Inbetriebnahme OPUS 3

Modulare Windenergieanlage beschleunigt vorwettbewerbliche Forschung

Der Forschungswindpark WiValdi des DLR ist um eine dritte Windenergieanlage reicher. Das Besondere an der 50 Meter hohen OPUS 3 ist ihr modularer Aufbau: Modifikationen an der Hardware können unkompliziert im Feld getestet werden.

Die Großkomponenten der Anlage – Turm, Gondel und ein erster Satz Rotorblätter – sind installiert. Nach der Inbetriebnahme bereitet das Team des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Anlage nun für den regulären Forschungsbetrieb vor. 

„Im Vergleich zu aktuellen Multimegawattanlagen ist die OPUS 3 mit 50 Metern und 500 Kilowatt zwar relativ klein“, erklärt Lukas Firmhofer, Projektleiter für den Aufbau der Anlage beim DLR. „Der Vorteil dabei ist, in dieser Größe Modifikationen einfach und damit kostengünstig umsetzen zu können.“

Zum Beispiel ist es möglich, andere Rotorblätter zu installieren. Damit können zukünftig auch gezielt Veränderungen an der teilbaren Blattspitze vorgenommen werden, um das Gesamtverhalten der Anlage zu beeinflussen. Zudem ist es an der OPUS 3 möglich, unter-schiedlich konfigurierte Getriebe oder Anlagenreglungen zu testen. Je mehr Anlagen gebaut werden und je mehr Anlagen beieinanderstehen, desto wichtiger ist eine smarte Anlagenreglung. Rotorblätter werden zudem größer, schwerer und dynamischer. Der Umgang damit ist herausfordernd. Um die Verhältnisse bei den größer werdenden industriellen Windenergieanlagen richtig abbilden zu können, kann die Experimentalturbine temporär auf eine Blattspitzengeschwindigkeit von bis zu 105 Meter pro Sekunde beschleunigt werden.

Einmalige Schwingungsdaten der Bauphasen einer Windenergieanlage erhoben

Neben der modularen Bauweise bietet die OPUS 3 eine weitere Besonderheit: Der Turm ist steifer als die Türme herkömmlicher Windenergieanlagen. Dadurch entsteht eine höhere Eigenfrequenz, die notwendig ist, um die Rotorblätter möglichst dynamisch entkoppelt von der restlichen Anlage untersuchen zu können. 

Bereits beim Aufbau hat das Projektteam einmalige Schwingungsdaten sammeln können. „Wir haben die Besonderheit, dass wir während der verschiedenen Aufbauphasen kontinuierlich gemessen haben “, so Lukas Firmhofer, „dadurch haben wir das exakte Schwingungsverhalten der Teilkomponenten, insbesondere das des Turms messen können.“ Die Messdaten können die Forschenden mit den Simulations- und Konstruktionsdaten abgleichen, um diese zu verifizieren. „Zum anderen können wir mit den Daten eindrucksvoll nachweisen, wie sich das Schwingungssystem der Gesamtanlage während der Bauphase verhält und verändert, je mehr die Anlage ‚wächst‘“, erklärt Firmhofer. Die Schwingungsdynamik beim Aufbau neuer Anlagen ist maßgeblich für die Planung möglicher Zeitfenster, somit ein erheblicher Kosten- und Sicherheitsfaktor und damit Gegenstand verschiedener Forschungsprojekte.

Das Konzept der modularen Experimentalturbine basiert auf den Planungen des Förderprojekts Design einer Experimentalturbine. Innerhalb des Gesamtkonstrukts des Forschungsparks WiValdi hat das DLR die robuste und modulare Turbine nun umgesetzt. Mit der OPUS 3 können Unternehmen und Forschungsinstitute neue Komponenten unter realen Bedingungen im Feld zu testen – als Zwischenschritt zwischen Laborforschung und industrieller Anwendung. Kosten und Zeitdruck der europäischen Windindustrie wird damit Rechnung getragen. (mb)