Credit: Charlie Chesvick
Credit: Charlie Chesvick

Möglichkeiten der Zusammenarbeit in unserem Forschungspark WiValdi

Für Ihre Forschungs- und Entwicklungsarbeiten bietet der DLR Forschungspark WiValdi die verschiedensten Optionen für eine Kooperation. Unser Park verfügt über eine große Bandbreite an Infrastruktur, die von Ihnen verwendet werden kann. Der Forschungspark hat den Anspruch eine Forschungsinfrastruktur für die gesamte Windenergie- Community bereitzustellen. Unser Ziel ist es, alle forschungsrelevanten Aspekte der Windenergiebranche abzudecken, um in Zukunft den Nutzen der Windenergie und aller damit verbundenen Systeme in Deutschland und international zu stärken.

Sie arbeiten in Industrie oder Forschung und interessieren sich für eine Zusammenarbeit? Wir beraten Sie bestmöglich, wie wir Ihre Themen im Forschungspark realisieren können.

Sie haben Fragen zu WiValdi in Krummendeich?

Dann kontaktieren Sie uns gern!
+49 531 295 3380

Ihr Ansprechpartner:
Herr Dr.-Ing. Jakob Klassen

Forschen Sie an unseren Nutzungseinheiten

Der Forschungspark Wivaldi befindet sich am Standort Krummendeich im Landkreis Stade, direkt an der Elbemündung. Stetige Winde aus der Hauptwindrichtung Westsüdwest zeichnen die Lage des Forschungsparks aus. Die zur Verfügung stehende Fläche wird bis auf die Kranstellflächen sowie die Aufstellorte der Windenergieanlagen und der Messmasten vorwiegend landwirtschaftlich genutzt. An mehreren Stellen auf der Fläche besteht Anschlussmöglichkeit an das Niederspannungsnetz und an eine Datenleitung. Der Anschluss von externer Sensorik oder sonstigen Systemen im Feld ist somit möglich. Darüber hinaus ist beispielsweise die 

  • Errichtung von Containerlösungen
  • die Nutzung von mobilen Mikrofonarrays
  • die Nutzung von LiDAR Systemen

auf der Vorhabenfläche realisierbar.

Bei WEA 1 und WEA 2 handelt es sich um zwei baugleiche Enercon E-115 EP3  Windenergieanlagen mit jeweils je 4,2 MW,  einer Gesamthöhe von 150 Metern und einem Rotordurchmesser von 116 Metern. An jeder WEA sind rund 1.300 Sensoren installiert, die ein umfassendes Wissen über das Verhalten, insbesondere der Rotorblätter, ermöglichen. Die WEA sind in diesem Ausmaß weltweit einmalig vom Fundamentpfahl bis zur Blattspitze mit Messtechnik instrumentiert. Je nach Forschungsinteresse bietet sich entweder die WEA 1 oder die WEA 2 an, da die Anlagen nicht identisch instrumentiert sind. Neben den Sensorsystemen die bereits während der Herstellung eingebracht wurden (wie z.B. im Fundamentpfahl oder an nicht zugänglichen Stellen im Rotorblatt) ist es möglich zusätzliche Sensorik einzubringen und beispielsweise mit bestehender Sensorik zu validieren und abzugleichen. Außerdem ermöglicht der Zugriff auf den Regler die Anlage nach der eigenen gewünschten Projektmatrix zu betreiben.

Eine Besonderheit ist die Anordnung der beiden Multi-MW Windenergieanlagen, da sie genau in Hautwindrichtung hintereinander stehen. Diese aus kommerzieller Betreibersicht ungünstige, aus Forschungssicht dafür umso interessante Konfiguration lässt Untersuchungen und Experimente in der Nachlaufströmung zu. Um die Eigenschaften des turbulenten Nachlaufs detailliert zu erfassen, sind insgesamt fünf meteorologische Messmasten auf dem Forschungspark errichtet. In Hauptwindrichtung vor der WEA 1 steht ein 150 Meter hoher, IEC konformer, Messmast. Die Sensorik auf diesem Messmast erfasst das einströmende Windfeld genau. Sobald das Windfeld auf WEA 1 trifft entsteht eine komplexe, turbulente Nachlaufströmung.

Diese Nachlaufströmung wird vom Messmasten-Array, bestehend aus drei Messmasten (100m, 150m und 100m) erfasst, welches direkt in Hauptwindrichtung vor WEA 2 platziert ist. Durch das Array lässt sich über die gesamte Rotorfläche von WEA 2 das turbulente Windfeld erfassen, bevor es auf WEA 2 trifft. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Auswirkungen der Nachlaufströmung zu erforschen, bzw. Methoden zur Reduzierung oder Ablenkung der Nachlaufströmung zur Erhöhung der Effektivität des gesamten Parks zu validieren.

Ein fünfter, IEC konformer Messmast wird vor WEA 3 errichtet.

