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CRISP II - Counter Rotating Integrated Shrouded Propfan

Das Projekt "CRISP II - Counter Rotating Integrated Shrouded Propfan" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Antriebstechnik, Abteilung Fan und Verdichter durchgeführt. Ziel des Projekt ist es, Triebwerke effizienter, umweltfreundlicher und leiser zu machen . Die Wissenschaftler setzen bei einem sogenannten Mantelstromtriebwerk an. Der Effektivitätssteigerung liegt ein einfaches physikalisches Prinzip zugrunde: Die Effektivität der Schuberzeugung steigt, wenn die Geschwindigkeit des Luftstrahls am Triebwerksaustritt reduziert wird. Gleichzeitig sinkt der sogenannte Strahllärm, da die chaotische Wirbelbildung am Strahlrand - eine Hauptquelle der Geräuscherzeugung am Triebwerk - abnimmt. Dieser Luftstrahl wird durch den Bläser (Fan) vorne am Triebwerk erzeugt. Im Projekt CRISP II wird der Fan durch zwei gegenläufige ummantelte Rotoren gebildet. Dieses technisch nie realisierte Konzept bietet die Chance, sowohl das Gewicht als auch vor allem den Außendurchmesser zu verringern. Die Herausforderungen beim modernen Triebwerkbau liegen vor allem in den schwer zu vereinbarenden Anforderungen, Triebwerke einerseits umweltfreundlicher (weniger Treibstoffverbrauch bedeutet auch weniger CO2-Emissionen), aber andererseits auch leiser zu bekommen. Studien zeigen, dass neuartige Triebwerke mit gegenläufigen Rotoren ohne Ummantelung am wenigsten Treibstoff verbrauchen würden. Durch die nicht vorhandene Ummantelung fehlt allerdings auch eine Lärmdämmung - das Triebwerk wäre deutlich lauter. Ziel der Forschung ist es, ein effizientes und leises Triebwerk zu entwerfen. CRISP II baut auf den Ergebnissen von CRISP I, einem Gemeinschaftsprojekt des DLR und des deutschen Triebwerksherstellers MTU auf. Von 1985 bis 2000 arbeiteten die Partner bereits an einem Triebwerk mit gegenläufigen Fans. Seit der Entwicklung und Konzipierung von CRISP I Ende der 1980er Jahre wurden große technologische Fortschritte insbesondere bei der detaillierten Strömungs- und Festigkeitsberechnung, der Lärmprognose, dem Leichtbau und in vielen anderen für den Triebwerkbau notwendigen Bereichen gemacht. In dem neuen Projekt soll unter anderem eine neue CFK-Bauweise (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) für die Fertigung der einzelnen Schaufeln der Rotoren verwendet werden. Dadurch hat man Gestaltungsraum für die Schaufeln, um ein effizienteres und leiseres Triebwerk zu entwerfen. CFK im Vergleich zu Titan sehr leicht und stärker belastbar.

Teilvorhaben: Entwicklung, Bau, Test und Zertifizierung eines Prototyps im Maßstab 1:1 für eine 2,5 MW WEA

Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung, Bau, Test und Zertifizierung eines Prototyps im Maßstab 1:1 für eine 2,5 MW WEA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aachen, Fachbereich 6 Luft- und Raumfahrttechnik durchgeführt. Das Ziel dieses Teilvorhabens ist die Erforschung, Entwicklung und Realisierung einer kletternden Serviceplattform zur Instandhaltung der Rotorblätter - von der mobilen Fehlerdetektion bis zur automatischen Reparatur - und zur Instandhaltung der Türme der WEA im On- und Offshore Bereich. In der Phase 1 wurde der SMART-Demonstrator im Maßstab 1:3, für eine 2,5 MW WEA ausgelegt und simuliert. Für den Laborbetrieb wurde er gebaut und erfolgreich getestet. Im Rahmen dieses Teilvorhabens des Projektes in der Phase 2 soll die Prototypenentwicklung des Wartungsroboters durchgeführt werden. Parallel dazu wird ein Prüfstand an der FH Aachen errichtet, um die Funktionalität des SMART-Prototyps durch unterschiedliche Tests unter realen Bedingungen zu überprüfen.

