CASED - Integreret aero-servo-elastisk analyse og design af vindmøller

Institut for Vindenergi (DTU vindenergi)

I dag designes styringen af en vindmølle isoleret fra dennes strukturelle og aerodynamiske egenskaber, men for at opnå billigere og mere pålidelige vindmøller er det vigtigt at dette samles i én integreret aero-servo-elastisk proces. Projektet udvikler nye modeller, metoder og retningslinier for et integreret aero-servo-elastiske vindmølledesign.

Projektbeskrivelse

Denne strategiske forskningssatsning vil skabe en ny kompetenceplatform i et bredt videnskabeligt miljø omkring vindmøllers aero-servo-elasticitet til gavn for den danske vindmølleindustri. Aero-servo-elasticitet beskriver samspillet mellem vindmøllens styring og vindmøllens struktur-dynamiske og aerodynamiske egenskaber. Fundamental forståelse af dette samspil er forudsætningen for udviklingen af fremtidens vindmøller, som bliver endnu mere strukturelt og aerodynamisk optimerede end i dag, som følge af endnu mere udnyttelse af aktiv styring. Dermed kan vindmøllerne produceres billigere og med højere pålidelighed for at opnå længere gennemsnitlig levetid. I dag er designet af en vindmøllestyring isoleret fra designet af møllens strukturelle og aerodynamiske egenskaber; styringen betragtes som et add-on til et faslagt aeroelastisk design. I projektet udvikles nye aero-servo-elastiske modeller og metoder til design af robuste/adaptive styringer, som muliggør designet af vindmøller i en integreret aero-servo-elastisk proces. Modeller, metoder og retningslinier for integreret aero-servo-elastisk vindmølledesign er de væsentligste nye elementer i projektet. Blandt de andre ny faglige elementer i projektet er anvendelsen og sammenligningen af nye modelbaserede styringsstrategier med de nuværende traditionelle systemer, samt udviklingen af robuste styringer som tilpasser sig variationer i vindmøllens driftsbetingelser.

Resultater

En ny kompetence platform er etableret imellem AAU og DTU omkring aero-servo-elasticitet af vindmøller, som beskriver samspillet mellem luftstrømningen, kontrollerens servo-aktioner og møllens vibrationer. Vores forskningsindsats er rettet mod at mindske prisen på vindenergi ved at udvikle modelgrundlag og metoder til integreret design af vindmøllers strukturer, aerodynamik, og kontrollere i en samtidig aero-servo-elastisk systemtilgang. Vi har udviklet et nyt værktøj til generering af lineære modeller med forskellig kompleksitet. Vi har været i stand til at kortlægge de strukturelle og aerodynamiske fænomener, der skal indgå i disse modeller for at beskrive møllens open-loop dynamik tilstrækkeligt til at designe og tune af robuste kontrollere med forbedrede ydeevner. Vi har vist, at PID-regulatorers ydeevne kan sammenlignes med moderne model-baserede kontrollere. Vores nye udviklinger inden for modellering af og viden om møllers aero-servo-elasticitet har dog det perspektiv, at fordelene ved disse avancerede kontrollere i form af robusthed, ydeevne og adaptivitet kan udnyttes bedre i den integrerede design proces.

Key figures

Periode:

2008 - 2012

Bevillingsår:

2007

Egen finansiering:

2,70 mio.

Støttebeløb:

11,10 mio.

Støtteprocent:

81 %

Projektbudget:

13,70 mio.

Kategori

Oprindelig title

CASED - Concurrent Aero-Servo-Elastic analyses and Design of wind turbines

Program

Innovationsfonden

Fælles overordnet teknologiområde

Vind

Journalnummer

ENMI 2104-07-0018

Deltagere

Danmarks Tekniske Universitet (DTU) (Main Responsible)

Partner og Økonomi

Partner	Tilskud	Eget bidrag
Aalborg Universitet (Fredrik Bajers Vej)
Danmarks Tekniske Universitet (DTU)
VESTAS WIND SYSTEMS A/S

Kontakt

Kontakperson

Hartvig Hansen, Morten

Adresse

Danmarks Tekniske Universitet. Risø Nationallaboratoriet for Bæredygtig Energi (Risø DTU). Afdelingen for Vindenergi
Frederiksborgvej 399, Bygning 118
DK-4000 Roskilde
www.risoe.dtu.dk
Hartvig Hansen, Morten , 46775971, mhha@risoe.dtu.dk
Øvr. Partnere: Aalborg Universitet; Danmarks Tekniske Universitet. Institut for Informatik og Matematisk Modellering (DTU Informatik); Vestas Wind Systems A/S

mhha@dtu.dk