Das Rotorblatt ist eine der teuersten Komponenten einer Windenergieanlage und entscheidend für den Wirkungsgrad des Systems. Mit Baulängen über 80 Meter werden Maßstäbe im Umgang mit Leichtbauwerkstoffen gesetzt. Im Spannungsfeld zwischen extremen Beanspruchungen und hohem Kostendruck müssen in allen Bereichen - vom aerodynamischen und strukturellen Design über die Herstellungsverfahren bis zur Absicherung des Betriebs - innovative Ansätze entwickelt werden. Dabei spielt auch die Betrachtung der dynamischen Stabilität des Gesamtsystems eine immer größere Rolle, die mittels leistungsfähiger aeroelastischer Ansätze Berücksichtigung finden muss.
Auslegungsverfahren und innovative Konzepte
Unter Verwendung modernster numerischer Strömungssimulationen (CFD) werden im Forschungsverbund neuartige last- und ertragsoptimierte Rotorblätter entworfen. Dabei wird auf eine durchgängige Kette von Entwurfs- und Berechnungsverfahren zurückgegriffen, die von der Aerodynamik über Aeroelastik und Aeroakustik bis zur Gesamtdynamik der Windenergieanlage alle relevanten Aspekte für die Auslegung berücksichtigt. Mithilfe von aktiven Stellflächen und passiver Biegetorsionskopplung werden Regelungsmöglichkeiten für eine zukünftige Rotorblattgeneration geschaffen. Auch die Integration neuer Sensorkonzepte in die Struktur der Rotorblätter und das darin liegende Potenzial für Schadensfrüherkennung und aktives Lastmanagement werden untersucht. Mit diesen Technologien bereitet der Forschungsverbund den Weg für die kostengünstige Fertigung und Betriebssicherheit noch längerer Rotorblätter.
Materialentwicklung und Herstellungsverfahren
Das weitere Größenwachstum der Rotorblätter lässt bisherige Material- und Fertigungsverfahren an Grenzen stoßen. Insbesondere die kostenintensive und fehleranfällige manuelle Fertigung bietet offensichtliches Optimierungspotenzial. In Projekten des Forschungsverbundes wird durch eine abgestimmte Entwicklung neuer Materialien in Kombination mit der Einführung automatisierter Fertigungsschritte die notwendige Grundlage für die Fertigung der nächsten Generation von Rotorblättern gelegt. Hierbei wird auch auf Erfahrungen aus verwandten Industriebereichen wie zum Beispiel der Luftfahrt zurückgegriffen
Validierung und Vermessung
Zu einem erfolgreichen Entwicklungsprozess gehört auch eine umfangreiche und detaillierte Validierung der einzelnen Arbeitsschritte, die Teil der Zertifizierung ist. Dazu bietet der Forschungsverbund eine Infrastruktur, die weltweit Maßstäbe setzt. In State-of-the-Art Testeinrichtungen können von der abgesicherten Materialentwicklung über Bauteil- und Ganzblatttests bis hin zur Windkanal- und Freifeldvermessung alle notwendigen Untersuchungen durchgeführt werden.
Erfahrungsbasierte Expertise geht in die kontinuierliche Verbesserung von Testverfahren ein, um den sich weiterentwickelnden Herstelleranforderungen gerecht zu werden und bei höchster Präzision zeit- und kostensparend zu testen.