Teilvorhaben: TOpWind - IBK

Das Projekt "Teilvorhaben: TOpWind - IBK" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IBK-Innovation GmbH & Co. KG - Standort Hamburg durchgeführt. Zur Optimierung der Strömung um die Rotorblattgeometrie von Windkraftanlagen sind in jüngerer Zeit neue Technologien zur aktiven Strömungskontrolle entwickelt worden. In diesem Teilprojekt wird die Strömungskontrolle mittels sogenannter fluidischer Aktoren erreicht. Allerdings haben diese Aktoren derzeit noch einen Entwicklungsstand, der zwar die Funktion der Strömungskontrolle gewährleistet, aber andere Aspekte der praktischen Anwendung noch außen vor lässt. Diese Lücke soll nun in diesem Teilvorhaben geschlossen werden, indem die sogenannte Robustheit der Aktorik erforscht und - bei Bedarf - verbessert wird. Im Einzelnen werden dabei folgende Punkte durch IBK Innovation GmbH und Co. KG bearbeitet: - Entwicklung von Technologien zur Optimierung der Blattströmung an Windenergieanlagen mittels aktiver Strömungskontrolle mit fluidischen Aktoren unter besonderer Berücksichtigung der Robustheit. - z.B. Untersuchung der Einwirkung von (Regen)Wasser, Staub etc. auf die Funktionsfähigkeit und Optimierung der Technik um diese so unempfindlich wie möglich gegen diese Störeinflüsse zu machen - Numerische und experimentelle Analyse der Technologien und Optimierungshypothesen z.B. durch Erstellung und Validierung von Transferfunktionen für numerische Modelle (die Transferfunktion ermöglicht eine vereinfachte Modellbildung, und damit kürzere Entwicklungszyklen) oder durch die Durchführung und Auswertung von Experimenten mit prototypischen Komponenten - Entwicklung von Konzepten und Technologien zur Integration der fluidischen Aktorik in die faserverstärkte Rotorblattstruktur unter Berücksichtigung der Anforderungen an die Robustheit.

Aktuator und Sensorik im Rotor

Das Projekt "Aktuator und Sensorik im Rotor" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Airbus Defence and Space GmbH durchgeführt. Dieses Vorhaben ASiR ist Teil des Verbundes 'Lagerloses aktives Rotorsystem LARS', das von Eurocopter Deutschland GmbH geführt und gemeinsam mit weiteren Partnern durchgeführt wird. Das Vorhaben umfasst folgende Ziele und Arbeitsinhalte: 1.) Entwicklung neuartiger Antriebe für die aktive Rotorblattsteuerung, insbesondere einer Aktuatorik für die aktive Blatthinterkante, wobei weitgehend auf mechanisch kritische Lagerstellen verzichtet werden soll. Leistungsversorgung/Datenübertragung sollen im Hinblick auf Effizienz, Baugröße und -gewicht optimiert werden. 2.) Weiterentwicklung der experimentellen Piezofolien-Sensorik (aus ADASYS) zu einem operationellen System zur eindeutigen und zuverlässigen BVI-Detektion inkl. Ableitung eines zur Regelung geeigneten Signals. 3.) Entwicklung einer kombinierten Lärm-/Vibrationsregelung, die im Flugversuch erprobt werden soll. Die Ergebnisse werden ECD in vollem Umfang zur Verwertung zur Verfügung gestellt. Es handelt sich um Schlüsseltechnologien, die für die erfolgreiche Realisierung des geplanten aktiven Rotorsystems notwendig sind und somit wesentlich zur Stärkung der Marktposition von ECD beitragen.

