Weltweit erste Validierung der Aerodynamik von großen Windenergieanlagen

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit 4 Mio. Euro geförderten Forschungs- und Entwicklungsprojekt „HighRe“ werden die aerodynamischen Eigenschaften der Windenergieanlage AD 8 am Standort Bremerhaven mit einer Leistung von acht MW und einem Rotordurchmesser von 180 Metern vermessen und mit aufwendigen Modellen verglichen. Dies ermöglicht erstmals eine Untersuchung, ob die bisher verwendeten Modellberechnungen auch für große Windenergieanlagen, die in Zukunft vor allem Offshore gebaut werden sollen, noch gültig sind.

In dem Projekt „HighRe“ (Aerodynamik bei hohen Reynoldszahlen für große Offshore-Windenergieanlagen der Zukunft) werden in Kürze aufwendige Messungen des Windfeldes und der aerodynamischen Reaktion der Windenergieanlage durchgeführt. Durch diese detaillierten Erkenntnisse der realen Windbedingungen vor und an einer Windenergieanlage wird es erstmals möglich sein, die genaue aerodynamische Wirkung auf die Rotorblätter bei so großen Dimensionen zu analysieren und zu verstehen. Das Windfeld wird mit drei sich überlappenden LiDAR-Laser-Scannern vor der Windenergieanlage abgetastet und mit weiteren Windmessungen vor und hinter der Anlage ergänzt. Gleichzeitig werden Sensoren auf der Anlage und an den Rotorblättern installiert, um auch diese Bedingungen präzise zu erfassen.

Bereits im Vorfeld des Projekts „HighRe“ konnte das Fraunhofer IWES zeigen, dass es erhebliche Abweichungen in der Modellierung gierender Windenergieanlagen unter schräger Anströmung gibt. Das dafür verwendete Modell wurde vor fast 20 Jahren an wesentlich kleineren Anlagen entwickelt. Bei einer großen Anzahl von Modellen der Windenergieaerodynamik verhält es sich ähnlich: Grundlage für die Modellberechnungen sind kleine Anlagen. Um dies auszugleichen, greift man zunehmend auf Methoden der numerischen Strömungssimulation (engl. „Computational Fluid Dynamics“ - CFD) zurück. Die Genauigkeit dieser Methoden konnte bisher jedoch auch nur an kleinen Modellanlagen überprüft werden. Durch das HighRe-Projekt ändert sich dies nun völlig. „Das Projekt „HighRe“ ist eine große Chance für die Windenergieforschung und die Windenergieindustrie. Die Sicherheit und Genauigkeit in der Windenergieaerodynamik kann mit diesem Projekt an die reale Anlagenentwicklung angepasst werden. Die Potenziale für die Windenergieindustrie sind enorm“, fasst der Projektleiter Dr. Bernhard Stoevesandt die Aussichten des Projekts zusammen.