ACTIVE FLOW CONTROL: Motivation

Das Projekt AFC entspringt dem Bestreben häufig auftretende Probleme der Pitchregelung zu lösen. Die Leistungs-und Lastenregelung einer modernen 3MW Windkraftanlage besteht in einer reglergesteuerten Verstellung des Rotorblattes an seiner Wurzel, also direkt an der Rotornabe. Es wird ein 60 m langes Rotorblatt mit einem Gewicht von um die 20 t durch einen oder auch mehrere starke E-Motoren mit Planetengetrieben verdreht. Hierbei verändert sich der Anstellwinkel des Blattes und so die aerodynamischen Eigenschaften, wie Auftriebs- und Widerstandskraft.

Der für eine Windkraftanlage größte Havariefall besteht in einer unkontrollierten Überdrehzahl des Rotors. Windkraftanlage gerät außer Kontrolle. Die Belastung und die damit einhergehende Durchbiegung eines Rotorblattes ist dann so groß, dass es den Turm berührt, dadurch abreist, den Turm an der Stelle bis zum Einknicken beschädigt und die gesamte Anlage zerstört (Siehe Video Havarie).

Dies ist letztlich das Ergebnis einer zu langsamen, zu trägen und zu unpräzisen Regelstrecke.
Stellt man sich ein biege- und torsionsweiches Rotorblatt vor, so kann man nachvollziehen, dass ein Verdrehen des gesamten Blattes über die Länge von 60 m relativ ungenau und auch zeitlich verzögert den Ausbereich des Rotorblattes erreicht. Es ist jedoch gerade der Außenbereich der Rotorkreisfläche, der die Leistung und die Lasten beeinflusst.

Der Wind ist keine über Ort und Zeit konstante Größe. Er ändert sich je nach Turbulenzgrad und Windstärke laufend. Bedenkt man, dass die Kreisfläche eines 60 m-Rotorblattes bei 11300 m² liegt, was der Größe von mehr als zwei Fußballfeldern entspricht, so erhält man eine Vorstellung von Größe des Einflussbereichs eines Rotors dieser Dimension.
Wünschenswert wären also lokale, schnell und präzise reagierende Stellglieder, die zur Optimierung der Anlagenregelung dienen. So können höher Erträge und geringer Lasten erreicht werden.

Der Ansatz, wie er in dem AFC-Projekt beschrieben ist stellt einen gangbaren Weg dar, auf dem schon große Schritte erreicht wurden.

Danksagung:
Besonders bedanken möchte ich mich bei