Forschungsprojekt WindDyS

Projekttitel: WindDyS – Entwicklung und Untersuchung eines neuartigen Dynamic-Stall-Modells für den Vorentwurf von Windkraftanlagen-Rotorblättern

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:

Im Projekt WindDyS wurde das dynamische Verhalten aerodynamischer Querschnittprofile von Rotorblättern für Windenergieanlagen untersucht. Bei dynamischer Veränderung des Anstellwinkels über den die Profile angeströmt werden, kann es durch die Dynamik zu einer Veränderung des Verhaltens im Bereich des Strömungsabrisses (Stall) kommen – dem sogenannten dynamischen Strömungsabriss (Dynamic Stall). Das Projekt WindDyS hat sich damit beschäftigt, dieses Verhalten genau mit numerischen Strömungsberechnungen zu simulieren und ein zuverlässiges Modell zu entwickeln, mit dem diese Berechnungen in industrielle Lastrechnungen übertragen werden können. Bisher werden hierbei angepasste Modelle eingesetzt, die ursprünglich für die Helikopter-Aerodynamik entwickelt wurden. Das Ziel des Projekts ist es, durch ein verbessertes windenergiespezifisches Modell, die Entwicklung längerer, leichterer und damit auch flexiblerer Rotorblätter zu befördern, um den Bau von weniger aber größerer Windenergieanlagen in Zukunft zu ermöglichen und so die notwendigen Ressourcen für die Energiewende zu schonen.

Methoden und Arbeitsschritte

In dem Projekt wurden für verschiedene, vor allem dicke Profilgeometrien, umfangreiche numerische Strömungssimulationen durchgeführt, welche deren Eigenschaften unter verschiedenen Bedingungen abbilden. Die Ergebnisse der hochaufgelösten Strömungssimulationen sollten verwendet werden, um ein verbessertes Modell für das Auftreten von Dynamic Stall an Windenergie-Profilen zu erfassen. Auf Grundlage des Onera-Modells wurde dazu ein Ansatz implementiert, welcher es mit Korrekturen des Onera-Modells erlaubt, die Ergebnisse von solchen Rechnungen in einem vereinfachten und schnellen Modell abzubilden. Damit steht ein notwendiger Ansatz zweiter Ordnung zur Verfügung, um die dynamischen Eigenschaften des dynamischen Strömungsabrisses abzubilden. Eine Umsetzung des Modells zweiter Ordnung in die Open Souce Software OpenFAST erfordert wesentliche Anpassungen im Kern-Code, die zukünftig gemeinsam mit dem Code- Entwickler umgesetzt werden können.