2024 年 9 月 24 日

 

• 首次教學和設置感測器測試在克魯門代希的 DLR 風能研究園區進行。
• 為此，測試團隊使用電纜在不同點拉動轉子葉片。
• 一旦感測器安裝完畢，它們就會提供有關運行期間轉子葉片上的負載的獨特數據。
• 重點：能源、風能研究

 

憑藉 WiValdi 風能研究園區，德國航空航天中心 (DLR) 自 2023 年 8 月起在下薩克森州克魯門代希擁有了一個獨特的大型研究設施。它使真實條件下的全面科學成為可能。目的是更好地了解風能及其所有影響因素，從而使該技術更加高效、經濟和安靜。該研究園配備了2000多個感測器。它們位於兩個風力渦輪機、測量桅杆上和該區域。

直接安裝在轉子葉片中的感測器發揮重要作用。來自 DLR 氣動彈性和輕量化系統設計研究所的團隊與漢諾威萊布尼茨大學（ForWind 風能研究中心的一部分）的研究人員一起，在生產過程中已將這些感測器安裝在轉子葉片中。 2024年8月，科學家們首次在地面和高空之間對這些感測器進行了全面測試和訓練。他們得到了兩颱風力渦輪機製造商 Enercon 和 Enercon 研發公司 Wobben Research and Development (WRD) 的支持。

 

轉子葉片中的感測器：收集數據以精確計算負載

「你可以把感測器想像成人類的神經系統。他們收集資訊並監控作用在轉子葉片上的負載，」工程博士說。來自 DLR 氣動彈性研究所的 Yves Govers。當風吹過樹葉時，它們就會彎曲。根據風力強度和轉子葉片的位置，該距離可能是幾公尺。同時他們扭曲。

測試的重點是所謂的應變感測器。它們分佈在轉子葉片的五個位置，轉子葉片長約 57 米，重約 17 噸。簡而言之，應變感測器的工作原理就像橡皮筋一樣，您可以拉動然後再鬆開。 「在測試過程中，我們用設定的負載拉動轉子葉片，並測量妊娠紋的變形。只有利用這些數據，我們才能精確計算公司的負載。 「因此，該測試是評估、理解持續測量的應變數據並將其與其他測量變數聯繫起來的重要先決條件。用技術術語來說，我們稱之為過程校準。

 

感測器也必須先學習：為科學拉動轉子葉片

戈弗斯的團隊一個接一個地檢查了轉子葉片。首先，他們將葉子保持在與地面水平的位置。然後，它會在起重機的吊籃中上升到約 90 公尺的高度，在轉子葉片上安裝一個木製框架（「負載剪」）。使用纜繩拉力將連接到負載剪刀的繩索向下拉動。研究人員逐步將負載增加到最大約一噸——大約相當於一輛小型汽車的重量。他們對每個轉子葉片執行了五次這個過程。他們將繩索連接到負載剪刀的不同點，以模擬刀片的扭曲。

漢諾威大學渦輪機械和流體動力學研究所在地面上進行了進一步的測量。他們使用特殊的相機觀察葉子在負載下如何變形。為此，研究人員使用了轉子葉片表面上的許多黑色測量點。

「在如此高度儀器化的研究設施中，這項測試尚屬首次。感測器運作良好並提供了高品質的數據。傳輸到幾百公尺外的控制中心也運作良好，研究園的所有數據都在那裡儲存並進一步處理，」DLR 專家戈弗斯說。在接下來的幾個月中，重點將是評估數據。在此基礎上，研究人員開發了校準程序。它可以重複使用來調整感測器。

風能研究園區的感測器神經系統在運作過程中提供的資訊為科學和工業創建了獨特且高度精確的數據收集。未來，它應該能夠開發更輕、更有效率、更耐用的轉子葉片，並更好地規劃和運作風力渦輪機和風電場。同時，這些數據可用於檢查和進一步開發仿真模型。

特別有趣的是所謂的尾流效應：這是指風力渦輪機對其後面的系統的影響。因為第一個渦輪機在風撞擊下一個渦輪機之前使風旋轉。這意味著其他負載會作用在下游系統上，進而影響效率和材料磨損。在克魯門代希，兩台風力渦輪機直接位於彼此的後方。

該研究是透過第七個能源研究計畫進行的，是聯邦經濟事務和氣候保護部 (BMWK) 資助的 DFWind 第二階段計畫的一部分。

 

[照片]

(A) 對風能研究園區高科技轉子葉片中的許多感測器進行首次測試

感測器還必須先經過培訓和設置。為此，2024 年 8 月在克魯門代希進行了廣泛的測試。為此，使用電纜拉動固定轉子葉片。

(B) DLR 研究人員組裝「負載剪」以對轉子葉片進行測試

測試團隊將負載剪刀連接到固定轉子葉片。然後可以將繩子連接到負載剪刀上，以拉動轉子葉片。

(C) Enercon 員工操作鋼纜葫蘆

必須對地面上的電纜進行大量工作，以便將精確定義的負載施加到大約 90 公尺高度的轉子葉片上。