Schlussbericht zum Teilvorhaben "Erweiterte Instrumentierung der Forschungswindenergieanlagen und Durchführung der Feldversuche am WindForS-Windenergietestfeld" im Verbundprojekt "Flamingo" - "Ganzheitlich optimierte individuelle Blattwinkelverstellung im Feld- und Modellversuch"

Abstract

Um die Stromgestehungskosten weiter zu reduzieren, verfügen moderne Windenergieanlagen über immer größere Rotordurchmesser. Dies führt dazu, dass längere Rotorblätter während einer Umdrehung beispielsweise durch ausgeprägte vertikale Windprofile noch stärker einer erheblichen Variation der Wind- und Anströmbedingungen ausgesetzt sind. Dies spiegelt sich in der mechanischen Belastung der Bauteile wider. Gegenüber der klassischen, synchronen Verstellung der drei Blattwinkel bietet die individuelle Blattwinkelverstellung (engl. IPC) die Möglichkeit, jedes Blatt der Windenergieanlage stets individuell optimal den Bedingungen anzupassen. Im Verbundprojekt „Flamingo“ des BMWE wurden gemeinsam mit Forschungspartnern optimierte Strategien zur Einzelblatt-Regelung entwickelt und am Forschungstestfeld WINSENT des ZSW im Feldversuch erprobt. Dazu wurde bereits während des Baus der Windenergieanlagen, eine faseroptische Instrumentierung in die Rotorblätter eingebracht, mit deren Hilfe verschiedenste strukturelle Verformungen und Belastungen während des Betriebs erfasst werden. Der entwickelte IPC-Regler wurde vorab im Hardware-in-the-Loop Teststand am ZSW ausgiebig getestet, bevor dieser auf die Steuerung einer Forschungsanlage portiert wurde. In den Feldversuchen konnte im Vergleich der beiden Anlagen zueinander eine Reduktion der mechanischen Belastungen des Rotors nachgewiesen werden. In order to further reduce electricity generation costs, modern wind turbines have increasingly larger rotor diameters. This means that longer rotor blades are exposed to even greater variations in wind and flow conditions during a single rotation, for example due to pronounced vertical wind profiles. This is reflected in the mechanical stress on the components. Compared to the classic synchronous adjustment of the three blade angles, individual pitch control (IPC) offers the possibility of always optimally adapting each blade of the wind turbine to the conditions. In BMWE's joint project “FLAMINGO”, optimized strategies for individual pitch control were developed together with research partners and tested in field tests at the ZSW's WINSENT research test site. For this purpose, fiber optical instrumentation was installed in the rotor blades during the construction of the wind turbines, which is used to record a wide variety of structural deformations and loads during operation. The developed IPC controller was extensively tested in advance on the hardware-in-the-loop test bench at ZSW before being ported to the control system of a research turbine. In the field testing, a reduction in the mechanical loads on the rotor was demonstrated when comparing the two turbines.