Teilvorhaben: Anwendung der FI-IL in einem Rotorblatt

Das Projekt "Teilvorhaben: Anwendung der FI-IL in einem Rotorblatt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WINDnovation Engineering Solutions GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts FI-IL ist die Entwicklung eines sensorintegrierten und günstigen Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) zur Bestimmung der aktuell am Bauteil vorliegenden Belastungszustände, einer 'Funktionsintegrierten intelligenten Lamelle'. Die Messung der Dehnung durch einen robusten und universell einsetzbaren Sensor soll mit einer innovativen Kommunikation über ein integriertes BUS System gekoppelt werden, um die sonst hochpreisigen Sensorsystemen vorenthaltenen Features - wie zum Beispiel einer ortsaufgelösten Messung - kostengünstig in das neue Bauteil zu integrieren. In Kopplung mit einem wirtschaftlichen und ressourcenschonenden Produktionsverfahren wie der Pultrusion ergibt sich das Potential für ein günstiges Bauteil mit Funktionsintegration. Durch Einsatz der FI-IL werden durchgehend Informationen über den aktuellen Bauteilzustand generiert. Durch eine dem realen Zustand entsprechende Wartung (predictive-maintenance) können Ressourcen und damit CO2 eingespart werden. Es kommt zu keinem vorzeitigen Austausch von funktionstüchtigen Bauteilen und Defekte werden frühzeitig erkannt. Weiterhin lassen sich mit den über den gesamten Lebenszyklus des Bauteils gesammelten Informationen Schlussfolgerungen zu den aufgetretenen Lasten sammeln. Diese Informationen können zur Auslegung neuer Bauteile genutzt werden (datengetriebene Bauteilauslegung), die wiederum ein höheres Leichtbaupotential aufweisen. Durch Einsparung von Ressourcen sowohl kurz- und mittelfristig während des Betriebs, als auch langfristig durch die optimierte Auslegung neuer Bauteile werden sowohl Ressourcen entlang des gesamten Lebenszyklus eingespart, als auch die Lebensdauer signifikant verlängert und dadurch ein Beitrag zur Sicherung des Klimaschutzes und der Nachhaltigkeit geleistet. Um das Potential voll auszuschöpfen, soll die Technologie branchenübergreifend am Beispiel von drei Szenarien in den Bereichen Bauwesen, Mobilität und Energie exemplarisch umgesetzt werden.

Teilprojekt: Phase 1 FhG

Das Projekt "Teilprojekt: Phase 1 FhG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) - Institutsteil Kassel durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen Regelungssystems zur aktiven Begrenzung von auslegungsrelevanten Extremlasten an großen Windenergieanlagen. Das Projekt zielt dabei auf eine Kostenreduktion für mechanische Komponenten mit einem großen Anteil an den Gesamt-Investitionskosten der WEA, also auf die Rotorblätter, den Turm, das Fundament sowie die tragenden Strukturen von Gondel und Nabe. Die hohe erforderliche Dynamik soll mit schnellen lokalen Luftkraftaktuatoren und einem geeigneten Messsystem zur Erfassung von Extremereignissen realisiert werden. Im Rahmen der Phase 1 des hier vorgeschlagenen Projektes sollen für die Realisierung des beschriebenen Regelungssystems zur Zeit noch fehlende, wichtige Grundlagen erarbeitet werden: -Abschätzung der prinzipiell erreichbaren Extremlastreduktionen -Bestimmung der Anforderungen an die Sensorik, Aktuatorik und Regelung -Erarbeitung von Messprinzipien zur schnellen und sicheren Erfassung der relevanten Lasten und Entwurf eines Lastmonitoring-Systems für die schnelle, vorausschauende Erkennung von Extremereignissen -Entwicklung von Modellen der instationären Aerodynamik schneller Luftkraftaktuatoren, speziell für den Reglerentwurf, Validierung im Windkanal -Entwicklung von geeigneten Regelungsstrukturen und Verfahren zum Reglerentwurf für die sichere Extremlastbegrenzung -Erarbeitung eines tieferen Verständnisses der Wechselwirkungen zwischen den schnellen Luftkraftaktuatoren und der Strukturdynamik der WEA.

