Von 2018 bis 2022 f\u00fchrten wir umfangreiche Messungen an der Forschungswindenergieanlage AD8-180 in Bremerhaven durch. Zum Zeitpunkt ihrer Errichtung 2017 war die AD8-180 die gr\u00f6\u00dfte Windenergieanlage weltweit. Die Ergebnisse helfen uns dabei, unsere Pr\u00fcfstandmessungen kontinuierlich zu pr\u00e4zisieren und mithilfe der generierten Daten, die Simulationsmodelle zu validieren. Somit haben wir eine gute Datengrundlage f\u00fcr ein besseres Verst\u00e4ndnis der Windenergieanlagen und deren Entwicklung. Wir k\u00f6nnen damit das Anlagendesign, insbesondere gro\u00dfer Anlagen verbessern.<\/p>\n\n\n\n
Im Rahmen des \u00f6ffentlich gef\u00f6rderten Projektes Testfeld BHV<\/a> und angegliederten Projekten installierten wir umfangreiche Messsysteme an der AD8-180:<\/p>\n\n\n\n Parallel dazu f\u00fchrten wir umfangreiche Windmessungen durch \u2013 vor, auf und hinter der Anlage, mit insgesamt mehr als zehn Wind-Lidar-Ger\u00e4ten (Lidar f\u00fcr Light detection and ranging) und einem IEC-konformen Windmessmasten bis Nabenh\u00f6he. Zus\u00e4tzlich standen uns SCADA-Daten und das Anlagenmodell des Herstellers aus dem Design- und Zertifizierungsprozess zur Verf\u00fcgung. In Kooperation mit weiteren Fraunhofer-Instituten und anderen Partnern konnten wir neuartige Sensoren einsetzen und testen (z. B. ein Vibrometer gemeinsam mit dem Fraunhofer IOSB<\/a>).<\/p>\n\n\n\n Ein Fokus des Projektes war der direkte Vergleich von Feld- und Pr\u00fcfstandmessungen am Dynamic Nacelle Testing Laboratory (DyNaLab).<\/a> Wir untersuchten, ob sich das Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs einer Windenergieanlage auf einem Gondelpr\u00fcfstand nachbilden und damit auch analysieren l\u00e4sst. Der Schwerpunkt lag dabei auf den st\u00e4rksten Anregungen, die durch den Zahneingriff der beiden Getriebestufen induziert wurden. Die Gondel der AD8-180 war bereits im Vorfeld zum Testen auf dem Gondelpr\u00fcfstand. F\u00fcr einen direkten Vergleich f\u00fchrten wir die mechanische Vermessung des Triebstrangs mit 27 3D-Beschleunigungssensoren auf dem Pr\u00fcfstand an den identischen Positionen wie im Feldversuch durch. Erste Ergebnisse wurden bereits ver\u00f6ffentlicht<\/a> [1]. Eine Herausforderung beim Vergleich der Messungen waren die auftretenden Unterschiede, die den verschiedenen Rahmenbedingungen zugrunde lagen: W\u00e4hrend wir im Pr\u00fcfstand einzelne Situationen konkret nachstellen konnten, waren im Feldversuch die \u00e4u\u00dferen Bedingungen komplex und nur teilweise erfass- und reproduzierbar. Die Belastung des Triebstrangs h\u00e4ngt vom eingehenden Windfeld ab, das nicht bis ins kleinste Detail erfasst werden kann. Unsere Ergebnisse zeigen, dass trotz dieser Herausforderungen die im Feldversuch gemessenen Schwingungen infolge des Getriebe-Zahneingriffs, einer der Haupterregerquellen, auf dem Pr\u00fcfstand gut reproduzierbar sind. Schwingungen, die durch die Eigenschaften des Pr\u00fcfstands-Antriebs induziert werden, sind zudem eindeutig identifizierbar. Die auf dem Pr\u00fcfstand und im Feld angeregten Eigenfrequenzen sind hinsichtlich der Frequenz und der Modenform zum Teil vergleichbar. Insbesondere die den Biegebewegungen zugeordneten Moden f\u00fcr den Antriebsstrang stimmen im Feld und auf dem Pr\u00fcfstand \u00fcberein. Somit konnten wir zeigen, dass die Ergebnisse einer Schwingungsanalyse eines Antriebstrangs, die auf einem Gondelpr\u00fcfstand durchgef\u00fchrt wurde, auch f\u00fcr die Anlage im Feld wertvoll sind. Somit kann diese Aufgabe im Rahmen einer Gondeltestkampagne f\u00fcr Anlagenhersteller kosteng\u00fcnstig und effizient durchgef\u00fchrt werden.