Joint project VAeroWind

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Improved aerodynamic and structural-mechanical load prediction on rotor blades of wind turbines and their application in an online load estimation.

 

Motivation

Die Auslegung und der Betrieb moderner Windenergieanlagen erfordert die genaue Kenntnis der systemrelevanten Parameter in jedem Betriebszustand, um eine optimale Abstimmung der einzelnen Komponenten aufeinander zu erzielen. Diese Abstimmung der Komponenten aufeinander gestaltet sich nicht nur aus ingenieurstechnischer Sicht als schwierig, sondern auch aufgrund der strukturellen Zusammensetzung der Windenergiebranche, in welcher viele kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) als Zulieferer vergleichsweise wenigen großen Unternehmen gegenüberstehen. Um die Position dieser KMUs nachhaltig zu stärken, ist die Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen erforderlich, die diesen ein tieferes Verständnis des komplexen Komponentenverbunds einer Windenergieanlage (WEA) ermöglichen. Bis jetzt ist dieser umfassende Einblick meistens den großen Anlagenherstellern vorbehalten, da nur diese über die benötigten Ressourcen verfügen.

 

Project Goals and Methods

The design and operation of modern wind turbines requires precise knowledge of the system-relevant parameters in each operating state in order to achieve an optimal coordination of the individual components. This coordination of components is not only difficult from an engineering point of view, but also due to the structural composition of the wind energy industry, in which many small and medium-sized enterprises (SMEs) act as suppliers to comparatively few large companies. In order to sustainably strengthen the position of these SMEs, it is necessary to develop tailored solutions that enable them to gain a deeper understanding of the complex component network of a wind turbine (WT). Until now, this comprehensive insight has mostly been reserved for the large turbine manufacturers, as only they have the necessary resources.

 

Innovations and Perspectives

By modeling the rotor blades as a shearweb within the state observer, not only the natural frequencies but also the natural modes of the rotor blade dynamics can be represented in the sense of a modal decomposition, in contrast to approaches with multi-body systems. In particular, a coupling of the flap-wise and edge-wise motion with the torsional mode is possible, which represents a significant extension of the state of the art outlined above. Unlike FEM-based modeling approaches, this approach requires less computation and, as expected, can be used as a reduced model in real time in a state observer.

 

Project Partner
RWTH Aachen University, AIA - Chair of Fluid Mechanics and Institute of Aerodynamics RWTH Aachen University, SLA - Institute of Structural Mechanics and Lightweight Design AiF-Forschungsvereinigung DFMRS Deutsche Forschungsvereinigung für Meß-, Regelungs- und Systemtechnik e.V.