Upwind: Development of Improved Wind Turbine Noise Prediction Tools for Low Noise Airfoil Design

Das Projekt "Upwind: Development of Improved Wind Turbine Noise Prediction Tools for Low Noise Airfoil Design" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Aerodynamik und Gasdynamik durchgeführt. The noise regulations of various countries urge wind turbine manufacturers to reduce the aerodynamical noise emission of their turbines. To reduce the greenhouse gas emission, wind energy has been put in a very front position. EWEA estimates 12percent of worlds energy may come from wind turbines by the year 2020 (approx. 1,260,000 MW). This means wider deployment of wind turbines, at lower wind speed sites i.e. close to people & transmission lines. To reduce the transmission cost between production site and customer, onshore installations are still a cheaper solution. One of the biggest barriers for developing onshore turbines is the noise which has a negative impact on people's daily life. Thus, the goal of developing onshore wind turbines is to design silent wind turbines and silent wind farms and at the same time have a good aerodynamic efficiency. Noise emitted from an operating wind turbine can be divided into two parts, mechanical noise and flow induced noise. Mechanical noise can sufficiently be reduced by conventional engineering approaches but flow-induced noise is more complex and need more focus. The noise mechanisms associated with flow-induced noise emission have different sources. These are, inflow turbulence noise, tip noise, laminar boundary layer separation noise, blunt trailing-edge noise (BTE) and for turbulent boundary-layer trailing-edge interaction noise (TBL-TE). Acoustic field measurements within the European research project SIROCCO showed that the TBL-TE noise is the most dominant noise mechanism for modern wind turbines. Thus, accurate prediction and reduction of the TBL-TE noise is the main focus of the acoustics airfoil design methods for wind turbine rotor blade. For developing 'silent' airfoils, a routinely design fast, less expensive and accurate prediction methodology is desired. In this respect, simplified theoretical model would be the first candidate, and therefore the main goal is development of an accurate and efficient noise prediction model for the low noise wind turbine blade design.

Untersuchung zu den Potentialen von Flugwindenergieanlagen (FWEA) - Phase II

Das Projekt "Untersuchung zu den Potentialen von Flugwindenergieanlagen (FWEA) - Phase II" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme, Standort Bremerhaven durchgeführt. Die grundlegenden Potentiale der Flugwindenergieanlagen, ihre Vorteile, Nachteile sowie weiterer Forschungsbedarf sollen aufgrund theoretischer, simulativer und praktischer Untersuchungen ermittelt werden. Arbeitspaket 1: Eine neue Definition für die Leistungskurve von FWEA wird erstellt und mit den Leistungskurven von WEA verglichen. Darüber hinaus werden die Anforderung an die Messtechnik erstellt. Arbeitspaket 2: Winddaten aus unterschiedlichen Quellen werden in den Höhen von 200 m bis 1000 m untersucht. Arbeitspaket 3: Unterschiedliche Konzepte zur Verbrauchsphase des Jo-jo-Verfahrens werden durch eine Simulationsreihe getestet und bewertet. Arbeitspaket 4: Eigenschaften von starren Flügeln sowie ihre Vor- und Nachteile gegenüber den Zugdrachen werden in diesem Arbeitstakte erforscht. Die vorhandene Messtechnik wird zum Zweck der Messkampagne angepasst und integriert. Arbeitspaket 5: Auf Basis von Messkampagnen werden die theoretischen sowie die simulativen Untersuchungen überprüft. Arbeitspaket 6: Die Geräuschentwicklung der FWEA wird durch Schallmessungen erforscht. Es handelt sich dabei um eine orientierende Messung, damit die entsprechenden Kosten beschränkt bleiben. Arbeitspaket 7: In diesem Arbeitspaket werden die Betriebskosten sowie die Stromgestehungskosten geschätzt. Arbeitspaket 8: das Arbeitspaket umfasst die Koordination, Durchführung und Betreuung des Projekts. Darüber hinaus wird ein Workshop organisiert und die erforderlichen Berichte erstellt.

