise. Mechanical noise can sufficiently be reduced by conventional engineering approaches but flow-induced noise is more complex and need more focus. The noise mechanisms associated with flow-induced noise emission have different sources. These are, inflow turbulence noise, tip noise, laminar boundary layer separation noise, blunt trailing-edge noise (BTE) and for turbulent boundary-layer trailing-edge interaction noise (TBL-TE). Acoustic field measurements within the European research project SIROCCO showed that the TBL-TE noise is the most dominant noise mechanism for modern wind turbines. Thus, accurate prediction and reduction of the TBL-TE noise is the main focus of the acoustics airfoil design methods for wind turbine rotor blade. For developing 'silent' airfoils, a routinely design fast, less expensive and accurate prediction methodology is desired. In this respect, simplified theoretical model would be the first candidate, and therefore the main goal is development of an accurate and efficient noise prediction model for the low noise wind turbine blade design.
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