<\/p>\n\n\n\n Eine weitere hier exemplarisch vorgestellte Messung war die aerodynamische Vermessung an einem Rotorblatt der AD8. Dazu installierten wir im Rahmen des Projektes HighRe<\/a> an zwei Radien je eine mit Drucksensoren ausgestattete Schale auf der Au\u00dfenseite eines Rotorblatts. Zus\u00e4tzlich installierten wir an beiden Radien eine 5-Punkt-Loch-Sonde, die die Anstr\u00f6mung um das Rotorblatt in etwa 1,5 m vor der Vorderkante gemessen hat, sodass der lokale Staudruck eliminiert werden konnte [2, 3]. Anhand dieser Daten lie\u00dfen sich zeitlich hoch aufgel\u00f6st die aerodynamischen Dr\u00fccke in Abh\u00e4ngigkeit von der Einstr\u00f6mung in bestimmten Blattsegmenten vermessen. Dies erm\u00f6glicht, aerodynamische und aeroelastische Modelle und Simulationen jeder Art zu validieren [4].<\/p>\n\n\n\n Um die G\u00fcte von Simulationsmodellen zu bewerten, werden Simulationsergebnisse mit gemessenen Lasten verglichen. Dabei ist es wichtig, dass Modell und reale Anlage den gleichen Umgebungsbedingungen unterliegen. F\u00fcr jede aero-servo-elastische Simulation mit dem Tool MoWiT<\/a>, dessen Modell auf dem Anlagenmodell des Herstellers beruht, verwenden wir eine Windfelddatei als Input. Diese Windfelddatei muss m\u00f6glichst gut den Wind darstellen, der zum Zeitpunkt der realen Messung im Feld existierte. Dies ist eine gro\u00dfe Herausforderung, bei der die detaillierten Windmessungen jedoch sehr hilfreich sind.<\/p>\n\n\n\n Bez\u00fcglich des Gesamtanlagenverhaltens konnten wir zeigen, dass die simulierten Lasten an der Blattwurzel gut mit den gemessenen Lasten \u00fcbereinstimmen. [5] Die Leistung zeigte zwar noch Abweichungen, jedoch konnten wir veranschaulichen, dass zeitreihenbedingte Windfelder es erm\u00f6glichen, spezifische 10\u2011Minuten-Simulation zu reproduzieren. [5] Basierend auf einem Pitch-Man\u00f6ver zeigten wir, dass die gemessenen Frequenzen gut mit simulierten Torsionsfrequenzen \u00fcbereinstimmen. Hinsichtlich des Torsionsmoments w\u00e4hrend PowerProduction war die Identifizierung der Eigenfrequenzen der Torsionsmoden weitaus weniger eindeutig. Dies k\u00f6nnte darauf hindeuten, dass das Modell anhand von Messdaten kalibriert werden sollte und, dass die der Modalanalyse zugrunde liegende Linearit\u00e4tsannahme bei diesen langen Rotorbl\u00e4ttern verletzt sein k\u00f6nnte. [6] Die Methodik zum Vergleich von vielen Simulationen mit vielen Messungen und der daraus resultierenden Bewertung der Modellg\u00fcte bauen wir weiter aus. [7]<\/p>\n\n\n\n Erste Publikationen zur Analyse der torsionalen Deformation [6], zur aerodynamischen Vermessung, zur Validierung des MoWiT-Lastmodells, sowie zu verschiedenen Aspekten der umfangreichen Windfeldmessungen [8] [9] [10] [11] wurden bereits ver\u00f6ffentlicht. Weitere Publikationen pr\u00e4sentierten unsere Kolleginnen und Kollegen dieses Jahr auf der Torque Conference<\/a> in Florenz sowie auf der WindEurope<\/a> in Dublin. Weitere Pr\u00e4sentationen und Ver\u00f6ffentlichungen sind in Vorbereitung. <\/a><\/p>\n\n\n\n Im Rahmen der Projekte Testfeld und HighRe ist eine umfangreiche Datensammlung aus Mess- und Modelldaten von Windenergieanlagen entstanden, die eine einzigartige Datengrundlage f\u00fcr die Wissenschaft darstellt. In bereits laufenden Projekten nutzt das IWES diese Daten bspw. f\u00fcr die Entwicklung von KI-Methoden. Daf\u00fcr sind auch k\u00fcnftig weitere Projekte gemeinsam mit Industrie- und Forschungspartnern geplant.<\/p>\n\n\n\n [1] K. Eustorgi, S. Mechler und A. Wegner, \u201eComparison of wind turbine drive train loads measured in the field and on a nacelle test bench,\u201c in Conference for Wind Power Drives<\/em>, Aachen, Germany, 2021. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Autoren: Dr. Anna Wegner,\u00a0Dr. rer. nat. Bernhard Stoevesandt,\u00a0Dr. Julia Gottschall,\u00a0Dipl.