Verbundvorhaben TIDALPower

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Prognose der Turbinengitterleistung und der akustischen Charakteristik der Großausführung auf Basis von Modellversuchen.

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Titel: Entwicklung eines Plattformsystems zur kosteneffizienten Nutzung von Gezeitenströmungsenergie
SVA-Teilvorhaben: Modellturbinengitter im Versuchswesen
Laufzeit: 07/2015 – 06/2018
Projektmanager: U. Barkmann
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Projektträger: Projektträger Jülich
Partner Schottel Hydro, Universität Siegen, Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik, HSVA
Reg.-Nr.: 03217D

Ausgehend von der Untersuchung von Einzelrotoren werden diese in ein Turbinengitter integriert, um einerseits die Interaktionen zwischen den Rotoren und andererseits die Kennwerte des Gesamtgitters zu bestimmen. Die für den Einzelrotor entwickelten Reynoldszahlkorrekturen sollen für den Einsatz der Modellturbinen in einem Turbinengitter angepasst werden.

Ein Turbinenrotor mit feststehenden Blättern wird entwickelt und in zwei Größen gefertigt. Für diese Rotoren werden systematisch Turbinenkennlinien (Leistung, Schub, Wirkungsgrad) bestimmt und Reynoldszahlvariationen durchgeführt. Die entwickelte Reynoldszahlkorrektur für den spezifischen Rotorentwurf wird kalibriert und weiterentwickelt, um genaue Prognosen der Kennlinien für die Großausführung auf Basis von Modellversuchen zu erzielen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird ein Konzept für Geometrien einer Familie von fortschrittlichen Turbinenrotoren erarbeitet.

Zur Entwicklung einer Versuchstechnologie für Modellturbinengitter werden ein Testgitter entwickelt und gebaut sowie Korrekturmodelle entwickelt, um aus den Modellmessungen Prognosen zur der Leistungsfähigkeit von Turbinengittern im Großausführungsmaßstab zu ermitteln. Für eine Bewertung der Schallabstrahlung und -ausbreitung von Turbinen sollen akustische Messungen mit einem Einzelrotor im Kavitationstunnel Aufschluss über hydrodynamische Geräuschquellen (Druckschwankungen, Kavitation) geben. Für die Auswertung der akustischen Signale wird eine Software entwickelt, die die Empfehlungen der ITTC berücksichtigt und die komplette Versuchsauswertung mit Umrechnung auf die Großausführung automatisiert und standardisiert ablaufen lässt. Der Vergleich der Modellmessungen mit vorhandenen Großausführungsmessungen soll Aufschluss über die Skalierungsmethodik geben. Diese Skalierungsmethode soll Bestandteil der Auswertesoftware sein und zukünftig zur Geräuschprognose von Turbinen genutzt werden.

Um Aussagen zu den Interaktionen in einem Turbinengitter zu erhalten, werden entsprechend dem technischen Konzept mehrere Turbinen in einem ebenen Gitter platziert und die Wechselwirkungen zwischen den Rotoren untersucht. Messungen der Kennlinie und des Reynoldszahleinflusses an einer Turbine im Turbinengitter sollen erfolgen. Mittels PIV-Messungen hinter dem Turbinengitter soll das Nachstromfeld und die Strömung im Nachlauf erfasst werden. Die Messungen sollen durch CFD-Berechnungen des Turbinengitternachstroms ergänzt werden und eine Kalibrierung der CFD-Berechnungen von komplexen Turbinengitterströmungen ermöglichen. Auf dieser Basis soll ein Prognoseverfahren entwickelt werden, das neben leistungsrelevanten Parametern auch Aussagen über die Akustik von Turbinengittern in Großausführungsmaßstab mittels überschaubarer Modellversuche ermöglicht.