Description succincte
(Allemand)
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Konventionelle Horizontalachsen-Windturbinen stossen im dezentralisierten Energiemarkt an ihre Grenzen: Raumausnutzung, Standorterschliessung, logistische Anforderungen, optische Wirkung, Lärm, Schatten- oder Eiswurf, Auswirkungen auf Natur und Wildtiere führen zu mangelnder Akzeptanz. Das Demonstrationsprojekt Vertical Sky® EXPERIENCE der Firma Agile Wind Power AG will den Nachweis erbringen, dass Windenergie mit grossen vertikal drehenden Windturbinen mit deutlich geringeren ökologischen Nachteilen, aber mindestens so effektiv genutzt werden kann. Die neu entwickelte Technologie mit permanenter, aktiver Rotorblattsteuerung erlaubt die Skalierung auf heutige Nennleistungen von mehreren Megawatt pro Anlage. Ziel dieses Projektes ist, die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für Bau und Betrieb einer permanent gepitchten Anlage zu erarbeiten, in einer weltweit ersten 1:1 Anlage (750kW) umzusetzen und anhand umfassender Messkampagnen nachzuweisen.
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Description succincte
(Anglais)
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Conventional horizontal-axis wind turbines have a couple of severe limitations: need for space, site preparation, logistical demands, optical effect, noise, shadow and ice throws, impact on nature and wildlife lead to a lack of acceptance. The demonstration project Vertical Sky® EXPERIENCE of the Swiss company Agile Wind Power AG targets to verify that vertically rotating wind turbines allow for exploiting wind energy with much less negative ecological impact and at least as efficient. The recently developed technology (with permanent, active blade pitching) allows for scaling up to today's nominal power levels of a couple of megawatts per unit. The aim of this project is to compile the scientific and technical fundamentals for construction and operation of a permanently pitched wind turbine, to realize a worldwide first 1:1 unit (750kW) and validate by means of a thorough measurement campaign.
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Description succincte
(Français)
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Les éoliennes conventionnelles à axe horizontal présentent plusieurs inconvénients majeurs : elles nécessitent beaucoup d'espace, une préparation du site, une logistique importante, et ont un impact visuel, sonore, elles projettent de l'ombre et de la glace, et ont un impact sur la nature et la faune, ce qui les rend peu acceptables. Le projet de démonstration Vertical Sky® EXPERIENCE de la société suisse Agile Wind Power AG vise à vérifier que les éoliennes à rotation verticale permettent d'exploiter l'énergie éolienne avec un impact écologique beaucoup moins négatif et une efficacité au moins équivalente. La technologie récemment développée (avec un pas de pale permanent et actif) permet d'atteindre les niveaux de puissance nominale actuels de quelques mégawatts par unité. L'objectif de ce projet est de compiler les bases scientifiques et techniques pour la construction et l'exploitation d'une éolienne à pas permanent, de réaliser une unité 1:1 (750 kW) unique au monde et de la valider au moyen d'une campagne de mesures approfondie.
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Rapport final
(Allemand)
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Das Projekt Vertical Sky® EXPERIENCE der Agile Wind Power AG verfolgt das Ziel, Vertikalachsen-Windturbinen erstmals in grossen Dimensionen wirtschaftlich nutzbar zu machen. Grundlage dafür ist eine innovative Echtzeit-Pitchsteuerung, die jedes Rotorblatt individuell zur Windströmung ausrichtet. Dadurch sollen Wirkungsgrad und Betriebssicherheit steigen sowie Belastungen und Lärmemissionen reduziert werden. Das Projekt hat zum Ziel, die Machbarkeit und Funktionalität (sicherer Betrieb, Wirkungsgrad und Lärmerzeugung) der Vertical Sky®-Anlagen nachzuweisen. Mit der Prototypanlage A32 (750 kW, 105 m Gesamthöhe) wurde ein neuartiges Konzept entwickelt, das gemäss IEC-Normen zertifiziert und auf dem Testfeld Grevenbroich (D) aufgebaut wurde. Der erste Prototyp erlitt 2020 durch ein nicht eindeutig nachgewiesenes Lastszenario im Stillstand einen Schaden, worauf eine zweite Generation entwickelt, optimiert und deutlich schneller montiert werden konnte. Auch diese Anlage zeigte zunächst gute Ergebnisse, bis 2022 Risse an Rotorarmen festgestellt wurden. Nach weiteren Analysen entschied man, die gesamte Anlage zurückzubauen. In Windkanalversuchen konnten die unbekannten Lastfälle reproduziert und Lösungen struktureller Art sowie über die Anlagensteuerung entwickelt werden. Zudem wurden effizientere Rotorblätter getestet, die sich positiv auf Leistung und Belastungen auswirkten. Obwohl beide Grossprototypen zurückgebaut werden mussten, lieferte das Projekt wertvolle Erkenntnisse für Konstruktion, Steuerung und Betrieb. Das Vertical Sky®-Design wurde dadurch auf ein hohes Entwicklungsniveau gebracht, insbesondere hinsichtlich sicherer Betriebsführung. Um die Steuerung vor einem erneuten Grossprototyp zu verifizieren, wurde 2024 in Brütten (ZH) die verkleinerte Testanlage A6 (23 m Höhe, 3,6 kW) realisiert. Diese dient der Feinabstimmung der Steuerung und soll unter realen Bedingungen Nachweisdaten liefern, bevor eine Vorserienanlage im Massstab 1:1 umgesetzt wird. Insgesamt zeigt sich, dass die neue Technologie trotz einiger Rückschläge viel Potenzial hat. Sie kann neue Standorte für dezentrale Windkraftanlagen erschliessen und gleichzeitig die Nachteile herkömmlicher Windräder – vor allem Lärm und die Gefahr für Tiere durch schnell rotierende Flügel – deutlich verringern.
