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Wind turbine blade erosion with particle-laden atmospheric flow

Description du projet

Réduire les coûts des éoliennes par une surveillance plus intelligente des contraintes

Les éoliennes sont au cœur de la transition verte en Europe, mais leur entretien est coûteux en raison de l’érosion des pales causée par les particules en suspension dans l’air. Soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet WITE va développer un système de surveillance qui combine un capteur de stress ultrasensible et de nouvelles connaissances sur la manière dont les vents turbulents et chargés de particules endommagent les pales. Les objectifs du projet consistent à adapter le capteur à une utilisation aérodynamique, comprendre la manière dont les particules provoquent des contraintes et créer des cartes de dommages réels basées sur les conditions météorologiques et les conditions de fonctionnement. Grâce à des simulations avancées en laboratoire et à une modélisation analytique, WITE entend réduire les coûts de maintenance, prolonger la durée de vie des turbines et renforcer la fiabilité de l’énergie éolienne. Il s’agit d’une étape clé vers une Europe neutre en carbone.

Objectif

Wind energy is essential to achieve carbon neutrality and the sustainable society. Optimization of its operations and maintenance (O&M) is imperative for its economic viability. Current annual O&M costs in Europe are around 5.8 billion euros, with erosion due to particle collisions being a significant contributor. This research aims to develop an innovative wind turbine monitoring system that integrates a novel stress sensor with a comprehensive understanding of turbine blade stress induced by particle-laden atmospheric turbulent flow. Three objectives guide this interdisciplinary study: (1) To adapt a novel stress sensor for aerodynamic applications, (2) To elucidate the fundamental mechanisms behind particle-induced stress on turbine blades, and (3) To create turbine blade damage maps that relate to actual operational and weather conditions. The project leverages state-of-the-art facilities for turbulence studies and the ultrahigh-sensitive strain sensor. First, the ultrahigh-sensitive sensor is redesigned for aerodynamic application. Particle-laden
atmospheric flows are then created in the lab to measure the distribution of particles in the flow around turbine blades and the
stresses they impose on them. The fluid dynamic mechanisms that determine particle concentration and particle-induced
stresses on turbine blades are examined and an analytical model is established. To improve field applicability, the independent
variables of the model are replaced by operational and weather condition parameters that can be easily measured in the field. Finally,
the practicality of the study is confirmed by creating annual damage maps of wind turbine blades operating in Europe and comparing
them with turbine blade lifetime and maintenance cycle data. The project not only brings to light the mechanism behind wind
turbine blade erosion, but also significantly reduces wind turbine O&M costs, increases efficiency, and contributes to sustainable wind
energy development.

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinateur

TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN
Contribution nette de l'UE
€ 136 228,20
Adresse
Arcisstrasse 21
80333 Muenchen
Allemagne
Région
Bayern Oberbayern München, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée

Participants (1)

Partenaires (2)