Bei OPUS 1 und OPUS 2 handelt es sich um baugleiche Windenergieanlagen mit jeweils einer Gesamthöhe von 150 Metern und einem Rotordurchmesser von 116 Metern. Die Anlagen sind jedoch unterschiedlich instrumentiert.
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Aufbau & Standort
Auf dem Forschungspark Windenergie in Krummendeich werden wertvolle Daten für Wissenschaft und Forschung gesammelt. Der Forschungspark besteht aus insgesamt drei Windenergieanlagen: zwei hochmodernen Windenergieanlagen OPUS 1 und OPUS 2, die durch den meteorologischen Messmast 1 und den Messmasten-Array flankiert werden, und einer kleineren WEA 3, die vom Messmast 5 ergänzt wird. Bei besonderen Kampagnen wird zusätzliche Instrumentierung im Feld installiert. In der Leitwarte werden die Daten aus dem Forschungspark aufbereitet und weiterverarbeitet.
Interaktive Infografik
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Bei OPUS 1 und OPUS 2 handelt es sich um baugleiche Windenergieanlagen mit jeweils einer Gesamthöhe von 150 Metern und einem Rotordurchmesser von 116 Metern. Die Anlagen sind jedoch unterschiedlich instrumentiert.
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MESSMASTEN-ARRAY
Das Messmasten-Array besteht aus drei Messmasten, die äußeren beiden 100 Meter hoch, der mittlere 150 Meter hoch, die mit umfassender meteorologischer Sensorik ausgestattet sind. Durch die spezielle Konfiguration der Ausleger und Messinstrumente auf diesen drei Masten können besonders gut die durch die OPUS 1 erzeugten Turbulenzen erfasst werden, die die Anströmung von OPUS 2 maßgeblich beeinflussen.
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WEA 3
Eine für Forschungsexperimente angepasste und modifizierbare Windenergieanlage mit eigens entwickelten Rotorblättern mit einer maximalen Leistung von 500 kW und einer Nabenhöhe von 50 Meter.
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MESSMAST 1
Der IECplus-Messmast ist mit der notwendigen Messtechnik ausgerüstet, um Zertifizierungsmessungen nach der Norm IEC 61400 vornehmen zu können. Darüber hinaus ist er mit umfangreicher Zusatzinstrumentierung ausgestattet, um das zur OPUS 1 einströmende Windfeld vom Boden bis zur Rotorblattspitze in einer Höhe von 150 Metern vermessen zu können.
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MESSMAST 5
Um die lokalen Windverhältnisse an der WEA 3 zu kennen, hat diese einen eigenen, 70 Meter hohen Messmast. Mit diesem wird ein breites Spektrum meteorologischer Messgrößen erfasst.
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LEITWARTE
In diesem Gebäude laufen alle Informationen des Forschungsparks zusammen. Die Daten der Sensorik werden hier aufbereitet und weiterverarbeitet. Die Leitwarte bildet die Zentrale für Arbeiten vor Ort – ob im Büro, der Werkstatt oder im Labor.
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GONDEL
In der Gondel befinden sich alle elektrischen Komponenten der Windenergieanlage. Bei diesem Modell handelt es sich um einen getriebelosen Antriebsstrang, das heißt der Generator wird direkt angetrieben. Mit der Forschungsinstrumentierung werden wichtige Kenngrößen an Generator, Transformator und Umrichter sowie weiteren Teile der Leistungselektronik gemessen. Zudem ist auf dem Gondeldach ein frei bewegliches LiDAR-System installiert, mit dem der einströmende und hinter dem Rotor wieder austretende Wind vermessen werden können.
TURM
Um die Schwingungen und Verformungen des Turms im Betrieb und in Extremsituationen (z.B. Not-Aus) zu erfassen, sind dort auf verschiedenen Höhen Beschleunigungs- und Dehnungssensoren installiert. Auch die Kräfte, die auf die Verschraubung zwischen den Turmsegmenten wirken, werden erfasst.
ROTORBLATT
Die Rotorblätter sind mit umfassender Sensorik ausgestattet, um deren Verhalten im Wind genau zu analysieren. Viele unterschiedliche Sensorsysteme können das Rotorblatt im Detail charakterisieren. Das Wissen über das Rotorblatt ist notwendig, um in zukünftigen Forschungsprojekten die Windenergieanlagen zu optimieren.
