Windenergieerzeugung der nächsten Generation

Der weltweite Bedarf an Elektrizität aus erneuerbaren Energien steigt: Immer mehr Länder ersetzen fossile Brennstoffe durch regenerative Energien wie Wind, Sonne oder Wasser. Der Gewinnung von Elektrizität aus Windenergie spielt dabei eine zentrale Rolle in der Energieversorgung.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Dänemark (DTU) am Standort Risø konzentrieren sich daher auf die Optimierung der regenerativen Energieerzeugung. Die Forschung im Bereich Wind and Energy Systems umfasst dabei die gesamte Bandbreite der dazu notwendigen Prozesse. Ein zentraler Aspekt dieser Forschung ist die Konstruktion, Herstellung und Prüfung von Rotorblättern für Windkraftanlagen.

Das Belastungs- und Versagensverhalten von Rotorblättern ist entscheidend für die Lebensdauer und die Planung von Wartungsintervallen. Mit den optischen Messsystemen ARAMIS und TRITOP werden mehrere Meter lange Prototypen schnell und unkompliziert erfasst. Dadurch lassen sich beispielsweise 3D-Verschiebungen dynamisch zu messen, Rissbildung und -fortschritte verfolgen sowie die Positionen von komplementären Sensoren in das Simulationsmodell zu übertragen.

In Risø werden die von den Forschenden entwickelten und produzierten Rotorblätter in einer umfangreichen Versuchsanlage getestet. Um sowohl die Konstruktion als auch die Fertigung zu optimieren, ist es notwendig zu verstehen, wie sich Rotorblätter unter extremer Last verhalten, aber auch welche Faktoren zum Versagen führen. Darüber hinaus wird untersucht, wie sich Rotorblätter im Verlauf der Lebensdauer verhalten, da Schäden in den meisten Fällen erst während des Betriebs auftreten.

Um die tatsächliche Geometrie eines Rotorblattes festzuhalten und im digitalen Zwilling abzubilden, werden sie mit TRITOP, einem optischen 3D-Koordinatenmesssystem, in kürzester Zeit photogrammetrisch erfasst. Das TRITOP System besteht aus einer tragbaren Digitalkamera und Kalibrierobjekten. Nach dem Anbringen codierter und uncodierter Messpunkte am Rotorblatt werden mit der Kamera Bilder rund um das Messobjekt aufgenommen. Aus ihnen wir eine 3D-Referenzpunktewolke erzeugt. Das Institut in Risø nutzt TRITOP sowohl bei unverformten als auch bei verformten Rotorblättern. Das System ist besonders für den flexiblen und mobilen Einsatz geeignet und ermöglicht eine einfache Auswertung der ermittelten 3D-Koordinaten direkt in der ZEISS INSPECT Software.

Bei der präzisen Inspektion von sehr großen Rotorblättern erfasst TRITOP in einem ersten Schritt Referenzpunktfelder. ARAMIS, ein hochauflösendes optisches 3D-Messsystem zur Durchführung von vollflächigen und punktbasierten Messungen, nutzt diese Referenzpunkte zur automatischen Transformation von Einzelmessungen und erreicht damit die übergeordnete Genauigkeit der photogrammetrischen Messung im gesamten Messbereich.

ARAMIS Sensoren ermöglichen die dynamische Erfassung von 3D-Koordinaten, 3D-Verschiebungen und Oberflächendehnungen. Für die lückenlose Erfassung von Verformungen an großen Objekten werden mehrere ARAMIS Messsysteme miteinander verknüpft und synchronisiert. Die Transformation der 3D-Koordinaten in ein gemeinsames Messprojekt erfolgt über eine Punktewolke von Referenzkoordinaten, die TRITOP von der Oberfläche des Blattes und vom umgebenden Testaufbau liefert.