GFK-Hinterkantenspoiler für Rotorblätter erzielen eine AEP-Steigerung von 6 %

Das Windenergie-Start-up evoblade, ein Spin-off des Instituts für Luft- und Raumfahrttechnik (IAT) der Hochschule Bremen (Deutschland), hat mit Hilfe der Deutschen Windtechnik einen nachrüstbaren Hinterkantenspoiler aus Verbundwerkstoff für Rotorblätter entwickelt AG (Bremen) und der Wirtschaftsförderung Bremen. Die Ergebnisse einer parallelen Test- und Optimierungsstudie der EvoFlap bestätigen nun, dass durch den Einbau des Spoilers die aerodynamische Strömung im Bereich der Blattwurzel verbessert werden kann, was zu einer verbesserten Effizienz und Leistung der Windenergieanlage führt.

„Rotorblätter haben einen wesentlichen Einfluss auf die technische und wirtschaftliche Leistungsfähigkeit einer Windenergieanlage“, sagt Dr.-Ing. Frank Kortenstedde, Gründer und CEO von evoblade. „Mit der Entwicklung und Optimierung eines nachrüstbaren Strömungselements wollten wir eine technische und wirtschaftliche Verbesserung der Eigenschaften bestehender Systeme erreichen, die den Fortschritt des technischen Verständnisses nutzt.“

Die EvoFlap kann an verschiedene Rotorblatttypen angepasst werden. Als Basissystem für die Optimierung wurde der Turbinentyp NEG Micon NM 82 mit einer Nennleistung von 1,5 Megawatt (MW) und einer Rotorblattlänge von 40 Metern gewählt. Der Aufsatzspoiler aus glasfaserverstärktem Polymer (GFK) Verbund-Sandwichbau hat eine Gesamtlänge von 10 Metern, die in sieben Segmente unterteilt ist, um eine Montage direkt auf einem montierten Rotorblatt zu ermöglichen.

„Für den Einbau von EvoFlap muss das Blatt nicht von der Nabe entfernt werden, was den Arbeitsaufwand und die Kosten reduziert“, betont Frank Kortenstedde. „Außerdem wird die Klingenstruktur durch das Aufkleben der Segmente nicht beschädigt und die EvoFlap fügt sich harmonisch in das Klingendesign ein.“ Um den jährlichen Energieertrag zu validieren, wurde das Unternehmen ROMO Wind (Einsiedeln, Schweiz) beauftragt, eine unabhängige Leistungsüberwachung mit der iSpin-Spinner-Anemometer-Technologie durchzuführen, die die Windgeschwindigkeit vor der Turbine für direkte und ungestörte Daten misst. Neben der Testanlage wurde eine zweite (benachbarte) Turbine gleichen Typs als Referenzsystem mit der iSpin-Technologie ausgestattet.

Die Ergebnisse der Parallelstudie, die von August 2015 bis März 2019 lief, bestätigten den anhand simulierter Daten prognostizierten Anstieg der jährlichen Energieproduktion (AEP). Jüngste Ergebnisse zeigen auch einen Anstieg des AEP um 6 % bei einer durchschnittlichen jährlichen Windgeschwindigkeit von 7 Metern pro Sekunde. Neben der Ertragssteigerung konnte nachgewiesen werden, dass die EvoFlap auch die Biege- und Torsionsfestigkeit des Rotorblatts erhöht, was die Gesamtlebensdauer des Rotorblatts verbessert.

„Je nach Nutzungsdauer der EvoFlap ist eine mögliche Verlängerung von 1,2 bis 2,6 Jahren über die maximale Lebensdauer von 20 Jahren hinaus erreichbar“, erklärt Frank Kortenstedde. „Es wurde ein sehr hoher Technologietransfer erreicht. Die Nachrüstung solcher großflächiger Strömungselemente ist derzeit die absolute Ausnahme. Dennoch zeigt dieses Forschungsprojekt signifikante potenzielle positive Effekte.“

Laut evoblade und Partnern kann EvoFlap theoretisch an allen Windenergieanlagen installiert werden, die im Blattfußbereich eine schlanke Bauweise aufweisen. Das Strömungselement eignet sich zwar als Nachrüstlösung, muss jedoch an die individuellen Eigenschaften des jeweiligen Schaufeltyps angepasst werden.

„Auch wenn die Nachrüstung von Strömungselementen nicht immer möglich ist und die erste Auslegung und Ausstattung von Turbinen den Anlagenherstellern überlassen bleibt, beteiligen wir uns dennoch sehr gerne an Forschungsprojekten wie diesem, die sich mit Zukunftstechnologien befassen.“ ergänzt Matthias Brandt, Vorstand der Deutschen Windtechnik AG. „Die Ergebnisse gehen in die richtige Richtung und helfen der gesamten Branche!“