Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat seinen Forschungspark für Windenergie Wivaldi im niedersächsischen Krummendeich um eine dritte Windenergieanlage (WEA) erweitert. Opus 3 ist laut DLR eine in dieser Form einmalige, modulare Windturbine, welche die Forschungsinstitution speziell für die Forschung entworfen und gebaut hat. Sie soll es ermöglichen, neue Komponenten und Technologien sowie Steuerungs- und Regelungsverfahren in der Praxis zu erproben und gezielt weiterzuentwickeln.

Der Zusammenbau und die Errichtung der WEA im Gelände hat man am 23. September 2026 abgeschlossen. Nach Abschluss der Montage beginnt für das DLR-Team die umfangreiche Inbetriebnahme von Opus 3. Da sie keine Serienanlage, sondern eine Einzelanfertigung ist, wollen die Forscher:innen die einzelnen Systeme und ihr Zusammenspiel schrittweise prüfen. Planmäßig soll Opus 3 Anfang 2027 den regulären Forschungsbetrieb aufnehmen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) hat das Projekt mit rund sechs Millionen Euro unterstützt.

Flexibler Hardware-Prüfstand für Windenergie-Forschung im Großmaßstab

Die neue Windturbine Opus 3 des DLR in Krummendeich hat eine Nennleistung von 500 Kilowatt, eine Nabenhöhe von 50 Metern und einen Rotordurchmesser von aktuell 50 Metern. Damit ist sie deutlich kleiner als viele aktuelle Windenergieanlagen – was auch beabsichtigt ist. Denn diese Dimensionen ermöglichen es, vorindustrielle Prototypen und neue Komponenten zunächst in kleinerem Maßstab zu erproben, der aber bereits nah an den realistischen Betriebsbedingungen ist.

Gleichzeitig kennen die DLR-Forschenden ihre Anlage von Grund auf. So können sie Änderungen vornehmen, Komponenten austauschen oder neu miteinander kombinieren. Das können zum Beispiel die Rotorblätter sein, Teile des Getriebes oder der Anlagensteuerung. Auch neue Regelungsalgorithmen lassen sich im Betrieb untersuchen. An kommerziellen WEA ist das mit dieser Flexibilität nicht möglich. Alle Anpassungen und Wechsel von Komponenten erfolgen im Rahmen der geltenden Genehmigungsauflagen. Wo erforderlich, werden entsprechende Änderungs- und Rezertifizierungsverfahren durchlaufen.

Wichtige Stufe zwischen Simulation und industriellem Einsatz

Haben sich Technologien und Lösungen im Versuch mit Opus 3 bewährt, können die gewonnenen Erkenntnisse anschließend auf marktspezifische Windenergieanlagen übertragen und bei der Auslegung neuer Modelle berücksichtigt werden. „Damit schließt Opus 3 eine wichtige Lücke in der Entwicklung neuer Technologien für die Windenergiebranche. Als modulare Windturbine ist sie eine wichtige Stufe zwischen Simulationen und Tests im Labor und dem Einsatz in großen industriellen Anlagen. Im Kontext des DLR Forschungsparks Windenergie Wivaldi ermöglicht sie anwendungsnahe Forschung und Entwicklung unter realen Wetter- und Betriebsbedingungen“, sagt DLR-Projektleiter Lukas Firmhofer.

Die neue WEA ist auch selbst ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt. Anders als bei einer kommerziell erhältlichen Windenergieanlage hat das DLR-Team wesentliche Teile von Opus 3 speziell auf die Anforderungen der experimentellen Forschung ausgelegt. Dazu haben sie die Komponenten angepasst, teilweise vormontiert und alles mit mehreren Schwertransporten nach Krummendeich gebracht. Der rund 80 Tonnen schwere Turm besteht aus zwei Segmenten, die man nacheinander aufgestellt und verschraubt hat. Er trägt eine etwa 30 Tonnen schwere Gondel, in welcher der Antriebsstrang, bestehend aus Getriebe und Generator, untergebracht ist. Der Rotorstern wiegt rund 15 Tonnen. An ihm sind die drei je 25 Meter langen und 2,5 Tonnen schweren Rotorblätter befestigt.

Windenergie-Forschung schon beim Aufbau

Noch bevor sich der Rotor von Opus 3 zu drehen beginnt, hat die neue Anlage erste wissenschaftliche Daten geliefert. Bereits beim Aufbau haben Forschende das Verhalten des Turms im Wind gemessen, bevor man die Gondel montiert hat. In dieser Phase fehlte noch das Gewicht der Gondel an der Turmspitze, wodurch sich das Schwingungsverhalten der Turmstruktur verändert. Die Messungen sollen dabei helfen, solche besonderen Zustände bei der Montage von Windenergieanlagen besser zu verstehen. Das ist insbesondere mit Blick auf immer größere Anlagen relevant. Erkenntnisse über kritische Schwingungszustände während der Errichtung können dazu beitragen, Aufbauprozesse künftig besser zu planen, Risiken zu reduzieren und wichtige Daten für die Simulation dieser Bauteile zu liefern.

Weitere Projekte stehen bereits in den Startlöchern – innerhalb des DLR und gemeinsam mit Industrie und Wissenschaft. Dazu zählen unter anderem die Entwicklung und Erprobung besonders flexibler Rotorblätter. Solche Technologien sollen dazu beitragen, künftige Windenergieanlagen leichter und leistungsfähiger zu machen und gleichzeitig die auftretenden Belastungen besser zu beherrschen.

Ein Trio für die Zukunft der Windenergie

Opus 3 ergänzt die beiden bereits 2023 errichteten Anlagen Opus 1 und Opus 2 und erweitert die Möglichkeiten des DLR Forschungsparks Windenergie Wivaldi. Die beiden großen Windturbinen mit jeweils mehreren Megawatt Leistung sind mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet: Rund 2.000 Sensoren verteilen sich von den Fundamenten bis in die Blattspitzen der Windenergieanlagen, sind auf den Messmasten oder im Gelände montiert. Sie erfassen zum Beispiel Belastungen, Strömungen, Schwingungen und die Wechselwirkungen zwischen den Anlagen. Zusammen liefern sie laut DLR einen weltweit einmaligen Datenschatz, um die Windenergie mit all ihren Einflussfaktoren besser zu verstehen.

Quelle: DLR | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH