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Aero-structural coupled optimization of a rotor blade for an upscaled 25 MW reference wind turbine

Werthen, Edgar und Ribnitzky, Daniel und Kühn, Martin und Hühne, Christian (2023) Aero-structural coupled optimization of a rotor blade for an upscaled 25 MW reference wind turbine. In: Book of Abstracts, Seiten 120-121. EAWE PHD Seminar 2023, 2023-09-06 - 2023-09-08, Hannover. (nicht veröffentlicht)

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Offizielle URL: https://phd2023.eawe.eu/site-phd2023/assets/files/programme/BookOfAbstracts.pdf

Kurzfassung

One major challenge of the wind turbine industry is the reduction of the levelized cost of energy (LCoE) while following the strong demand for a higher annual energy production (AEP). To meet these goals, larger wind turbine sizes are required. The common method of upscaling existing wind turbine designs comes along with the problem of faster growing blade masses and costs compared to the AEP. Investigations in new technologies to improve the structural efficiency of larger blades can be supported by aero-structural coupled optimizations. The present work introduces a two-step aero-structural coupled design process to capture the multi-disciplinary trade-offs between costs and AEP, aiming at minimizing LCoE for a 25 MW wind turbine. In a first step, a preliminary aero-structural optimisation is carried out using simplified and fast methods. The output is then refined with respect to additional design criteria with an advanced optimization process, including an aero-servo-elastic coupled loads analysis. The process is applied to a 25 MW blade, upscaled from the IEA 15 MW reference wind turbine. Based on the results of an utilization analysis, the structural design is adapted, and a stiffness optimization is performed. The optimum airfoil positions are identified to reduce the amount of material while limiting losses in the aerodynamic performance. The obtained blade designs facilitate a consistent AEP compared to the upscaled reference design. A mass reduction of 35% could be achieved, which results in a reduced LCoE of 1.7% compared to the purely upscaled blade design.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/199590/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:The work presented in this paper is funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) – CRC 1463/1 - Project-ID 434502799
Titel:Aero-structural coupled optimization of a rotor blade for an upscaled 25 MW reference wind turbine
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Werthen, EdgarEdgar.Werthen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3958-4552NICHT SPEZIFIZIERT
Ribnitzky, Danieldaniel.ribnitzky (at) uol.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kühn, Martinmartin.kuehn (at) uni-oldenburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hühne, ChristianChristian.Huehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2218-1223NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:17 Januar 2023
Erschienen in:Book of Abstracts
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:Seiten 120-121
Name der Reihe:Book of Abstracts
Status:nicht veröffentlicht
Stichwörter:Wind turbine blade, Structural optimization, Composite structures
Veranstaltungstitel:EAWE PHD Seminar 2023
Veranstaltungsort:Hannover
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:6 September 2023
Veranstaltungsende:8 September 2023
Veranstalter :EAWE
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HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Photovoltaik und Windenergie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Windenergie
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Funktionsleichtbau
Hinterlegt von: Werthen, Edgar
Hinterlegt am:04 Dez 2023 05:32
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:00

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