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NABE
In der Rotornabe laufen alle Kabel der in den Blättern verbauten Sensoren zusammen. Die Messdaten werden mittels eines Schleifrings und faseroptischer Übertragung vom drehenden in das feststehende System in der Gondel übergeben. Neben einigen Messanlagen ist hier auch ein mitdrehendes LiDAR-System verbaut, das die Windverhältnisse direkt vor dem Rotor erfasst.
FUNDAMENT
Hierbei handelt es sich aufgrund der Bodenqualität um eine Pfahlgründung. Dabei werden bis zu 36 Meter lange Betonpfähle im Boden eingebracht. Die Pfähle der OPUS 1 werden mit Sensoren ausgestattet, um die im Fundament wirkenden Kräfte zu erfassen.
GONDEL
In der Gondel befinden sich alle elektrischen Komponenten der Windenergieanlage. Bei diesem Modell handelt es sich um einen getriebelosen Antriebsstrang, das heißt der Generator wird direkt angetrieben. Mit der Forschungsinstrumentierung werden wichtige Kenngrößen an Generator, Transformator und Umrichter sowie weiteren Teile der Leistungselektronik gemessen. Zudem ist auf dem Gondeldach ein frei bewegliches LiDAR-System installiert, mit dem der einströmende und hinter dem Rotor wieder austretende Wind vermessen werden kann.
NABE
In der Rotornabe laufen alle Kabel der in den Blättern verbauten Sensoren zusammen. Die Messdaten werden mittels eines Schleifrings und faseroptischer Übertragung vom drehenden in das feststehende System in der Gondel übergeben. Neben einigen Messanlagen ist hier auch ein mitdrehendes LiDAR-System verbaut, das die Windverhältnisse direkt vor dem Rotor erfasst.
TURM
Um die Schwingungen und Verformungen des Turms im Betrieb und in Extremsituationen (z.B. Not-Aus) zu erfassen, sind dort auf verschiedenen Höhen Beschleunigungs- und Dehnungssensoren installiert. Auch die Kräfte, die auf die Verschraubung zwischen den Turmsegmenten wirken, werden erfasst.
FUNDAMENT
Hierbei handelt es sich aufgrund der Bodenqualität um eine Pfahlgründung. Dabei werden bis zu 36 Meter lange Betonpfähle im Boden eingebracht.
ROTORBLATT
Die Rotorblätter sind mit umfassender Sensorik ausgestattet, um deren Verhalten im Wind genau zu analysieren. Viele unterschiedliche Sensorsysteme können das Rotorblatt im Detail charakterisieren. Das Wissen über das Rotorblatt ist notwendig, um in zukünftigen Forschungsprojekten die Windenergieanlagen zu optimieren.
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TURM
Der aus zwei Segmenten bestehende Stahlturm ist gegenüber der Standardausführung zusätzlich verstärkt, um so die Steifigkeit zu erhöhen und eine höhere Eigenfrequenz zu erzielen. Da sich der Turm durch diese Konstruktion im Betrieb weniger verwindet, ist ein sicherer Experimentalbetrieb möglich.
GONDEL
Die WEA 3 hat einen teilaufgelösten Triebstrang mit angepasstem Getriebe. Der Triebstrang ist für die Rotorblätter deutlich überdimensioniert und somit sehr robust und speziell für Experimente mit Überlast geeignet. Ein Kran auf dem Gondeldach ermöglicht ein schnelles und unkompliziertes Austauschen einzelner Komponenten. Der Triebstrang ist dafür vorbereitet, die Windenergieanlage linksdrehend und rechtsdrehend, sowie luvseitig als auch leeseitig zu betreiben.
ROTORBLÄTTER
Die Rotorblätter haben eine besonders schlanke Form, um damit aeroelastische Phänomene untersuchen zu können. Zusätzlich sind die Blattspitzen austauschbar. Somit lassen sich die Blätter schnell und unkompliziert umrüsten um für verschiedenste Experimente gerüstet zu sein.
KRANAUFSTELLFLÄCHE
Die befestigte Kranaufstellfläche der WEA 3 ist besonders groß dimensioniert, um für mögliche Modifikationen, wie zum Beispiel einen Blattwechsel, genug Arbeitsfläche zur Verfügung zu haben.
NABE
Die Nabe ist so konstruiert, dass verschiedene Rotorblätter montiert werden können. Es kann auch die gesamte Nabe getauscht werden, um zum Beispiel den Betrieb eines Zweiblatt-Rotors zu gewährleisten. Die Nabe ist mit Aufnahmepunkten für eine Blattbefahranlage versehen, mit der das Rotoblatt über die gesamte Länge begutachtet, gewartet oder instrumentiert werden kann.
