The Hybrid-Lambda Rotor design methodology is introduced, enabling very large rotors for offshore wind turbines to increase energy capture in light winds and enhance integration in the energy system. Load mitigation fosters a lightweight and cost-effective turbine design. The methodology features a non-uniform distribution of axial induction along the blade span and a design for two different tip speed ratios and corresponding operational strategies. Further, the concept is scaled to wind tunnel size. The experimental and numerical investigations reveal unique wake characteristics. The wake deficit in the strong-wind mode is significantly reduced, and an additional shear layer and vortex system form, which further enhances wake diffusion. A control methodology is established and validated through wind tunnel experiments. A thorough explanation of the scaling methodology ensures the transferability of the results from wind tunnel tests to full-scale applications.
Die Hybrid-Lambda Rotor Entwurfsmethodik wird vorgestellt, wodurch sehr große Rotoren für Offshore-Windenergieanlagen ermöglicht werden. Dies erhöht den Energieertrag bei schwachem Wind und verbessert die Integration in das Energiesystem. Die Lastreduktion ermöglicht ein kostengünstiges Rotorblattdesign in Leichtbauweise. Die Methode beinhaltet eine ungleichmäßige Verteilung der axialen Induktion entlang des Rotorblattes und ein Design für zwei verschiedene Schnelllaufzahlen und korrespondierende Betriebsmodi. Das Konzept wird zudem auf Windkanalgröße skaliert. Die Experimente zeigen, dass das Nachlaufdefizit im Starkwindmodus deutlich reduziert ist. Es bildet sich ein zusätzliches Wirbelsystem, was die Erholung des Nachlaufs verbessert. Es wird eine Regelungsmethodik für den Hybrid-Lambda Rotor entwickelt und in Windkanalexperimenten validiert. Eine gründliche Erläuterung der Skalierungsmethodik gewährleistet die Übertragbarkeit der Ergebnisse von den Experimenten zum realen Maßstab.
