FN: Und wie funktioniert die Photogrammtrie genau?
Simon Nietiedt (SN): Um die Rotorblattverformung nachzuvollziehen, erstellen wir 3D-Modelle der Rotorblätter. Dafür bauen wir vier Hochgeschwindigkeitskameras auf, die gleichzeitig Aufnahmen des Rotorblattes aus vier Perspektiven machen. Diese Bilder setzen sich zu dreidimensionalen Abbildungen, den so genannten Punktwolken, zusammen. Daraus können wir realitätsgerecht die Verformung des Rotorblattes im Wind ableiten. Hochgeschwindigkeitskameras brauchen wir deshalb, weil sich das Rotorblatt sehr schnell bewegt und weil wir mit Kameras berührungslos arbeiten können. Berührungen würden ja die Ergebnisse verändern. In unserem großen Versuch werden wir 200 bis 400 Bilder pro Sekunde aufnehmen. Die Menge an Daten brauchen wir, da sich die Modellwindanlage im großen Windkanal mit bis zu 480 Rotationen pro Minute dreht. An der Blattspitze haben wir Geschwindigkeiten von bis zu 160 Stundenkilometern.
FN: Wie interpretiert Ihr am Ende die Ergebnisse des Versuchs?
SN: Für die Interpretation der Interaktionen von Verformung und Windströmung wird ein gemeinsames Koordinatensystem benötigt. Dieses zu realisieren ist gar nicht so einfach, da beide Messsysteme – Photogrammetrie und PIV – mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben arbeiten. Hier haben wir übrigens schon einen Meilenstein erreicht und konnten nach einem Vorversuch im kleinen Windkanal die Daten des Rotorblattes mit denen der Windströmung zusammenführen. Erst dadurch können wir die Daten zueinander in Verbindung setzen und gemeinsamen analysieren.
FN: Was macht euer Experiment besonders und vielleicht auch einzigartig?
Lars Kröger (LK): Schon die Größe des Windkanals in Kombination mit dem genutzten Turbulenzgitter ist weltweit einmalig. Eine besondere Schwierigkeit und Herausforderung ist dabei die Messung an den sehr schnell rotierenden Blättern der genutzten Modellwindkraftanlage. Die Messung der Aerodynamik und Verformungen geschieht in einem interdisziplinären und sehr aufwendigen Versuchsaufbau. Die genutzten Messsysteme, die Modellwindkraftanlage und die erzeugten Windfelder müssen dafür genauestens aufeinander eingestimmt werden. Das alles setzt eine einmalige Kombination aus Knowhow voraus und letztendlich einen beeindruckenden Einsatz von Equipment. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Interaktion von der Turbulenz mit der Turbine. Das Ganze findet in einem einzigartigen Windkanal statt, dessen Technologie unter anderem auf 15 Jahre Forschung am aktiven Gitter zurückgeht. Wir können gezielt Windturbulenzen erzeugen, die denen in der Atmosphäre ähneln und diese beliebig mit der Modellwindkraftanlage interagieren lassen. Alles in allem ist es ein Versuchsaufbau, den weltweit niemand aus dem Stehgreif aufbauen könnte.
FN: Das klingt, als hättet Ihr alles im Griff. Kann das Experiment überhaupt schiefgehen?
TW: Ja, denn wie Lars sagt, ist der Aufbau sehr komplex. Da kann immer etwas schiefgehen. Die Rotorblätter beispielsweise sind nur für dieses Experiment hergestellt worden. Was diese Blätter betrifft, betreten wir komplettes Neuland. Sie bestehen im Inneren aus einer Art Schaumstoff und sind deshalb flexibler und verformbarer als die alten Blätter. Da die neuen Rotorblätter für unser Experiment erst an die Modellwindkraftanlage montiert werden, wissen wir nicht, ob die Messungen funktionieren werden wie sie sollen. Ob die Anlage auf die Rotorblätter so reagiert, wie wir uns das vorstellen. Das Problem sind dann zum Beispiel Resonanzfrequenzen. In bestimmten Situationen könnte sich das System aufschaukeln. Diese Dinge kann man theoretisch durchrechnen. Die Ingenieure im Windkanal haben hier auch eine tolle Arbeit geleistet und Tools entwickelt, um das zu tun. Wie sich die einzelnen Komponenten dann in der Realität verhalten, ist aber eine ganz andere Frage. Da gibt es Unsicherheiten, die wir momentan nur abschätzen können.
Im Großen und Ganzen haben wir aber die experimentellen Probleme unter Kontrolle. Und trotz aller unvorhersehbaren Punkte gehen wir mit einem positiven Gefühl in die Messkampagne. Denn wir haben das experimentelle Wissen, das die Kollegen der Jade Hochschule und wir von ForWind (Zentrum für Energieforschung) mitbringen. Da sind wir, glaube ich, sehr gut aufgestellt. Wir haben Leute, die seit Jahren mit diesen Methoden arbeiten und, wenn Probleme auftreten, schnell auf diese reagieren können. Auch die aktive-Gitter-Forschung läuft seit vielen Jahren. Erfahrung kann viele Aspekte auffangen. Es sind nur noch kleine Stellparameter, die neu dazu kommen und die wir nicht testen konnten.
Im Nachgang geht es natürlich um die Interpretation der Messergebnisse selbst. Wir freuen uns, dass der Versuch bald losgeht, und sind sehr gespannt auf die Ergebnisse. Soweit ich weiß ist es eines der ersten Experimente weltweit, das in dieser Weise durchgeführt wird. Die Messverfahren, die wir erproben, stehen nach dem Experiment der Forschung zur Verfügung.
FN: Vielen Dank für das Interview und viel Erfolg!