Neben den Untersuchungen zur Nachlaufströmung können an den Messmasten aber auch meteorologische Untersuchungen durchgeführt werden. Sensoren für Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Niederschlag oder Wolkendecke, zusammen mit einem auf dem Messmasten-Array montiertem LiDAR System lassen umfangreiche meteorologische Forschung zu.

Nahezu alle Sensoren im Forschungspark speisen ihre Daten hochsynchron in das DMS ein, welches sich in der Leitwarte befindet. Das DMS erlaubt die Nutzung sämtlicher erhobener Messdaten in diversen gewünschten Auflösungen und Zeitintervallen. Durch den hochgenauen Zeitstempel lassen sich nicht nur einzelne Datenreihen auswerten, sondern auch verschiedenste Sensorsysteme der unterschiedlichen Messanlagen und Nutzungseinheiten analysieren, kombinieren, vergleichen und validieren. Insgesamt werden im DMS Daten aus 3.500 Sensoren an den Windenergieanalagen, Messmasten und der Feldinstrumentierung zusammengeführt werden. 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.

Mögliche Forschungs- und Entwicklungsthemen

Um eine zuverlässige, bezahlbare und umweltschonende Energieversorgung der Zukunft bestmöglich zu gewährleisten, ist ein umweltschonender, von der breiten Mehrheit der Bevölkerung getragener, kosteneffizienter Ausbau der Windenergie erforderlich. Hierfür leisten wir im Forschungspark WiValdi unseren Beitrag, indem wir an effizienteren, leiseren und kostengünstigeren Windenergieanlagen forschen.

Beispielhaft hierfür finden Sie ausgewählte Forschungsthemen, die eine Auswahl der möglichen Formen der Zusammenarbeit im Forschungspark WiValdi darstellen  (angelehnt an das 7. Energieforschungsprogramm des BMWK).

Erschließung von Standorten

In Deutschland stehen für einen weiteren Ausbau der Windenergie grundsätzlich nur begrenzt nutzbare Flächen zur Verfügung, insbesondere noch neu nutzbare, windhöffige Standorte an Land werden immer seltener. Es ist daher essenziell, mit geeigneten Verfahren potenziell gute Standorte auszuwählen und diese dann mit möglichst effizienten Methoden über einen längeren Zeitraum zu erkunden. Hierzu können verbesserte Algorithmen beitragen.

Beim Layout sollte berücksichtigt werden, inwieweit der Park systemdienliches Verhalten zeigen kann. Im Forschungspark stehen neben den drei Windenergieanlagen auch insgesamt fünf Messmasten mit umfangreicher meteorologischer Sensorik zur Evaluation des Standortes zur Verfügung. Ein intelligentes Parklayout der Zukunft wird aber auch aktiv über Anlagensteuerung selbst unterstützt:  mittels Steuerungsalgorithmen wird in die Pitch- und Yaw-Winkel der Anlagen eingegriffen, um durch Reduktion der Nachlaufströmung die Leistung des gesamten Windparks zu erhöhen. Die WiValdi Windenergieanlagen bieten die Möglichkeit in einem sicheren Rahmen in die Anlagensteuerung einzugreifen, um so Steuerungsalgorithmen zu entwickeln oder zu validieren.

Komponentenentwicklung

Eine kontinuierliche Neu- und Weiterentwicklung aller Komponenten, vom Fundament bis zur Rotorspitze ist maßgeblich für die Entwicklung von Windenergieanlagen der Zukunft. Unsere in diesem Umfang weltweit einmalige Instrumentierung der Windenergieanlagen im Forschungspark bietet dafür einzigartige Möglichkeiten. Nur eine ganzheitliche Betrachtung ermöglicht erhöhte Zuverlässigkeit und damit auch eine Reduktion der Kosten des Gesamtsystems Windenergieanlage.

Neben den Sensordaten aus den zwei großen Windenergieanlagen, steht die dritte, modulare Windenergieanlage als Teststand für den Einsatz von neuen Komponenten zur Verfügung. Hier ist es möglich, deutlich kostengünstiger als an den großen WEA, einzelne Kompetenten (wie beispielsweise Rotorblätter, Rotorblattspitze, Umrichter, Getriebe oder Pitch / Yawantriebe) für Test- und Validierungszwecke zu tauschen.

Reduktion der Lasten

Eine erhöhte Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer lassen sich auch durch die Minimierung der auf die Windenergieanlage einwirkenden Lasten erreichen. Durch eine verbesserte Kenntnis des einströmenden Windes können einzelne Anlagen auf Veränderungen des Windfeldes besser reagieren. Denn durch die Wirbelschleppe hinter einer Windenergieanlage oder hinter einem Windpark können erhöhte Lasten entstehen oder Erträge gemindert sein.

Daher müssen Windparks als Systeme betrachtet werden, und folgerichtig sind die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Windenergieanlagen bzw. zwischen Windparks Gegenstand der Forschung. Das besondere Layout und die umfangreiche Instrumentierung (sowohl zur Erfassung des einströmenden und turbulent verwirbelten Windfelds in der Nachlaufströmung, also auch zur Erfassung der auf die Windenergieanlage treffenden Lasten) im Forschungspark Windenergie bieten hier einmalige Forschungsmöglichkeiten.