AUSLEGER
Der Messmast hat zahlreiche Ausleger in unterschiedlichen Höhen und Längen, auf denen die Sensoren installiert sind. Zur Montage können die Ausleger abgeknickt werden.
PLATTFORM
Etwa auf halber Höhe des mittleren Masten befindet sich eine Plattform, die für die Installation eines LiDAR-Geräts vorgesehen ist. Diese Plattform kann aber auch für unterschiedliche Installationen genutzt werden und verfügt dazu über eine Seilwinde.
KONFIGURATION
Die drei Messmasten stehen orthogonal zur Hauptwindrichtung, sodass sie mit den Messgeräten auf ihren Auslegern eine senkrechte Fläche genau zwischen OPUS 1 und OPUS 2 vermessen, wenn der Wind aus dieser Richtung kommt. Dadurch kann das von der OPUS 1 verwirbelte Windfeld genau vermessen werden, bevor es auf OPUS 2 auftrifft und dort mit den Rotorblättern interagiert. Durch die besondere Anordnung der Messinstrumente an den bis zu neun Meter langen Auslegern können dabei sowohl grobskalige Phänomene, wie z.B. die Windscherung (d.h. dass der Wind in größerer Höhe stärker weht) als auch kleinere Verwirbelungen sehr gut festgestellt werden.
ABSPANNUNG
Bei dem Messmasten-Array handelt es sich um abgespannte Gittermastkonstruktionen. Die Abspannungen verlaufen in drei Richtungen und bestehen aus jeweils fünf bis sieben Stahlseilen, die auf ein Ankerfundament geführt werden, wobei die Abspannungen der kleineren und des großen Masts teilweise auf die gleichen Fundamente geführt werden. Die Befestigungen auf den Ankerfundamenten sind erhöht konstruiert, sodass möglichst nah am Ankerpunkt eine für die Landwirtschaft geeignete Durchfahrtshöhe unter den Seilen erreicht wird.
AUSLEGER
Der Messmast hat jeweils drei Ausleger auf insgesamt sieben über die Länge des Masts verteilten Messhöhen zwischen 10 und 140 Metern, auf denen die meisten Sensoren installiert sind. Zur Montage können die Ausleger eingezogen werden.
METEOROLOGISCHE SENSORIK
Da es sich bei diesem Messmasten um einen IEC-konformen Messmasten handelt, der auch für Zertifizierungsmessungen an den Windenergieanlagen zugelassen ist, sind die Positionen der grundlegenden Sensoren zur Messung der Windgeschwindigkeit, Windrichtung und der Temperatur genau vorgegeben. Um auch die sehr viel höheren Anforderungen der Forschung zu erfüllen, ist er zusätzlich mit einer umfangreichen Zusatzinstrumentierung bis zu einer Messhöhe von 150 Metern ausgestattet, der maximalen Blattspitzenhöhe der WEAs am Standort.
STRUKTUR
Um die bauartbedingten Eigenbewegungen des sehr schlanken Mastes und die auf die Abspannung und das Fundament wirkenden Kräfte zu erfassen, sind hier zahlreiche Beschleunigungssensoren verbaut.
ABSPANNUNG
Bei dem Messmast handelt es sich um eine abgespannte Gittermastkonstruktion. Die Abspannungen verlaufen in drei Richtungen und bestehen aus jeweils sieben Stahlseilen, die auf ein Ankerfundament geführt werden. Die Befestigungen auf den Ankerfundamenten sind erhöht konstruiert, sodass möglichst nah am Ankerpunkt eine für die Landwirtschaft geeignete Durchfahrtshöhe unter den Seilen erreicht wird.
AUSLEGER
Der Messmast hat zahlreiche Ausleger in unterschiedlichen Höhen und Längen, auf denen die Sensoren installiert sind. Zur Montage können die Ausleger abgeknickt werden.
METEOROLOGISCHE SENSORIK
Dieser Messmast ist zur Bestimmung der Windverhältnisse an der Experimentalturbine mit umfangreicher meteorologischer Messtechnik instrumentiert. Hauptsächlich finden dabei Schalenanemometer und Ultraschallanemometer Verwendung, aber auch Temperatur- und Feuchtesensoren. Es besteht auch die Möglichkeit, weitere, spezielle Sensorik im Rahmen von Mess- oder Validierungskampagnen am Messmast anzubringen.
STRUKTUR
Auf Grund der geringeren Höhe kann dieser Messmast ohne zusätzliche Abspannung errichtet werden. Um die bauartbedingten Eigenbewegungen des sehr schlanken Mastes und die auf das Fundament wirkenden Kräfte sicher zu erfassen, sind hier zahlreiche Beschleunigungssensoren verbaut.
