Michael Hölling
Dr. Michael Hölling
Institut für Physik (» Postanschrift)
Michael Hölling
Erzeugung turbulenter Windfelder im großen Windkanal
Mit dem sogenannten aktiven Gitter können eine Vielzahl unterschiedlicher turbulenter Windfelder im großen Oldenburger Windkanal erzeugt werden. Auf 80 einzeln ansteuerbaren Wellen sind insgesamt knapp 1.000 rautenförmige Aluminiumflügel angebracht. So lassen sich gezielt begrenzte Bereiche der Windkanaldüse versperren und Turbulenzen erzeugen. Durch die Rahmenkonstruktion aus Aluminium lässt sich das 3 x 3 Meter große Gitter leicht im Windkanal ein- und ausbauen. Die Kombination von aktivem Gitter mit einem Windkanal dieser Größe macht den ForWind-Kanal einzigartig. Mit Hilfe des Gitters können die ForWind-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler Merkmale von komplexen atmosphärischen Windfeldern auf die Dimensionen des Windkanals herunterskalieren und so charakteristische Eigenschaften eines realen Windfeldes im Windkanal nachbilden, wie z.B. verschiedene Arten von turbulenten Strömungen, Windscherung und Böen. Ihr Ziel ist es, turbulente Strömungen und ihre Auswirkungen auf Komponenten von Windenergieanlagen besser zu verstehen. Zudem entwickeln und prüfen sie neuartige Regelungskonzepte, um Turbulenzeffekte besser kompensieren zu können.
Optimierung Windparks: Windkanalexperimente mit Modell-Windturbinen
Bis zum Jahr 2030 sollen auf der Nord- und Ostsee 15GW durch Offshore-Windenergie bereitgestellt werden.
Fossile Energien sollen immer weiter durch erneuerbare Energien ersetzt werden.
Die Windenergie spielt bei diesem Umschwung eine große Rolle. Auf Grund verschiedener ökonomischer und ökologischer Faktoren werden Windenergie-Anlagen in Parks aufgestellt. Diese werden vermehrt Offshore errichtet. Der Bedarf an zuverlässigen Vorhersagen über das Verhalten des Windes und Windschwankungen ist nach wie vor sehr hoch, da der vorherrschende Wind die Quelle der Energie, aber auch zeitgleich eine Quelle für erhöhte Lasten an Windenergieanlagen ist. Das Verständnis über das Verhalten des Windes (z.B. Richtung und Geschwindigkeit) innerhalb eines Windparks ist essenziell um die vorhandene Energie effizient zu nutzen und gleichzeitig Ausfälle der Anlagen zu vermeiden. Die Vorhersagen werden überlicherweise mit numerischen Simulationen erstellt, die, auf Grund der Komplexität der Strömung, mit vereinfachten Modellen versuchen verschiedene Situationen im Park zu beschreiben.
Diese Modelle müssen überprüft werden, was in Freifeldversuchen im Windpark technisch schwierig und sehr teuer ist, da es nicht möglich ist die Einströmungsbedingungen einzustellen und alle Parameter zu vermessen. Aus diesem Grund werden an der Universität Oldenburg Windkanal Experimente mit Modell-Windenergie-Anlagen durchgeführt. Im Windkanal können definierte Strömungssituationen unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden, was sehr flexible und kostengünstige Möglichkeiten bietet ein tieferes Verständnis zu erlangen und so das Verbessern von numerischen Modellen und letztendlich von realen Windparks ermöglicht.
Schwerpunkt hierbei ist der Einfluss von turbulenter Einströmung auf das Verhalten von Leistung von Windenergie-Anlagen und deren Nachlaufströmung. Die in Oldenburg entwickelten Modell-Windenergieanlagen sind möglichst realistische Nachbauten großer Windenergieanlagen und ermöglichen das Erforschen der Auswirkung verschiedener Einströmbedingungen, Regelparamter auf Anlagen und Leistung, sowie den Einfluss zusätzlicher Dynamik von Anlagen, die auf schwimmenden Plattformen aufgestellt sind.
Windkanalmessungen / Dynamic Stall
Da sich heutzutage selbst mit modernsten Computern viele strömungsmechanische Probleme nicht oder nur näherungsweise berechnen lassen, müssen viele Fragestellungen durch Messungen an Modellen beantwortet werden. Der Windkanal der Universität bietet dabei mit einem Strahlquerschnitt von 1,0m x 0,8m die Grundlage für eine Vielzahl von Messungen, wie Zylindernachlauf, Windenergieanlagen- und Windparkmodellen oder neuartige Anemomter. Dabei stehen eine Reihe von Standardmessmethoden, wie druckmessende Sonden, ein und mehrdimensionale Hitzdrähte sowie Laser-Doppler-Anemometer zur Verfügung.
Von besonderem Interesse ist auch die Möglichkeit, für Kraftmessungen an Flügeln die Messstrecke zu schließen. Dabei werden Auftriebs- und Widerstandskräfte berührungsfrei über die Druckverteilungen hinter dem Flügel und auf den Windkanalwänden erfasst. Dies ermöglicht auch Messungen bei sich schnell ändernden Anstellwinkeln des Flügels, da hier starke, kurzzeitige Auftriebskräfte auftreten können (Dynamic Stall). Diese müssen für passende Modelle gut bekannt sein.
