Verbesserung aero-dynamischer Bedingungen (Fahrzeuge und Windkraftanlagen)

Das Verbundvorhaben TOpWind beschäftigte sich mit der »Technologischen und ökonomischen Betrachtung der Anwendung aktiver Strömungskontrolle zur Optimierung der Winderntefähigkeit von Windenergieanlagen«. Hierbei beteiligten sich fünf Industriepartner und zwei Forschungseinrichtungen, sowie vier Fraunhofer-Institute an der Entwicklung von Konzepten zur aktiven Beeinflussung von Luftströmung auf Rotorblättern von Windkraftanlagen. Das Konsortium deckte dabei alle notwendigen Forschungsbereiche ab: angefangen von aerodynamischen Simulationen über die Entwicklung des Aktorsystems und dessen Integration, bis hin zu aerodynamischen und aeroakustischen Tests, sowie die ökologische und ökonomische Bewertung des Gesamtsystems.

Der Fokus des Fraunhofer ENAS lag in diesem Projekt auf der Entwicklung von fluidischen Aktoren, sogenannten Synthetik Jet Aktoren, welche eine gepulste und gerichtete Luftströmung erzeugen und damit die Strömung über das Rotorblatt beeinflussen. Die Herausforderungen lagen hierbei in der Optimierung der Aktorik in Hinblick auf die Leistung, die Robustheit bei einer großen Anzahl an Lastzyklen und die Reduzierung der Schallemission.

Abschließende Tests des Gesamtsystems in Hinblick auf aerodynamische Effekte sowie Zuverlässigkeit wurden im Dezember 2020 durchgeführt. Im Vergleich zur Basiskonfiguration konnte eine deutliche Verbesserung des Auftriebsbeiwertes um bis zu 10 % erreicht, die Zuverlässigkeit der Aktoren deutlich gesteigert und die akustische Schallemission um 20 dB reduziert werden. Perspektivisch können so in verschiedenen Szenarien die Erträge von Windenergieanlagen verbessert und damit die Kosten und Umweltbilanz reduziert werden.