LABOR
Hier ist es möglich, kleinere wissenschaftliche Experimente durchzuführen oder Versuche vorzubereiten. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben hier die Möglichkeit, Arbeiten in direkter Nähe der Windenergieanlagen durchzuführen.
WERKSTATT
In der Werkstatt können auch gröbere technische Arbeiten wie Reparaturen oder Modifikationen durchgeführt werden. Kleinere Ersatzteile werden hier gelagert, um flexibel auf die Anforderungen der unterschiedlichsten Forschungsvorhaben reagieren zu können.
BÜRORÄUME
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können hier mit gewohnter Infrastruktur vor Ort arbeiten oder sich mit Projektpartnern treffen. Es stehen Büroarbeitsplätze, ein Besprechungsraum und Sozialräume zur Verfügung.
DATENMANAGEMENTSYSTEM
Alle an den Windenergieanlagen, den Messmasten und der Feldinstrumentierung erzeugten Daten werden direkt an ihrer Messanlage mit einem hochgenauen Zeitstempel versehen und in das zentrale On-Site-Datenmanagementsystem eingespeist. Dort werden die Daten ausfallsicher zwischengespeichert und an das im DLR-Rechenzentrum stehende Archiv-Datenmanagementsystem übertragen, welches die Daten online zur Abfrage und Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt.
Beschleunigungssensorik
Die Sensoren messen die auftretende Beschleunigung an einer bestimmten Stelle, um die Blattschwingung zu berechnen. Die Nutzung von sowohl elektrischen als auch faseroptischen Beschleunigungssensoren an unterschiedlichen Stellen ermöglicht eine eindeutige Erfassung der Schwingungen des gesamten Rotorblatts.
Ultraschallsensorik
Mit diesen Sensoren wird ein Structural Health Monitoring (SHM) ermöglicht. Dies ist eine Methode, um bestimmte Bauteile der Windenergieanlage (meist in den Rotorblättern) auf ihren einwandfreien Zustand zu überwachen, sodass Risse oder andere Schäden sofort erkannt und lokalisiert werden. Hierfür wird unter anderem ein piezoelektrisches Sensornetz verwendet.
Faseroptische Dehnungssensorik
Die Sensoren ermöglichen die optische Übertragung der Messgröße. Eine Lichtquelle (meist Laser oder LED) wird mit einem Lichtwellenleiter (z.B. Glasfaser) und einem Detektor verbunden. Die optischen Eigenschaften des Lichtwellenleiters werden durch die gewünschte Messgröße verändert (z.B. Polarisierbarkeit, Fluoreszenz, Absorption). Mit diesem Prinzip lässt sich die Lastverteilung über das gesamte Rotorblatt ermitteln.
Dehnungsmessstreifen
DMS sind an vielen verschiedenen Stellen im Rotorblatt verbaut. Die kleinen Klebestreifen können mittels elektrischen Widerstands eine Längenänderung des Trägermaterials wahrnehmen und die dort auftretenden Kräfte somit exakt erfassen.
BladeVision
Das optische Sensorsystem überwacht die Durchbiegung der Rotorblätter. Hierzu sind über die Länge des Rotorblatts verteilt Spiegel angebracht. Von der Wurzel des Rotorblatts wird ein Laserstrahl auf diese Spiegel geschickt, je nach Durchbiegung des Blattes verändert sich der Winkel des reflektierten Laserstrahls.
Übersicht
1 Leitwarte, 2 Messmast 5, 3 WEA 3,
4 OPUS 2, 5 Messmasten-Array, 6 OPUS 1,
7 Messmast 1
Leitwarte
In diesem Gebäude laufen alle Informationen des Forschungsparks zusammen. Die Daten der Sensorik werden hier aufbereitet und weiterverarbeitet. Die Leitwarte bildet die Zentrale für Arbeiten vor Ort – ob im Büro, der Werkstatt oder im Labor.
Leitwarte
Büroraume
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können hier mit gewohnter Infrastruktur vor Ort arbeiten oder sich mit Projektpartnern treffen. Es stehen Büroarbeitsplätze, ein Besprechungsraum und Sozialräume zur Verfügung.
Leitwarte
Labor
Hier ist es möglich, kleinere wissenschaftliche Experimente durchzuführen oder Versuche vorzubereiten. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben hier die Möglichkeit Arbeiten in direkter Nähe der Windenergieanlagen durchzuführen.