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Wirtschaft und Recht Berlin, Campus Lichtenberg 2, Fachbereich 2 Duales Studium Wirtschaft, Professur für Maschinenbau, Fachgebiet Technik durchgeführt. Zur Förderung der Nachhaltigkeit von Energieerzeugungssystemen ist es erforderlich, die Anwendbarkeit von bioökomischen Werkstoffen zu prüfen und diese wirtschaftlich in den Lebenszyklusprozess zu implementieren. Das angestrebte Produkt 'Mikro-Windenergiesystem mit biobasierten Komponenten' wird über die dezentrale Gewinnung erneuerbarer Energie hinaus geschlossene Stoffkreisläufe ermöglichen. Während der Sondierungsphase zeichnete sich ab, dass technisch und wirtschaftlich die Chance besteht, Biokunststoffe für Kernkomponenten wie Rotorblatt, Gehäuse und Mast einzusetzen. Die marktgerechte Entwicklung und Fertigung erfordern, das Vorhaben als Verbundprojekt durchzuführen. Das gemeinsame Ziel der Machbarkeitsphase besteht in der experimentellen Validierung der Anwendbarkeit bioökonomischer Werkstoffe in Mikrowindenergiesystemen und der Vorbereitung des Markteintritts im Leistungsbereich bis 500W (modular erweiterbar), vorzugsweise als Teil hybrider Wind-Solar-Systeme. Zentrale Herausforderungen sehen die Projektpartner darin, hervorragende mechanische Eigenschaften der Biokunststoffteile und eine günstige Verarbeitbarkeit der Werkstoffe wirtschaftlich zu gewährleisten. Werkstoffe, die sich als grundsätzlich geeignet erwiesen, müssen in ihren Eigenschaften und ihrer Verarbeitbarkeit genauer spezifiziert und anwendungstypisch untersucht werden. Dafür ist zu erforschen, wie das temperaturabhängige Verhalten nicht nur unter Laborbedingungen, sondern auch im industriellen Maßstab werkstoffseitig beeinflusst werden kann. Über den Zwischenschritt der produktionstechnischen Machbarkeit werden wirtschaftlich tragfähige Serienfertigungsprozesse entwickelt. Entsprechend den Materialeigenschaften sind die Auslegung und die Konstruktion der Teile sowie die Betriebsführung der Windenergiesysteme zu optimieren, an Versuchsständen zu testen und in Feldversuchen zu erproben. Näheres siehe gemeinsame Vorhabenbeschreibung zum Verbundprojekt siehe beiliegendes Balkendiagramm.

Forschungsprojekt zur Untersuchung der Machbarkeit von Offshore Windtechnologie - Beitrag des IAG

Das Projekt "Forschungsprojekt zur Untersuchung der Machbarkeit von Offshore Windtechnologie - Beitrag des IAG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Aerodynamik und Gasdynamik durchgeführt. Im Rahmen von Arbeitspaket 3 des Forschungsprojektes OFFWINDTECH wurden die maritimen Anströmbedingungen und die komplexe Aerodynamik von schwimmenden Windkraftanlagen untersucht. Dabei wurde eine generische 5MW Anlage betrachtet, für die am IAG eine neue Serie von Rotorprofilen entworfen wurde, die speziell an die Anforderungen von Offshore Anlagen angepasst wurden. Zur Untersuchung der Aerodynamik der Turbine wurde ein vollständiges CFD-Modell entwickelt. Mit diesem Modell war es möglich, Simulation mit unterschiedlicher Komplexität durchzuführen. Ausgehend von einem isolierten Rotor wurde die Komplexität bis zur Gesamtanlage mit sechs Freiheitsgraden für die Plattformbewegung und turbulenter atmosphärischer Anströmung gesteigert. Im komplexesten Simulationsfall war die Turbine einer extremen Wellenbewegung ausgesetzt, die über eine vorgegebene Trajektorie in die Simulation eingespeist wurde. Die Ergebnisse dieser Simulation sind außerdem in einen Vergleich unterschiedlicher Strömungslöser und Aerodynamikcodes geflossen, die von den Projektpartnern eingesetzt wurden. Es konnte gezeigt werden, dass durch die induzierte Bewegung extreme Lastschwankungen innerhalb kürzester Zeit auftreten können und somit die Rotorblätter der schwimmenden Anlage sehr stark beansprucht werden können. Es ist zu erwarten, dass dies erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer schwimmender Windenergieanlagen haben kann.

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