Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Wind Energie, atmosphärische Turbulenz, Nachlaufströmungen, Ermüdung, Beanspruchungen, Wartungskosten
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Wind Energy. Lifetime prediction. Dynamic loads. Complex terrain. Turbulence.
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Erhöhte atmosphärische Turbulenz und turbulente Nachlaufströmungen über ungleichmässigem Gelände bewirken höhere Ermüdungsbeanspruchungen und höhere Wartungskosten von Windturbinen. Bei der Bestimmung der Auswirkungen von erhöhter Strömungsturbulenz auf die Belastungvon Windturbinen sollen entsprechende Experimente helfen. Die erhaltenen Messergebnisse dienen dann dazu Empfehlungen für Positionierung und Betrieb von Windturbinen zu geben, wodurch der Einfluss von erhöhter Ermüdungsbeanspruchung reduziert werden kann.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Elevated turbulence levels in atmospheric flows and wakes over complex terrain result in higher fatigue loads and higher maintenance costs of wind turbines. Experiments to quantify the effects of elevated turbulence levels on the loads on wind turbines are conducted. The results are used to develop recommendations for the placement and operation of turbines that minimise the impact of higher fatigue loads. This supports the Energy Strategy 2050.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Für die in der Schweiz installierten Windenergieanlagen wurde ein skaliertes Modell moderner, drehzahlvariabler Multimegawatt-Turbinen mit variabler Pitchregelung entwickelt, welches in der ETHZ WEST Facility konstruiert, gefertigt und installiert wurde. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten, die in erster Linie Simulationen zur Untersuchung der unabhängigen Pitchregelung verwendet haben, präsentiert dieses Projekt die erste experimentelle Untersuchung der unabhängigen Pitchregelung mit einer Subskalenmodell-Windturbinentestanlage. Nach Wissen der Autoren ist dieses Projekt die erste experimentelle Untersuchung der unabhängigen Pitchregelung mit einer Subskalenmodell-Windturbinentestanlage. Es wird gezeigt, dass eine unabhängige Pitchregelung, die auf einer sinusförmigen Neigung der Rotorblätter basiert und welche an die Phase der Rotordrehung gekoppelt ist, je nach Gierwinkel der Turbine eine Leistungssteigerung von 10-16% ergeben kann. Die Leistungserhöhung tritt auf, weil die sinusförmige Neigung der Rotorblätter die durch die Rotorneigung induzierten Geschwindigkeitsschwankungen kompensiert. Diese Rotorneigung ist charakteristisch für modern Multimegawatt-Turbinen. Da die erfolgreiche Entwicklung der unabhängigen Pitchregelung für das Subskalenmodell eine gewaltige Herausforderung war, waren die Messungen mit erhöhten Turbulenzen begrenzt. Trotzdem wurde beobachtet, dass bei erhöhter Turbulenz die Nachlaufströmung asymmetrisch ist, was der Rotation des Nachlaufströmung zugeschrieben werden kann. In laufenden Arbeiten werden die Auswirkungen von erhöhten Turbulenzen auf die Belastung experimentell quantifiziert.
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Schlussbericht
(Englisch)
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A scaled-model of modern, variable-speed, variable-pitch-control, multi-megawatt turbines that is representative of wind turbines installed in Switzerland has been designed, manufactured and installed in the ETH WEST Facility. In contrast to prior works that have used primarily simulations to investigate independent pitch control, this project presents the first experimental investigation of independent pitch control with a sub-scale model wind-turbine test facility. To the knowledge of the authors, this project is the first experimental investigation of independent pitch control with a sub-scale model wind-turbine test facility. It is demonstrated that independent pitch control based on sinusoidal pitching that is locked to the phase of the rotor rotation can yield power increases between 10-16% depending on turbine’s yaw angle. The power increase occurs because sinusoidal pitching compensates for the velocity variations induced by rotor tilt; this rotor tilt is a charcaterisitc of modern, multi-megawatt turbines. As the successful development of the independent pitch control for the subscale model was a formidable challenge, the measurements with elevated turbulence were limited. Nevertheless, it was observed that with elevated turbulence the wake is asymmetric, and this asymmetry is attributed to rotation of the wake. In ongoing work, the impact of elevated turbulence on the loads will be experimentally quantified.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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Un modèle à l'échelle de turbines multi-mégawatt modernes, à vitesse variable et à maîtrise en tangage variable représentatif des éoliennes installées en Suisse a été conçu, fabriqué et installé dans l'ETH WEST facility. Contrairement aux travaux antérieurs qui ont utilisé principalement des simulations pour étudier une maîtrise en tangage indépendante, ce projet présente la première étude expérimentale de maîtrise en tangage indépendante avec une installation de test de turbine éolienne à sous-échelle. À la connaissance des auteurs, ce projet est la première étude expérimentale de maîtrise en tangage indépendante avec une installation de test de turbine à vent sous-échelle. Il est démontré que la maîtrise en tangage indépendante basée sur le tangage sinusoïdal qui est verrouillé à la phase de rotation du rotor peut produire une augmentation de puissance entre 10-16% selon l'angle de lacet de la turbine. L'augmentation de puissance se produit car le tangage sinusoïdal compense les variations de vitesse induites par l'inclinaison du rotor. Cette inclinaison du rotor est une caractéristique de turbines multi-mégawatt modernes. Comme le développement à success de la maîtrise en tangage indépendante pour le modèle de sous-échelle était un redoutable défi, les mesures avec une turbulence élevée étaient limitées. Néanmoins, on a observé que, avec une turbulence élevée, le sillage est asymétrique, et cette asymétrie est attribuée à la rotation du sillage. Dans les travaux en cours, l'impact de la turbulence élevée sur les charges sera quantifié expérimentalement.
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