-Ing. Philipp Thomas,\u00a0Matthias Huhn\u00a0und\u00a0Dipl. Ing. Karin Eustorgi Windenergieanlagen werden immer gr\u00f6\u00dfer und damit auch die mechanischen Belastungen f\u00fcr die Komponenten. Das einstr\u00f6mende Windfeld \u00fcberdeckt eine zunehmend gr\u00f6\u00dfere Fl\u00e4che. In der Entwicklung…<\/p>\n","protected":false},"author":52,"featured_media":2865,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[18],"tags":[85,520,266,495],"coauthors":[646,647,209,258,649],"class_list":["post-2857","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-windforschung-kategorie","tag-aerodynamik","tag-forschung","tag-messdaten","tag-windmessung"],"acf":[],"yoast_head":"\n\n
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<\/a>Ergebnisabgleich: im Feld und auf dem Pr\u00fcfstand<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Aerodynamische Messungen und Simulation<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Validierung der Simulationsmodelle<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
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<\/a>Daten schaffen wichtige Grundlage f\u00fcr weitere Projekte<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Quellen:<\/h4>\n\n\n\n
[2] M. Fredebohm, J. N. Theron, L. H\u00f6ning, S. Weis, B. Stoevesandt, A. Wegner, N. Denecke, H. Rosemann und M. L. Huhn, \u201eDevelopment of an aerodynamic measurement system for wind turbines,\u201c Journal of Physics: Conference Series, <\/em>Bd. 2507, p. 012020, 2023.
[3] A. Wegner, S. Mechler, L. H\u00f6ning, N. Denecke und B. Stoevesandt, \u201eAerodynamic conditions measured at a rotor blade of large wind turbine prototype,\u201c Journal of Physics: Conference Series, <\/em>Nr. 022024, p. 2767, 2024.
[4] L. H\u00f6ning, P. Meyer, M. L. Huhn, J. N. Theron, P. Thomas, A. Wegner, S. Mechler, J. Gottschall und B. Stoevesandt, \u201eValidating low- and high-fidelity simulations of a yawed 8 MW wind turbine against measurements,\u201c Journal of Physics: Conference Series, <\/em>Bd. 022038, Nr. 2767, 2024.
[5] M. Huhn und A. F. G\u00f3mez-Mej\u00eda, \u201eAeroelastic model validation with 8 MW field measurements: Influence of constrained turbulence with focus on power performance,\u201c Journal of Physics: Conference Series, <\/em>Bd. 2265, p. 032058, 2022.
[6] A. Wegner, M. L. Huhn, S. Mechler und P. Thomas, \u201eIdentification of torsional frequencies of a large rotor blade based on measurement and simulation data,\u201c Journal of Physics: Conference Series, <\/em>Bd. 2265, p. 032021, 2022.
[7] P. J. Meyer, M. L. Huhn und J. Gottschall, \u201eDevelopment of a Load Model Validation Framework Applied to Synthetic Turbulent Wind Field Evaluation,\u201c Energies, <\/em>Bd. 17, Nr. 4, p. 797, 2024.
[8] P. Meyer und J. Gottschall, \u201eEvaluation of the “fan scan” based on three combined nacelle lidars for advanced wind field characterisation,\u201c Journal of Physics: Conference Series, <\/em>Bd. 2265, Nr. 022107, 2022.
[9] L.-Y. Hung, P. Santos und J. Gottschall, \u201eA comprehensive procedure to process scanning lidar data for engineering wake model validation,\u201c Journal of Physics: Conference Series, <\/em>Bd. 2265, Nr. 022091, 2022.
[10] A. Giyanani, M. Sj\u00f6holm, G. R. Thorsen, J. Schuhmacher und J. Gottschall, \u201eWind speed reconstruction from three synchronized short-range WindScanner lidars in a large wind turbine inflow field campaign and the associated uncertainties,\u201c Journal of Physics: Conference Series, <\/em>Bd. 022032, Nr. 2265, 2022.
[11] P. J. Meyer, A. Giyanani und J. Gottschall, \u201eConstrained synthetic wind fields from high-resolution 3D WindScanner measurements,\u201c Journal of Physics: Conference Series, <\/em>Bd. 042036, Nr. 2767, 2024.
<\/p>\n\n\n\nMehr Informationen hier:<\/h4>\n\n\n\n
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