Labor Windkraft

Herzlich Willkommen auf den Seiten des Labors Windkraft.

Wir beschäftigen uns sowohl numerisch als auch experimentell mit der Erforschung von Windkraftanlagen, insbesondere in den Bereichen der Aerodynamik und der Strukturdynamik. In diesem Kontext arbeiten wir sehr eng sowohl mit der Industrie als auch mit nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen zusammen.

Unsere technische Ausstattung wird selbstverständlich auch für die Lehre benutzt. Zudem finden zahlreiche Studien- und Abschlussprojekte in unseren Räumlichkeiten statt.

Nachfolgend erhalten Sie einen Überblick unserer Aktivitäten.

Das Herzstück unserer Arbeit ist die Strömungssimulation (engl. Computational Fluid Dynamics - CFD) von Windkraftanlagen mit Hilfe diverser CFD Methoden. Hierbei kommen modernste Hardware und Software zum Einsatz. Das Steckenpferd unserer Berechnungen bildet die Simulationssoftware OpenFOAM.

CFD-Methoden:

  • Reynolds-Averaged-Navier-Stokes Simulationen
  • Detached-Eddy-Simulationen
  • Large-Eddy-Simulationen

Die Schwerpunkte der aktuellen Forschungsthemen liegen in den Bereichen:

  • komplexe aerodynamische Effekte: Himmelskamp-Effekt, Dynamic Stall, Blattspitzenverluste, Dynamic Inflow, usw.
  • Fluid-Struktur-Interaktion: Flatterschwingungen, Vortex-Induced-Vibrations, usw. 
  • Aerodynamische Rotorblatt-Vorrichtungen: Vortex Generators, Gurney Flaps, Winglets, usw.
  • Nachläufe von Windkraftanlagen und Windparks.

Darüber hinaus benutzen wir auch Modelle der Blatt-Element-Momenten Methode, um Lastberechnungen durchzuführen und das strukturdynamische Verhalten der gesamten Windkraftanlage zu analysieren.

Zu Validierungszwecken vergleichen wir die Simulationsergebnisse mit Experimenten. Dafür arbeiten wir sowohl mit vorhandenen Messergebnissen aus verschiedenen Forschungskooperationen (z.B. MexNext Projekt) als auch mit unseren eigenen Messungen.

Das Labor verfügt außerdem über einen kleinen Windkanal mit geschlossener Messstrecke und einer integrierten Visualisierungseinrichtung mittels Wasserdampf. Damit kann eine sehr anschauliche Interpretation verschiedener aerodynamischer Effekte realisiert werden, was für die Lehre sehr vorteilhaft ist.

Weiterhin verfügen wir auch über noch einen weiteren Windkanal um das Verhalten einer Modellwindenergieanlage unter verschiedene Betriebsbedingungen zu untersuchen. Das hilft den Studierenden die Theorie-Kenntnisse aus den Vorlesungen besser zu begreifen und den Praxisbezug anschaulich zu erkennen.

Ein zusätzliches Versuchsgerät, das wir für die Lehre intensiv nutzen ist unserer Windkraft-Antriebsstrang. Damit untersuchen unsere Studierende den Wirkungsgrad eines Antriebsstrangs mit Getriebe unter verschiedene Arbeitspunkte indem sie die elektrische Last des Generators und die Drehzahl des Antriebmotors variieren.

Unsere Windkraftanlage Enercon E-18, mit einer Leistung von 100 kW, steht direkt am Campus in Emden. Dies ermöglicht z.B. die Untersuchung des Nachlaufs der Anlage im Rahmen von studentischen Projekten. Dafür werden die Windgeschwindigkeiten und Windrichtungen auf verschiedenen Höhen hinter die Anlage mittels unseres SODAR-Geräts erfasst.

Darüber hinaus liefern die Betriebsdaten der Windkraftanlage umfangreiche Messergebnisse für die Lehre und die Forschung.

Remote surface damage detection on rotor blades of operating wind turbines by means of infrared thermography
D. Traphan, I. Herráez, P. Meinlschmidt, F. Schlüter, J. Peinke and G.Gulker
Wind Energy Science, vol. 3, p. 639-650, 2018.
doi.org/10.5194/wes-3-639-2018

Fluid-structure coupled computations of the NREL 5 MW wind turbine by means of CFD
B. Dose, H. Rahimi, I. Herráez, B. Stoevesandt and J. Peinke
Renewable Energy, vol. 129, p. 591-605, 2018.
doi.org/10.1016/j.renene.2018.05.064

Extraction of the wake induction and angle of attack on rotating wind turbine blades from PIV and CFD results
I. Herráez, E. Daniele and J.G. Schepers
Wind Energy Science, vol. 3, p. 1-9, 2018.
doi.org/10.5194/wes-3-1-2018

Evaluation of different methods for determining the angle of attack on wind turbine blades with CFD results under axial inflow conditions
H. Rahimi, J.G Schepers, W.Z Shen, N. Ramos Garcia, M.S. Schneider, D. Micallef, C.J. Simao Ferreira, E. Jost, L. Klein and I. Herráez
Renewable Energy, vol. 125, p. 866-876, 2018.
doi.org/10.1016/j.renene.2018.03.018

Influence of the conservative rotor loads on the near wake of a wind turbine
I. Herráez, D. Micallef, G.A.M. van Kuik and J. Peinke
Journal of Physics: Conference Series, vol. 854, 012022, 2017
doi.org/10.1088/1742-6596/854/1/012022


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Kontakt

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