Leitwarte
Werkstatt
In der Werkstatt können auch gröbere technische Arbeiten wie Reparaturen oder Modifikationen durchgeführt werden. Kleinere Ersatzteile werden hier gelagert, um flexibel auf die Anforderungen der unterschiedlichsten Forschungsvorhaben reagieren zu können.
Leitwarte
Datenmanagementsystem
Alle an den Windenergieanlagen, den Messmasten und der Feldinstrumentierung erzeugten Daten werden direkt an ihrer Messanlage mit einem hochgenauen Zeitstempel versehen und in das zentrale On-Site-Datenmanagementsystem eingespeist. Dort werden die Daten ausfallsicher zwischengespeichert und an das im DLR-Rechenzentrum stehende Archiv-Datenmanagementsystem übertragen, welches die Daten online zur Abfrage und Weiterverarbeitung zur Verfügung stellt.
OPUS 1
Bei OPUS 1 und OPUS 2 handelt es sich um baugleiche Windenergieanlagen mit jeweils einer Gesamthöhe von 150 Metern und einem Rotordurchmesser von 116 Metern. Die Anlagen sind jedoch unterschiedlich instrumentiert.
OPUS 1
Rotorblatt
Die Rotorblätter sind mit umfassender Sensorik ausgestattet, um deren Verhalten im Wind genau zu analysieren. Viele unterschiedliche Sensorsysteme können das Rotorblatt im Detail charakterisieren. Das Wissen über das Rotorblatt ist notwendig, um in zukünftigen Forschungsprojekten die Windenergieanlagen zu optimieren.
01 Beschleunigungssensorik
Die Sensoren messen die auftretende Beschleunigung an einer bestimmten Stelle, um die Blattschwingung zu berechnen. Die Nutzung von sowohl elektrischen als auch faseroptischen Beschleunigungssensoren an unterschiedlichen Stellen ermöglicht eine eindeutige Erfassung der Schwingungen des gesamten Rotorblatts.
02 Ultraschallsensorik
Mit diesen Sensoren wird ein Structural Health Monitoring (SHM) ermöglicht. Dies ist eine Methode, um bestimmte Bauteile der Windenergieanlage (meist in den Rotorblättern) auf ihren einwandfreien Zustand zu überwachen, sodass Risse oder andere Schäden sofort erkannt und lokalisiert werden. Hierfür wird unter anderem ein piezoelektrisches Sensornetz verwendet.
03 Faseroptische Dehnungssensorik
Die Sensoren ermöglichen die optische Übertragung der Messgröße. Eine Lichtquelle (meist Laser oder LED) wird mit einem Lichtwellenleiter (z.B. Glasfaser) und einem Detektor verbunden. Die optischen Eigenschaften des Lichtwellenleiters werden durch die gewünschte Messgröße verändert (z.B. Polarisierbarkeit, Fluoreszenz, Absorption). Mit diesem Prinzip lässt sich die Lastverteilung über das gesamte Rotorblatt ermitteln.
04 Dehnungsmessstreifen
DMS sind an vielen verschiedenen Stellen im Rotorblatt verbaut. Die kleinen Klebestreifen können mittels elektrischen Widerstands eine Längenänderung des Trägermaterials wahrnehmen und die dort auftretenden Kräfte somit exakt erfassen.
05 BladeVision
Das optische Sensorsystem überwacht die Durchbiegung der Rotorblätter. Hierzu sind über die Länge des Rotorblatts verteilt Spiegel angebracht. Von der Wurzel des Rotorblatts wird ein Laserstrahl auf diese Spiegel geschickt, je nach Durchbiegung des Blattes verändert sich der Winkel des reflektierten Laserstrahls.
OPUS 1
Gondel
In der Gondel befinden sich alle elektrischen Komponenten der Windenergieanlage. Bei diesem Modell handelt es sich um einen getriebelosen Antriebsstrang, das heißt der Generator wird direkt angetrieben. Mit der Forschungsinstrumentierung werden wichtige Kenngrößen an Generator, Transformator und Umrichter sowie weiteren Teile der Leistungselektronik gemessen. Zudem ist auf dem Gondeldach ein frei bewegliches LiDAR-System installiert, mit dem der einströmende und hinter dem Rotor wieder austretende Wind vermessen werden können.
OPUS 1
Nabe
In der Rotornabe laufen alle Kabel der in den Blättern verbauten Sensoren zusammen. Die Messdaten werden mittels eines Schleifrings und faseroptischer Übertragung vom drehenden in das feststehende System in der Gondel übergeben. Neben einigen Messanlagen ist hier auch ein mitdrehendes LiDAR-System verbaut, das die Windverhältnisse direkt vor dem Rotor erfasst.
