Förderprojekt AutoFlow

 

Thermografische Strömungszustandserfassung an Rotorblättern von Offshore-WEA im laufenden Betrieb mit Hilfe eines automatisierten und störrobusten Flugsystems

 

Motivation

Mit dem 7. Energieforschungsprogramm unterstützt die Bundesregierung Forschungsaktivitäten zur Gestaltung der Energiewende hin zu einer weitgehenden Nutzung erneuerbarer Energien. Bis 2050 sollen im Rahmen der Energiewende erneuerbaren Energien den Großteil des Stromverbrauches abdecken. Offshore-Windenergieanlagen sind für die Energiewende unabdingbar und stellen mit ungefähr 1.500 Anlagen in deutschen Gewässern wichtige 7,5 GW installierte elektrische Leistung bereit. Auf See können Windenergieanlagen größer gebaut werden als an Land, was wiederum mehr Energieertrag bedeutet. Allerdings sind diese Anlagen insgesamt raueren Umweltbedingungen ausgesetzt, sodass Verschmutzungen, Beschädigungen oder geometrische Ungenauigkeiten an den Rotorblättern zu einer erheblichen Ertragseinbuße, aber auch zu einem Sicherheitsproblem führen können, wenn dadurch verursachte Vibrationen oder Unwuchten am Blatt und am gesamten Turm wirken.

 

Projektziele und Methoden

Urheberrecht: © IRT Das Bild zeigt eine schematische Darstellung eines unbemannten Luftfahrzeugs einschließlich des thermografischen Messsystems und weiterer Sensorik im Einsatz an einer Offshore-Windenergieanlage.

Projektziel innerhalb des Forschungsvorhabens AutoFlow ist die automatisierte thermografische Erfassung der Strömungszustände auf den Rotorblattoberflächen von sich in Betrieb befindlichen OWEA. Dabei sollen die Position der laminar-turbulenten Transition sowie Bereiche mit laminaren oder turbulenten Strömungsablösungen visualisiert werden. Diese Daten sind von höchstem Interesse, insbesondere zur Erkennung von Schäden sowie zur aerodynamischen Optimierung von Flügelprofilen, in der Praxis jedoch äußerst schwierig zu generieren. Als Messsystemträger dient eine automatisiert fliegende Plattform mit besonders störrobuster Fluglageregelung. Das Messsystem selbst besteht aus einer Thermografie-Kamera, einer visuellen Kamera und einem Laserscanner. Der Scanner dient zur Erfassung der Rotorblattgeometrie und zur präzisen Bestimmung der Flugsystemposition. Eine Unterbrechung des Betriebes der Anlagen ist zur Messdurchführung nicht notwendig, wodurch Ertragsverluste vermieden werden. Mithilfe einer zusätzlichen Landekamera werden vollautomatische Start- und Landemanöver bspw. auf einem Service-Schiff unterstützt.

 

Innovationen und Perspektiven

Urheberrecht: © BMWK

Die Bearbeitung des Forschungsprojekts AutoFlow ermöglicht eine erstmalige Analyse der aerodynamischen Strömungsregime, welche in der oberflächennahen Grenzschicht auf den Rotorblattoberflächen an sich in Betrieb befindlichen Offshore-WEA auf hoher See entstehen. Die Untersuchung dieser auftretenden Phänomene im „Reallabor“ geben neue Einblicke in den Betrieb von Offshore-WEA und fördern weitere Vorhaben in einem wachsenden Segment der Energieforschung.

 

Projektpartner

Assoziierte Partner

Universität Bremen, Institut für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft BIMAQ Projektkoordinator, Entwicklung des thermografischen Messsystems, Detektion der Strömungszustände, Auswertung und geometrische Zuordnung der Messdaten RWTH Aachen University, IRT - Institut für Regelungstechnik Testspezifikation, robuste Flugregelung, Pfadplanung, Lokalisierung, robuste Automatisierung der Messroutine, Validierung Einzelkomponenten Deutsche WindGuard Engineering GmbH Umsetzung der Anwendungsszenarien und Evaluierung anhand Abschlussszenarien Stiftung OFFSHORE-WINDENERGIE Dissemination, Regularienaufarbeitung, Entwicklung und Validierung Betriebs- und Logistikkonzept, Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Copting GmbH Systemspezifikation, Kommunikation mit Leitwarte und Betriebsführung der Offshore-WEA, Aufbau des UAV, Testflüge, Hardware- und Gesamtintegration, Nachweis der Robustheit, Sondergenehmigung Aufstiegserlaubnis OECON Products & Services GmbH Start- und Landeroutine, Erfassung externer Daten, Übertragung von Telemetrie und Sensordaten, Sensorikkonzept, automatisches Monitoring des Koptersystems, Software- und Hardwaresicherheit

WindMW GmbH Offshore-Windparkbetreiber Ermöglichung der Vor-Ort-Erprobung und Demonstration an einer Offshore-WEA im Windpark Meerwind Süd/Ost durch den Helgoländer Servicestützpunkt