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Neue Steuerungsmodelle für Optimierung von Windparks

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06.09.2017

Bei Windparks ist das komplexe Wechselspiel der Kräfte schwer zu erfassen und noch schwerer zu steuern: Jeder einzelne Rotor beeinflusst die Bewegung der Luft, die an ihm vorbeiströmt, bremst sie ab und sorgt so für Verwirbelungen. Dieser Abschattungseffekt verringert die Leistung der im Lee stehenden Anlagen.

 - Windpark: Forscher der TU München konnten jetzt in Experimenten zeigen, dass sich die Abschattungseffekte durch eine intelligente Steuerungstechnik reduzieren lassen.
© Erich Westendarp / pixelio.de
Windpark: Forscher der TU München konnten jetzt in Experimenten zeigen, dass sich die Abschattungseffekte durch eine intelligente Steuerungstechnik reduzieren lassen.

Und er belastet das Material – Masten, Rotorblätter und Generatoren, die ständig turbulenten Strömungen ausgesetzt sind, ermüden schneller. Forscher der TU München (TUM) konnten jetzt in Experimenten zeigen, dass sich die Abschattungseffekte durch eine intelligente Steuerungstechnik reduzieren lassen. „Der Ansatz besteht darin, den Nachlauf – also den von einer Anlage verursachten Windschatten – so abzulenken, dass er an den im Lee stehenden Anlagen vorbeiströmt“, erläutert Prof. Carlo Bottasso, Inhaber des Lehrstuhls für Windenergie an der TUM.

Doch wie optimiert man die Luftbewegung in einem Windpark? „Der Nachlauf lässt sich durch Gieren des Rotors ablenken – beim Gieren trifft der Wind nicht mehr frontal, sondern leicht von der Seite auf den Rotor“, erläutert Schreiber. Um herauszufinden, wie sich die verschiedenen Einstellungen einzelner Anlagen auf die Energieausbeute ganzer Windparks auswirken, haben die Wissenschaftler Modelle gebaut. Wie echte Windkraftanlagen verfügen die nur 1,5 Meter hohen Miniatur-Anlagen über Generatoren, Antriebe und sogar Motoren zum Verstellen der einzelnen Blätter. Jedes Modell ist zudem mit Sensoren ausgestattet, die ermitteln, welche Kräfte auf die verschiedenen Komponenten einwirken.

Mit drei dieser Modelle im Gepäck fuhren die Forscher nach Mailand. Am Politecnico di Milano befindet sich ein Windkanal, der die Strömungsverhältnisse in den unteren Atmosphärenschichten maßstabsgetreu erzeugen kann. „Hier konnten wir tatsächlich zeigen, dass der Abschattungseffekt die Stromausbeute verringert“, berichtet Schreiber. Im nächsten Schritt gingen die Ingenieure daran, den Energie-Output zu optimieren: Sie verbanden die drei Modelle mit einer zentralen Steuerungseinheit, welche ebenfalls am Lehrstuhl für Windenergie entwickelt wurde und als „Gehirn“ des Windparks agiert. Diese Steuerung sorgt dafür, dass die Windkraftanlagen ein möglichst gutes Ergebnis erzielen.