OPUS 1
Turm
Um die Schwingungen und Verformungen des Turms im Betrieb und in Extremsituationen (z.B. Not-Aus) zu erfassen, sind dort auf verschiedenen Höhen Beschleunigungs- und Dehnungssensoren installiert. Auch die Kräfte, die auf die Verschraubung zwischen den Turmsegmenten wirken, werden erfasst.
OPUS 1
Fundament
Hierbei handelt es sich aufgrund der Bodenqualität um eine Pfahlgründung. Dabei werden bis zu 36 Meter lange Betonpfähle im Boden eingebracht. Die Pfähle der OPUS 1 werden mit Sensoren ausgestattet, um die im Fundament wirkenden Kräfte zu erfassen.
OPUS 2
Bei OPUS 1 und OPUS 2 handelt es sich um baugleiche Windenergieanlagen mit jeweils einer Gesamthöhe von 150 Metern und einem Rotordurchmesser von 116 Metern. Die Anlagen sind jedoch unterschiedlich instrumentiert.
OPUS 2
Rotorbatt
Die Rotorblätter sind mit umfassender Sensorik ausgestattet, um deren Verhalten im Wind genau zu analysieren. Viele unterschiedliche Sensorsysteme können das Rotorblatt im Detail charakterisieren. Das Wissen über das Rotorblatt ist notwendig, um in zukünftigen Forschungsprojekten die Windenergieanlagen zu optimieren.
01 Beschleunigungssensorik
Die Sensoren messen die auftretende Beschleunigung an einer bestimmten Stelle, um die Blattschwingung zu berechnen. Die Nutzung von sowohl elektrischen als auch faseroptischen Beschleunigungssensoren an unterschiedlichen Stellen ermöglicht eine eindeutige Erfassung der Schwingungen des gesamten Rotorblatts.
02 Ultraschallsensorik
Mit diesen Sensoren wird ein Structural Health Monitoring (SHM) ermöglicht. Dies ist eine Methode, um bestimmte Bauteile der Windenergieanlage (meist in den Rotorblättern) auf ihren einwandfreien Zustand zu überwachen, sodass Risse oder andere Schäden sofort erkannt und lokalisiert werden. Hierfür wird unter anderem ein piezoelektrisches Sensornetz verwendet.
03 Faseroptische Dehnungssensorik
Die Sensoren ermöglichen die optische Übertragung der Messgröße. Eine Lichtquelle (meist Laser oder LED) wird mit einem Lichtwellenleiter (z.B. Glasfaser) und einem Detektor verbunden. Die optischen Eigenschaften des Lichtwellenleiters werden durch die gewünschte Messgröße verändert (z.B. Polarisierbarkeit, Fluoreszenz, Absorption). Mit diesem Prinzip lässt sich die Lastverteilung über das gesamte Rotorblatt ermitteln.
04 Dehnungsmessstreifen
DMS sind an vielen verschiedenen Stellen im Rotorblatt verbaut. Die kleinen Klebestreifen können mittels elektrischen Widerstands eine Längenänderung des Trägermaterials wahrnehmen und die dort auftretenden Kräfte somit exakt erfassen.
05 BladeVision
Das optische Sensorsystem überwacht die Durchbiegung der Rotorblätter. Hierzu sind über die Länge des Rotorblatts verteilt Spiegel angebracht. Von der Wurzel des Rotorblatts wird ein Laserstrahl auf diese Spiegel geschickt, je nach Durchbiegung des Blattes verändert sich der Winkel des reflektierten Laserstrahls.
OPUS 2
Nabe
In der Rotornabe laufen alle Kabel der in den Blättern verbauten Sensoren zusammen. Die Messdaten werden mittels eines Schleifrings und faseroptischer Übertragung vom drehenden in das feststehende System in der Gondel übergeben. Neben einigen Messanlagen ist hier auch ein mitdrehendes LiDAR-System verbaut, das die Windverhältnisse direkt vor dem Rotor erfasst.
OPUS 2
Gondel
In der Gondel befinden sich alle elektrischen Komponenten der Windenergieanlage. Bei diesem Modell handelt es sich um einen getriebelosen Antriebsstrang, das heißt der Generator wird direkt angetrieben. Mit der Forschungsinstrumentierung werden wichtige Kenngrößen an Generator, Transformator und Umrichter sowie weiteren Teile der Leistungselektronik gemessen. Zudem ist auf dem Gondeldach ein frei bewegliches LiDAR-System installiert, mit dem der einströmende und hinter dem Rotor wieder austretende Wind vermessen werden kann.