Documents annexés
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Rapport final
(Anglais)
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The Vertical Sky® EXPERIENCE project by Agile Wind Power AG aims to make large-scale vertical axis wind turbines economically viable for the first time. This is based on an innovative real-time pitch control system that aligns each rotor blade individually with the wind flow. This should increase efficiency and operational safety while reducing stress and noise emissions. The project aims to demonstrate the feasibility and functionality (safe operation, efficiency, and noise generation) of Vertical Sky® turbines. With the A32 prototype system (750 kW, 105 m total height), a novel concept was developed that was certified according to IEC standards and installed at the Grevenbroich (Germany) test site. The first prototype suffered damage in 2020 due to an unknown load scenario while at a standstill, whereupon a second generation was developed, optimized, and assembled much more quickly. This plant also initially showed satisfactory results until cracks were discovered in the rotor arms in 2022. After further analysis, it was decided to dismantle the entire plant. Wind tunnel tests made it possible to reproduce the unknown load cases and develop structural solutions and solutions for the turbine control system. In addition, more efficient rotor blades were evaluated, which had a positive effect on performance and loads. Although both large prototypes had to be dismantled, the project provided valuable insights into design, control, and operation. This brought the Vertical Sky® design to a high level of development, particularly with regard to safe operation. In order to verify the control system before building another large prototype, a smaller test facility (23 m high, 3.6 kW) was constructed in Brütten (ZH) in 2024. This facility is used to fine-tune the control system and is intended to provide verification data under real conditions before a 1:1 scale pre-series facility is implemented. Overall, it is clear that despite a few setbacks, the innovative technology has great potential. It can open up new locations for decentralized wind turbines while significantly reducing the disadvantages of conventional wind turbines, primarily noise and the danger to animals posed by rapidly rotating blades.
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Rapport final
(Français)
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Le projet Vertical Sky® EXPERIENCE de la société Agile Wind Power AG a pour objectif de rendre rentables, pour la première fois, les éoliennes à axe vertical de grande taille. Il repose sur un système innovant de contrôle du pas en temps réel qui oriente individuellement chaque pale du rotor en fonction du flux du vent. Cela devrait permettre d'augmenter le rendement et la sécurité de fonctionnement tout en réduisant les contraintes et les émissions sonores. Le projet a pour objectif de démontrer la faisabilité et la fonctionnalité (sécurité de fonctionnement, rendement et niveau sonore) des installations Vertical Sky®. Avec le prototype A32 (750 kW, hauteur totale de 105 m), un concept novateur a été développé, certifié selon les normes CEI et installé sur le site d'essai de Grevenbroich (Allemagne). Le premier prototype a subi des dommages en 2020 en raison d'un scénario de charge inconnu à l'arrêt, à la suite de quoi une deuxième génération a pu être développée, optimisée et montée beaucoup plus rapidement. Cette installation a également donné de bons résultats dans un premier temps, jusqu'à ce que des fissures soient constatées sur les bras du rotor en 2022. Après des analyses supplémentaires, il a été décidé de démanteler l'ensemble de l'installation. Des essais en soufflerie ont permis de reproduire les cas de charge inconnus et de développer des solutions de nature structurelle ainsi que via le système de commande de l'installation. De plus, des pales de rotor plus efficaces ont été testées, ce qui a eu un effet positif sur les performances et les charges. Bien que les deux grands prototypes aient dû être démontés, le projet a fourni des informations précieuses pour la conception, le contrôle et l'exploitation. La conception Vertical Sky® a ainsi atteint un niveau de développement élevé, notamment en termes de sécurité d'exploitation. Afin de vérifier le système de commande avant de construire un nouveau prototype à grande échelle, une installation d'essai réduite A6 (23 m de hauteur, 3,6 kW) a été réalisée en 2024 à Brütten (ZH). Celle-ci sert à affiner le système de commande et doit fournir des données de vérification dans des conditions réelles avant la mise en oeuvre d'une installation de présérie à l'échelle 1:1. Dans l'ensemble, il apparaît que cette nouvelle technologie présente un fort potentiel malgré quelques revers. Elle permet d'exploiter de nouveaux sites pour des éoliennes décentralisées tout en réduisant considérablement les inconvénients des éoliennes traditionnelles, notamment le bruit et le danger pour les animaux que représentent les pales tournant à grande vitesse.
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