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Aerolastic stability and control of large winf turbines (STABCON)

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Vermeidung von Schwingungen durch spezielle Bauweise von großen Windkraftanlagen

Ein FTE-Projekt, das im Rahmen des EESD-Programms gefördert wurde, hat das Potenzial einer neuen Methode zur Bestimmung von verschiedenen aerolastischen Moden der Windkraftanlage aus Signalen, die von Sensoren im Inneren der Windkraftanlage gesammelt werden, demonstriert.

Energie

Große Windkraftanlagen ermöglichen bei der Energieerzeugung aufgrund ihrer Größenvorteile eine Kostenersparnis, leider sind diese Windkraftanlagen anfällig für Schwingungen. Unter bestimmten Umständen können diese Schwingungen zu Instabilitäten führen und die Leistungsfähigkeit reduzieren. Eine Gruppe von Experten auf dem Gebiet der Windkraftanlagen hat sich im Rahmen des STABCON-Projekts zusammengeschlossen, um dieses Phänomen detailliert zu erforschen. Der gewählte Forschungsansatz umfasste die Installation von Dehnungsmessstreifen im Turm, an der Welle und an den Rotorblättern einer in Betrieb befindlichen 2,5MW Windkraftanlage. Von den Sensoren wurden Daten für verschiedene Betriebsbedingungen gesammelt. Im Anschluss daran haben Wissenschaftler des Risoe National Laboratory aus Dänemark, der Organisation, welche das STABCON-Projekt koordiniert hat, eine funktionelle Modalanalyse (OMA, Operational Modal Analysis) auf die Zeitreihe der Daten angewendet. Die Entscheidung, eine funktionale Modalanalyse zu implementieren, brachte neue Erkenntnisse hervor. Hierdurch konnten zwei verschiedene Moden des Turms sowie zwei verschiedene Wirbelmoden identifiziert werden, die durch die seitlichen Schwingungen des Rotorblatts hervorgerufen werden. Die Wahl eines festen Bezugsrahmens erleichterte die Bestimmung der Eigenschwingungen. Die Moden, die durch die Bewegung der Rotorblätter in Rotationsrichtung verursacht werden, sind aufgrund einer umfangreichen Dämpfung mittels der funktionalen Modalanalyse nicht detektierbar. Trotz der Notwendigkeit von umfangreichen Daten zur Bestimmung der Schwingungen ist diese Methode ideal, da keine vorherigen Kenntnisse über die Windkraftanlage oder äußere Kräfte, die auf sie einwirken, nötig sind. Die Ergebnisse des STABCON-Projekts werden zur Überarbeitung der Konstruktionsrichtlinien für Windkraftanlagen verwendet werden, um die Auswirkungen dieser Moden auf die Leistungsfähigkeit der Anlagen zu reduzieren.

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