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Entwicklung neuartiger effizienter Vertikalachs-Windkraftanlagen bis 100 kW Leistung

VAWinT 100

  • Projektverantwortlicher:
    Prof. Dr.-Ing. Rene Brunotte
  • Förderer:
    ZIM (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand)
  • Fachgruppe:
    Ingenieurwissenschaften
  • Laufzeit:
    01.01.2015 bis 31.12.2017
  • Förderung:
    320.000
  • Projektpartner:
    STM Montage GmbH

Gegenstand des von der STM Montage GmbH und der bbw Hochschule durchgeführten Forschungsvorhabens waren die Entwicklung, die prototypische Umsetzung und der Test einer mittelgroßen Mittelwindkraftanlage in Vertikalachs-Bauweise für den Leistungsbereich 50-100 kW. Das FuE-Vorhaben beschäftigte sich bezüglich des Moduls Rotor (inklusive Generator) mit dessen möglicher Potenzialverbesserung durch technisch-technologische Neuerungen.

Wind- und Sonnenenergie ist die Energie der Zukunft
Wind- und Sonnenenergie ist die Energie der Zukunft

Neben der Entwicklung eines optimierten Rotors wurde die Entwicklung und notwendige Neukonstruktion von zwei weiteren VA - WA-Modulen untersucht. Und zwar:

  • eines Entkopplungssystems, das zwischen Rotor und Tragstruktur (Turm) geschaltet wird, um die Schwingungen des Rotors abzudämpfen und
  • einer neuen Tragwerkkonstruktion.
Die Herausforderungen in diesem Projekt lagen vor allem in der Größe der Anlage. Projekte in der Vergangenheit zeigen, dass die Konstruktion des Zusammenspiels von Generator und Mastaufbau ein zentraler Punkt ist. Abhängig von den Windgeschwindigkeiten kann es zu Resonanzen durch die Drehbewegungen, also Eigenschwingungen, kommen. Dabei können große Kräfte entstehen und zu bleibenden Schäden an der Anlage führen.

Im Ergebnis dieses Forschungsprojektes konnten mit konstruktiven Neuerungen wie einer Optimierung der Massenverteilung und dem Einbauen von stabilisierenden Trägerelementen am Turm verschiedene Maßnahmen zur Schwingungsreduktion ergriffen werden.

Eine Möglichkeit zur Schwingungsreduktion im Bereich der Windturbine war der Entwicklung einer Rotorgeometrie mit gedrehten Blättern (Helix-Geometrie).

Im Rahmen des Projektes wurden hierzu zunächst die Rotorblätter (H-Rotor und Helix-Rotor) mittels 3D-Koordinatenmesstechnik gescannt und die Daten aufbereitet. Es folgten dynamische Simulationen der Rotoren mit der Software SimScale. Geeignete Rotorblattgeometrien konnten anschließend mit einem 3D-Drucker hergestellt und im Windkanal untersucht werden.

Die Untersuchungen der 3D-gedruckten Rotorblätter führten zu wesentlichen Erkenntnissen im Hinblick auf das Anlaufverhalten, Strömungsverhalten und den Wirkungsgrad.

Ein weiterer Projektschwerpunkt waren die Entwicklung und konstruktive Umsetzung eines Schwingungsentkopplers. Diese erfolgten auf der Basis einer Gebrauchsmusterschrift von Johann Banzhaf (Gebrauchsmusterschrift DE 20 2012 002 954 U1 2012.06.21; Banzhaf, Johann, 92715 Püchersreuth, DE; Schwingungsentkoppler für Strömungsenergiewandler).

Im Ergebnis konnten die optimalen konstruktiven Anforderungen an die Einzelkomponenten der Anlage umgesetzt werden und der Aufbau einer 50 kW-Pilotanlage mit integrierter Messtechnik für Kurz- und Langzeituntersuchungen beim Projektpartner STM Montage realisiert werden.