Forschung und Entwicklung für Windenergie
Für die Hersteller von Windkraftanlagen ist es das vordringliche Ziel ihrer Forschung und Entwicklung, immer wirtschaftlichere Anlagen zu bauen.
Aerodynamik in der Forschung
Fotografie einer Computer- simulation der Strömungs- verhältnisse in der unmittelbaren Umgebung eines Rotorblattes. Foto © Nationales Forschungszentrum Risø, Dänemark.
CFD Simulation Die Konstrukteure von Windkraftanlagen verwenden Methoden wie den Strömungsabriß (Stall) , während Flugzeugingenieure das Auftreten dieses Phänomens unter allen Umständen vermeiden. Strömungsabriß ist ein sehr komplexes Phänomen, weil es Strömungen in allen drei Dimensionen eines Rotorblattes umfaßt. (Beispielsweise bewirkt die Zentrifugalkraft, daß sich die Luftmoleküle von der Wurzel des Rotorblattes bis zur Spitze radial entlangbewegen).
3D-Computersimulationen von Luftströmungen werden in der Flugzeugindustrie selten eingesetzt, deshalb müssen die Forscher im Bereich Windkraftanlagen neue Methoden und Modelle für die Computersimulation entwickeln.
CFD (Computational Fluid Dynamics) umfaßt eine Anzahl von Methoden, die sich beispielsweise für die Simulation der Luftströmung in der Umgebung von Rotorblättern eignen. Das Bild oben zeigt eine Simulation der Strömungs- und Druckverteilung in der unmittelbaren Umgebung eines Rotorblattes, welches sich nach links bewegt.
Methoden zur Verbesserung der Aerodynamik
Eine Reihe von Technologien, die von der Flugzeugindustrie her stammen, werden zunehmend zur Verbesserung der Performance von Windkraftanlagen eingesetzt.
Ein Beispiel dafür sind Vortex-Generatoren (Wirbelerzeuger). Es handelt sich dabei um kleine Finnen, die oft nur 0.01 m (0.4 inch) hoch sind und auf die Flügeloberfläche von Flugzeugen aufgebracht werden. Diese Finnen sind abwechselnd ganz leicht um ein paar Grad nach links und rechts geneigt und erzeugen einen kleinen, turbulenten Luftstrom auf der Flügeloberfläche. Die Abstände zwischen den Finnen sind sehr genau eingehalten, um sicherzustellen, daß sich die turbulente Schicht genau an der Flügelhinterkante automatisch auflöst.
Vortexgenneratoren
Eigenartigerweise verhindern diese winzigen Turbulenzen einen Strömungsabriß bei geringen Geschwindigkeiten.
Die Rotorblätter von Windkraftanlagen neigen bei geringen Windgeschwindigkeiten zu Strömungsabriß, besonders in der Nähe der Blattwurzel, wo die Profile dick sind.
Deshalb findet man heute bei einigen der modernsten Rotorblätter auf der Blattrückseite in der Nähe der Wurzel einen Streifen von ungefähr einem Meter Länge, der mit Vortex-Generatoren besetzt ist.
(Foto: © LM Glasfiber A/S).
© Copyright 1997-2003 Verband der dänischen Windkraftindustrie
Letzte Änderung 10. Mai 2003
http://www.windpower.org/de/tour/rd/index.htm
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