OPUS 2
Turm
Um die Schwingungen und Verformungen des Turms im Betrieb und in Extremsituationen (z.B. Not-Aus) zu erfassen, sind dort auf verschiedenen Höhen Beschleunigungs- und Dehnungssensoren installiert. Auch die Kräfte, die auf die Verschraubung zwischen den Turmsegmenten wirken, werden erfasst.
OPUS 2
Fundament
Hierbei handelt es sich aufgrund der Bodenqualität um eine Pfahlgründung. Dabei werden bis zu 36 Meter lange Betonpfähle im Boden eingebracht.
Messmasten-Array
Das Messmasten-Array besteht aus drei Messmasten, die äußeren beiden 100 Meter hoch, der mittlere 150 Meter hoch, die mit umfassender meteorologischer Sensorik ausgestattet sind. Durch die spezielle Konfiguration der Ausleger und Messinstrumente auf diesen drei Masten können besonders gut die durch die OPUS 1 erzeugten Turbulenzen erfasst werden, die die Anströmung von OPUS 2 maßgeblich beeinflussen.
Messmasten-Array
Konfiguration
Die drei Messmasten stehen orthogonal zur Hauptwindrichtung, sodass sie mit den Messgeräten auf ihren Auslegern eine senkrechte Fläche genau zwischen OPUS 1 und OPUS 2 vermessen, wenn der Wind aus dieser Richtung kommt. Dadurch kann das von der OPUS 1 verwirbelte Windfeld genau vermessen werden, bevor es auf OPUS 2 auftrifft und dort mit den Rotorblättern interagiert. Durch die besondere Anordnung der Messinstrumente an den bis zu neun Meter langen Auslegern können dabei sowohl grobskalige Phänomene, wie z.B. die Windscherung (d.h. dass der Wind in größerer Höhe stärker weht) als auch kleinere Verwirbelungen sehr gut festgestellt werden.
Messmasten-Array
Abspannung
Bei dem Messmasten-Array handelt es sich um abgespannte Gittermastkonstruktionen. Die Abspannungen verlaufen in drei Richtungen und bestehen aus jeweils fünf bis sieben Stahlseilen, die auf ein Ankerfundament geführt werden, wobei die Abspannungen der kleineren und des großen Masts teilweise auf die gleichen Fundamente geführt werden. Die Befestigungen auf den Ankerfundamenten sind erhöht konstruiert, sodass möglichst nah am Ankerpunkt eine für die Landwirtschaft geeignete Durchfahrtshöhe unter den Seilen erreicht wird.
Messmasten-Array
Ausleger
Der Messmast hat zahlreiche Ausleger in unterschiedlichen Höhen und Längen, auf denen die Sensoren installiert sind. Zur Montage können die Ausleger abgeknickt werden.
Messmasten-Array
Plattform
Etwa auf halber Höhe des mittleren Masten befindet sich eine Plattform, die für die Installation eines LiDAR-Geräts vorgesehen ist. Diese Plattform kann aber auch für unterschiedliche Installationen genutzt werden und verfügt dazu über eine Seilwinde.
WEA 3
Eine für Forschungsexperimente angepasste und modifizierbare Windenergieanlage mit eigens entwickelten Rotorblättern mit einer maximalen Leistung von 500 kW und einer Nabenhöhe von 50 Metern.
WEA 3
Rotorblätter
Die Rotorblätter haben eine besonders schlanke Form, um damit aeroelastische Phänomene untersuchen zu können. Zusätzlich sind die Blattspitzen austauschbar. Somit lassen sich die Blätter schnell und unkompliziert umrüsten um für verschiedenste Experimente gerüstet zu sein.
WEA 3
Gondel
Die WEA 3 hat einen teilaufgelösten Triebstrang mit angepasstem Getriebe. Der Triebstrang ist für die Rotorblätter deutlich überdimensioniert und somit sehr robust und speziell für Experimente mit Überlast geeignet. Ein Kran auf dem Gondeldach ermöglicht ein schnelles und unkompliziertes Austauschen einzelner Komponenten. Der Triebstrang ist dafür vorbereitet, die Windenergieanlage linksdrehend und rechtsdrehend, sowie luvseitig als auch leeseitig zu betreiben.
WEA 3
Turm
Der aus zwei Segmenten bestehende Stahlturm ist gegenüber der Standardausführung zusätzlich verstärkt, um so die Steifigkeit zu erhöhen und eine höhere Eigenfrequenz zu erzielen. Da sich der Turm durch diese Konstruktion im Betrieb weniger verwindet, ist ein sicherer Experimentalbetrieb möglich.