Netzeinbindung

Die voranschreitende Energiewende und der Ausbau der Erneuerbaren Energien stellt das bestehende Stromnetz regional und global vor immer mehr Herausforderungen. Der bisherige reine Fokus auf elektrische Effizienz wird zunehmend von der Notwendigkeit des netzdienlichen Verhaltens des Systems Windpark abgelöst. Hierbei müssen alle Komponenten der Leistungselektronik betrachtet werden, vom Generator über den Frequenzumrichter und den Transformator bis zum Netzeinspeisepunkt (und gegebenenfalls darüber hinaus).

Im gesamten Netzverbund müssen Themen wie Speicher, Schwarzstartfähigkeit, Netzüberlastung, Spannungsschwankungen, Blindleistungskompensation und viele weitere besser verstanden werden.

Der Zugang zu fast allen elektrischen Komponenten im Forschungspark Windenergie sowie die Infrastruktur bieten auch hier ein einmaliges Forschungsumfeld.

Gesellschaftliche Aspekte

Die (fehlende) Akzeptanz in der Bevölkerung gilt aktuell als eine der größten Herausforderungen beim Ausbau der Windenergie. Der Forschungspark WiValdi als Labor im Realmaßstab bietet die einzigartige Möglichkeit, die sozialen Auswirkungen und Effekte eines Windparks zu untersuchen.

So können Beispielsweise die Auswirkungen von unterschiedlichen Betriebsmodi auf die Anwohnerinnen und Anwohner untersucht werden. Auch die Auswirkungen von Emissionen wie Schall, Schatten, oder dem visuellen Eindruck können untersucht werden, um Windenergieanlagen der Zukunft so zu entwickeln, dass Anwohnerinnern und Anwohner weniger beeinträchtigt werden.

Rotoren

Bereits am Rotor entscheidet sich, ob und wie effizient der Wind in elektrische Energie gewandelt werden kann. Deshalb sollte diesem Bauteil besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Beispielhaft sind hier Verfahren zur Industrialisierung der Fertigung oder zur Geräuschminderung im Betrieb der Windenergieanlage zu nennen. Dabei spielt Letztere nicht nur eine besondere Rolle bei der Anlagengenehmigung, sondern auch in Bezug auf Akzeptanz von Anwohnerinnen und Anwohnern.

In diesem Kontext bleibt die Entwicklung kostengünstiger und zuverlässiger technischer Methoden für eine bedarfsgerechte Befeuerung oder für einen vogel- und fledermausfreundlichen Betrieb im Fokus der Untersuchungen. Besonders die geplanten austauschbaren Blattspitzen an der WEA 3 bieten hier eine besondere Möglichkeit neue Technologien kostengünstig zu erproben.

Die Rotorblätter der Windenergieanlagen sind mit sehr vielen, teils redundanten Sensorsystemen ausgestattet. Die Auswertung dieser Sensoren erlaubt ein tiefes Verständnis über die auftretenden Lasten, Kräfte und Schwingungen auf den Rotor. Die Materialauswahl und der Strukturaufbau des Rotorblatts ist eine wichtige Stellschraube für effiziente und kostengünstige Windenergieanlagen der Zukunft.

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Stimmen aus der Forschung

Hier finden Sie Interviews mit Personen, die bereits im Forschungswindpark WiValdi forschen.

Am Forschungspark Windenergie in Krummendeich können wir lange Messzeiträume nutzen und den Windpark umfassend instrumentieren. Wir versprechen uns eine weltweit sichtbare, in diesem Umfang dringend notwendige Datenbasis zur Vaildierung, welche die Weiterentwicklung von effizienten numerischen Simulationsverfahren begünstigt.

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Der Wind mit all seinen Verwirbelungen, den Unstetigkeiten und seiner Wechselhaftigkeit im Raum und der Zeit, macht es für die Forschung schwierig seine Auswirkungen auf Windenergieanlagen, den Lärm den diese verursachen und wie sich dieser ausbreitet, zu verstehen. Deswegen sind kontinuierliche Messungen an möglichst vielen Orten gleichzeitig sehr hilfreich – das ermöglicht der Forschungspark Windenergie.

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Aus unserer Sicht ist der Forschungswindpark Krummendeich ein unverzichtbarer Bestandteil für die Windenergieforschung im DLR sowie für unsere Partner. Es gibt bisher keinen vergleichbaren Forschungswindpark in Deutschland.

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Die Anlagen in Krummendeich ermöglichen Eingriffe in die Steuerung der Anlage. Damit können Verbesserungen durch moderne adaptive Regelalgorithmen in einem kleinen Windpark im Dauerbetrieb validiert werden, die sonst häufig nur in Computersimulationen getestet werden können.

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