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Smart Blades sollen ebenso kostengünstig herzustellen sein, wie bisher Rotorblätter produziert werden.
© DLR
Smart Blades
14.02.2013

Das intelligente Rotorblatt, das sogenannte Smart Blade, passt sich der Windstärke an. Durch eine bewegliche Hinterkante, einen Vorflügel und Klappen im Rotorblatt, lenken sie die Windströmungen um.
© DLR

Ein 50-Meter-Rotorblatt hält einem Biegemoment von bis zu 50.000 kNm stand. Zum Vergleich: Steht eine Lok mit einer Länge von knapp 30 Metern und rund 100 Tonnen Gewicht darauf, entspricht das der maximalen Belastung an der Einspannstelle.
© Fraunhofer IWES

Rotorblätter lernen das Mitdenken

Auch bei starken Windböen sollen Windräder zukünftig Strom erzeugen. Intelligente Rotorblätter werden selbstständig Strömungen erkennen und ausgleichen. Dadurch werden die Stillstandszeiten minimiert. Bisher scheuten Hersteller den hohen Aufwand. Nun nimmt der Forschungsverbund Windenergie die Entwicklung in Angriff.

Smart Blades, die intelligenten Rotorblätter, sollen zukünftig automatisch auf starke Windböen reagieren. Mit Hilfe von laser-optischen Fernerkundungsverfahren können die Windenergieanlagen zukünftig in der Lage sein, das einströmende Windfeld zu erfassen und daraus Rückschlüsse für die optimale Regelungsstrategie zu ziehen. Um sich lokalen Windströmungen anzupassen, setzen sie bewegliche Hinterkanten und Vorflügel ein. Dadurch können Windräder auch bei stark böigem Wind Strom einspeisen. Bisher drehen die Betreiber die Rotorblätter aus dem Wind, wenn dieser zu stark weht.

Durch die enorme Länge der aktuellen Rotorblätter von bis zu 85 Metern überstreicht ein Windrad beim Drehen eine Kreisfläche von 22.670 m². Zum Vergleich: Dies entspricht fast dem Areal des römischen Petersplatzes, welcher rund 23.000 m² umfasst.

Entwicklungsrisiko bei Smart Blades eingehen

Durch diese Größe treten innerhalb der überströmten Kontaktfläche bei Böen unterschiedliche Windgeschwindigkeiten auf. Bei Sturm kann die Differenz innerhalb der Rotorfläche 20 oder 40 m/s ausmachen. Ein pauschales Verstellen des gesamten Rotorblattes wird dem nicht gerecht. Die Idee ist nicht neu, Rotorblätter zu konstruieren, die mehr bewegliche Teile haben und sich so besser den Windverhältnissen anpassen. Jedoch scheuen Anlagenbauer bislang die Entwicklung von Smart Blades. Denn die Herausforderung ist, dass Rotorblätter durch die aktiven Mechanismen fehleranfälliger, teurer, schwerer und wartungsintensiver werden könnten. Ziel des Forschungsprojektes ist es daher, die Machbarkeit und die Effizienz von Smart Blades unter Beweis zu stellen. Daran arbeiten gemeinsam im Forschungsverbund Windenergie das Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES, ForWind – Zentrum für Windenergieforschung sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Die Forscher erwarten, dass durch die Anpassungsfähigkeit der Smart Blades die Last auf das Rotorblatt gemindert wird. Sie wollen ein aerodynamisch optimiertes und leichteres Design umsetzen. Dadurch sollen die Lebensdauer der Anlage erhöht und Material- und Logistikkosten eingespart werden.

Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit fördert die den Forschungsverbund Windenergie bei der Entwicklung und Konstruktion der intelligenten Rotorblätter mit zwölf Millionen Euro. Das Projekt „Smart Blades – Entwicklung und Konstruktion intelligenter Rotorblätter“ hat eine Laufzeit von 39 Monaten. Das Projekt soll Konstruktionsunterlagen für die Rotorblätter entwickeln und sie dann den Herstellern zugänglich machen.

(cg)

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Adressen

Koordinator Forschungsverbund Windenergie
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Partner im Forschungsverbund Windenergie
Fraunhofer IWES – Bremerhaven

Partner im Forschungsverbund Windenergie
ForWind – Zentrum für Windenergieforschung