WEA 3
Kranaufstellfläche
Die befestigte Kranaufstellfläche der WEA 3 ist besonders groß dimensioniert, um für mögliche Modifikationen, wie zum Beispiel einen Blattwechsel, genug Arbeitsfläche zur Verfügung zu haben.
WEA 3
Nabe
Die Nabe ist so konstruiert, dass verschiedene Rotorblätter montiert werden können. Es kann auch die gesamte Nabe getauscht werden, um zum Beispiel den Betrieb eines Zweiblatt-Rotors zu gewährleisten. Die Nabe ist mit Aufnahmepunkten für eine Blattbefahranlage versehen, mit der das Rotoblatt über die gesamte Länge begutachtet, gewartet oder instrumentiert werden kann.
Messmast 1
Der IECplus-Messmast ist mit der notwendigen Messtechnik ausgerüstet, um Zertifizierungsmessungen nach der Norm IEC 61400 vornehmen zu können. Darüber hinaus ist er mit umfangreicher Zusatzinstrumentierung ausgestattet, um das zur OPUS 1 einströmende Windfeld vom Boden bis zur Rotorblattspitze in einer Höhe von 150 Metern vermessen zu können.
Messmast 1
Abspannung
Bei dem Messmast handelt es sich um eine abgespannte Gittermastkonstruktion. Die Abspannungen verlaufen in drei Richtungen und bestehen aus jeweils sieben Stahlseilen, die auf ein Ankerfundament geführt werden. Die Befestigungen auf den Ankerfundamenten sind erhöht konstruiert, sodass möglichst nah am Ankerpunkt eine für die Landwirtschaft geeignete Durchfahrtshöhe unter den Seilen erreicht wird.
Messmast 1
Ausleger
Der Messmast hat jeweils drei Ausleger auf insgesamt sieben über die Länge des Masts verteilten Messhöhen zwischen 10 und 140 Metern, auf denen die meisten Sensoren installiert sind. Zur Montage können die Ausleger eingezogen werden.
Messmast 1
Struktur
Um die bauartbedingten Eigenbewegungen des sehr schlanken Mastes und die auf die Abspannung und das Fundament wirkenden Kräfte zu erfassen, sind hier zahlreiche Beschleunigungssensoren verbaut.
Messmast 1
Meteorologische Sensorik
Da es sich bei diesem Messmasten um einen IEC-konformen Messmasten handelt, der auch für Zertifizierungsmessungen an den Windenergieanlagen zugelassen ist, sind die Positionen der grundlegenden Sensoren zur Messung der Windgeschwindigkeit, Windrichtung und der Temperatur genau vorgegeben. Um auch die sehr viel höheren Anforderungen der Forschung zu erfüllen, ist er zusätzlich mit einer umfangreichen Zusatzinstrumentierung bis zu einer Messhöhe von 150 Metern ausgestattet, der maximalen Blattspitzenhöhe der WEAs am Standort.
Messmast 5
Um die lokalen Windverhältnisse an der WEA 3 zu kennen, hat diese einen eigenen, 70 Meter hohen Messmast. Mit diesem wird ein breites Spektrum meteorologischer Messgrößen erfasst.
Messmast 5
Ausleger
Der Messmast hat zahlreiche Ausleger in unterschiedlichen Höhen und Längen, auf denen die Sensoren installiert sind. Zur Montage können die Ausleger abgeknickt werden.
Messmast 5
Struktur
Auf Grund der geringeren Höhe kann dieser Messmast ohne zusätzliche Abspannung errichtet werden. Um die bauartbedingten Eigenbewegungen des sehr schlanken Mastes und die auf das Fundament wirkenden Kräfte sicher zu erfassen, sind hier zahlreiche Beschleunigungssensoren verbaut.
Messmast 5
Meteorologische Sensorik
Dieser Messmast ist zur Bestimmung der Windverhältnisse an der Experimentalturbine mit umfangreicher meteorologischer Messtechnik instrumentiert. Hauptsächlich finden dabei Schalenanemometer und Ultraschallanemometer Verwendung, aber auch Temperatur- und Feuchtesensoren. Es besteht auch die Möglichkeit, weitere, spezielle Sensorik im Rahmen von Mess- oder Validierungskampagnen am Messmast anzubringen.
Gefördert wird der Aufbau des Forschungswindparks Windenergie in Krummendeich durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK).
