UT Dallas Ingenieure pionieren Deep-Ocean-Windturbinenblätter

Dr. Todd Griffith, Associate Professor für Maschinenbau, demonstriert sein Blattdesign für eine schwimmende Offshore-Windturbine. Griffith leitet ein Team von UT Dallas Forschern und Kollaborateuren zum Bau eines Prototyps für die Turbine.

Das UT Dallas Team um Associate Professor Dr. Todd Griffith erhielt einen 3,3 Mio. $ Grant vom U.S. Department of Energy zur Entwicklung eines Prototyps ihres schwimmenden Offshore-Windturbinen-Designs zur Umwandlung von Tiefseewinden in Elektrizität.

Der neue Grant ist Teil eines 26 Mio. $ Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) Awards, der 13 Projekte finanziert, um schwimmende Offshore-Windturbinen-Technologien durch das Aerodynamic Turbines, Lighter and Afloat, with Nautical Technologies and Integrated Servo-Control (ATLANTIS) Programm zu beschleunigen.

Das Department of Energy schätzt, dass Staats- und Bundesgewässer entlang der US-Küsten und der Großen Seen das Doppelte der Energie erzeugen könnten, die alle US-Kraftwerke zusammen erzeugen. Eine der größten Barrieren für die Ernte dieser Energie war der hohe Kosten für Windturbinen in tieferem Wasser, wo schwimmende Plattformen erforderlich sind. Griffiths Projekt zielt darauf ab, Kosten zu senken und Herausforderungen bei Installation und Anschluss an bestehende Stromnetze mit Unterseekabeln zu überwinden.

Griffiths Vertikalachsen-Windturbinen-Design, im Gegensatz zu traditionellen dreiblättrigen Horizontalachsen-Windturbinen, sieht vertikale Blätter vor, die aufrecht auf einer Plattform stehen, die teilweise über der Meeresoberfläche und teilweise darunter liegt. Die Plattform ist mit Kabeln am Meeresboden befestigt, statt direkt am Meeresboden verankert, in Ozeantiefen von mindestens 200 Fuß (60 m).

Laut Design würden die Turbinenblätter 600-700 Fuß (180-210 m) über der Meeresoberfläche aufragen, könnten aber bis zu 900 Fuß (275 m) erreichen.

Griffith begann 2009 mit der Untersuchung von Vertikalachsen-Windturbinen-Designs, als er Principal Member of Technical Staff und Offshore Technical Lead bei Sandia National Laboratories (Albuquerque, N.M., USA) Wind Energy Technologies Department war. Er trat UT Dallas 2017 bei.

Unter dem neuen Grant wird das UT Dallas Team Doktoranden, Postdocs und Dr. Mario Rotea, Erik Jonsson Chair und Leiter Maschinenbau, umfassen, der den Regelsystem-Thrust des Projekts leitet. Durch einen Prozess namens Control Co-Design wird Rotea an der Entwicklung der Teilsysteme arbeiten, die erforderlich sind, um die meiste Leistung mit dem geringsten Aufwand der Turbine zu extrahieren, was das Management der Kräfte auf den Blättern und der Turbinengeschwindigkeit bei wechselnden Wetterbedingungen einschließt.

Die Forschung ist kritisch für die Ausweitung der Windenergienutzung in den USA, besonders in Küstengebieten, laut Rotea. Das einzige kommerzielle Offshore-Windprojekt der USA, das 2016 online ging, ist der Block Island Wind Farm ca. 4 Meilen vor der Küste von Block Island, Rhode Island.

UT Dallas Forscher arbeiten mit University of Illinois at Urbana-Champaign und Unternehmenspartnern Aquanis Inc., VL Offshore und XFlow Energy zusammen.

„Für mich ist das eine Gelegenheit, großartige Forschung mit einem großartigen multidisziplinären Engineering-Team zu machen“, sagt Griffith. „Wir bringen Structural Design, Aerodynamik, Regelsysteme, Schwimmsysteme, Ökonomie und Installationsverfahren zusammen. Es ist ein echtes System-Level-Engineering-Problem. Ich bin nur begeistert, diese unglaubliche Gruppe anzuführen, um all diese Technologie zusammenzubringen und die Vision des ATLANTIS-Programms zu verwirklichen.“