Entwicklung von Windenergieanlagen

Es muss rund laufen!

In der Entwicklung von Windenergieanlagen und ihren Maschinenkomponenten und Teilsystemen gibt es viele Ansätze, die Stromgestehungskosten zu reduzieren. Neben den Herstellkosten sind auch die Zuverlässigkeit der Komponenten und Errichtungs- und Wartungskonzepte Möglichkeiten zur Kostensenkung. Wir haben die Entwicklung von Maschinenbaukomponenten von vielen verschiedenen WEA begleitet und auch für unsere Kunden gesamte Anlagen entwickelt. Da wir das gesamte Spektrum der Entwicklungsaktivitäten abdecken können, können wir mit Weitblick kluge Anlagenkonzepte finden oder auch ins Detail gehen, wenn es um die Verbesserung von einzelnen Komponenten hinsichtlich Kosten oder Ausfallsicherheit geht.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • Entwicklung der gesamten Maschine und Beratung für das technische Konzept für Windenergieanlagen
  • Konstruktion und Berechnung von Strukturkomponenten
  • Spezifikation von Maschinenkomponenten
  • Lastsimulation für die Zertifizierung nach aktuell gültigen Regelwerken, z. B. IEC
  • detaillierte Analysen von Teilsystemen der Anlage durch Mehrkörpersimulation
  • Detaillierte Lebensdauerberechnung von Drehverbindungen

Entwicklung von Windenergieanlagen 1

Lorenz Meesenburg

CTO

+49 (0) 421 24 406 601

Anlagenentwicklung

Mit Weitblick und Liebe zum Detail

Im Maschinenhaus und dem Rotor einer Windenergieanlage kommt eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkstoffen, Verbindungselementen und Struktur- und Maschinenkomponenten zum Einsatz. Für die Konstruktion und Berechnung dieser Komponenten und dem entstehenden Gesamtsystem ist ein breites Spektrum an technischem Know-How erforderlich. Wir können als interdisziplinäres Team aus dem Bau- und Maschinenbauingenieurwesen flexibel allen Anforderungen begegnen, die uns in diesem komplexen Entwicklungsumfeld begegnen.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • Entwurf und Beratung in der Entwicklung von Gesamtanlagensystemen
  • Festigkeitsberechnung nach aktuellen Regelwerken, sei es eine Schweißbaugruppe, ein Gussteil oder eine Schraubverbindung
  • Konstruktion von Strukturkomponenten
  • wir decken Optimierungspotenziale auf und schlagen aktiv konstruktive Lösungen und Verbesserungen vor
  • die Lastsimulation bieten wir mit an und können so auch den Regler auf die Entwicklung abstimmen
  • wir begleiten die Entwicklung sicher durch die Zertifizierung
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Lorenz Meesenburg

CTO

+49 (0) 421 24 406 601

Drehverbindungen

Zuverlässigkeit durch Transparenz

Die Drehverbindungen in einer Windenergieanlage, insbesondere die Blattlager, sind enormen Belastungen ausgesetzt, die nicht nur zu Materialermüdung, sondern auch zu Verschleiß führen. Probleme im Feld führen zu einer Notwendigkeit, über die Ausfallsicherheit der Drehverbindungen größere Klarheit zu schaffen. Im Rahmen von Tests oder der Zertifizierung treten wir als unabhängige Partei zwischen dem Hersteller von Windenergieanlagen und dem Lieferanten der Komponente auf und liefern die benötigte Klarheit. Hierbei setzen wir auf die Anwendung numerischer Methoden und die Validierung durch Tests.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • fortschrittliche numerische Methoden zur Berechnung der Gebrauchsdauer
  • Voraussage der Schadensarten im Lager, z. B. Materialermüdung oder Verschleiß
  • konstruktive Optimierungsvorschläge auf Basis der Berechnungen, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen
  • wir begleiten die Entwicklung sicher durch die Zertifizierung
  • enge Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung, um unsere Modelle laufend zu verbessern
  • Spezifikation von Tests zur Validierung der Komponente
  • Projektmanagement und Vermittlung zwischen Kunde und Lieferant

Entwicklung von Windenergieanlagen 7

Thomas Gebauer

Mechanical Structures

+49 (0) 421 24 406 608

Pitchlager unter Last (simulierte Zeitreihe)
Druckwinkelverteilung infolge Lastzeitreihe

Lastsimulation

Probleme an der Wurzel packen

Die Lastsimulation ist zentraler Bestandteil jedes Entwicklungsprozesses der Windenergieanlage. Wie lassen sich die Belastungen auf die Anlage minimieren? Welchen Einfluss hat eine Optimierung einer einzelnen Komponente auf das Gesamtsystem? Um unseren Kunden in allen Fragen während einer Entwicklung schnell Antworten liefern zu können, können wir die Simulation als Teil des Dienstleistungspaketes mitanbieten. Dabei greifen wir auch auf eigene Softwareentwicklungen zurück, die es uns ermöglichen, die vielen verschiedenen Anlagentypen flexibel nach geltendem Regelwerk in der Simulation zu berücksichtigen.

Die Windenergieanlage muss möglichst kosteneffizient sein und trotzdem Höchstleistungen bringen. Das kann nur erreicht werden, wenn alle Systemkomponenten perfekt aufeinander abgestimmt sind. Wollen wir eine Komponente optimieren, z. B. den Turm, hat das einen Einfluss auf andere Teile der Anlage, z. B. die Regelung. Wir nutzen die Simulation, um Entwicklungsverbesserungen direkt bei uns im Hause zu verifizieren und die Schnittstellen im Projekt zu reduzieren. Natürlich liefern unsere Simulationen auch alle Lasten und Systemparameter, die für die Auslegung einer Komponente oder die Zertifizierung der Anlage benötigt werden.

Wir arbeiten, je nach Komplexität der Aufgabe, mit verschiedenen Simulationsprogrammen. Durch Verwendung des Mehrkörpersimulationsprogramms MSC.ADAMS haben wir dabei alle Freiheiten bei der Modellierung der Anlage. Die Einbindung physikalischer Modelle oder Regelungssysteme mit vollständiger Kopplung zur Laufzeit ist dabei kein Problem.

Welche Vorteile bieten wir Ihnen?

  • Lastsimulation für die Zertifizierung nach aktuell gültigen Regelwerken, z. B. IEC
  • detaillierte Analysen von Teilsystemen der Anlage durch Mehrkörpersimulation
  • Simulation exotischer Anlagenkonfigurationen durch völlig freie Möglichkeiten der Systemmodellierung
  • Abbildung von allen möglichen Turm- und Gründungsstrukturen (z. B. Gittermast- oder abgespannte Türme und Offshore-Gründungen) als flexible Körper
  • Simulation von Offshore-Windenergieanlagen und schwimmenden Windenergieanlagen
  • Lastsimulation als Teil von Entwicklungsprojekten, z. B. Optimierung von Regelungsstrategien für hohe Türme
  • Softwarelösungen mit durchdachten Workflows zur Reduzierung des Aufwandes in der Lastsimulation
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Matthias Saathoff

Load Simulation &
Lifetime Extension

+49 (0) 421 24 406 606

Entwicklung von Windenergieanlagen 9

Simulation der Extremlastsituation DLC 1.4 (IEC), überhöhte Darstellung der Verformungen (3 MW, Nabenhöhe ca. 160 m)
Offshore-Lastsimulation zur Untersuchung eines Tragstrukturkonzepts, Auftreten einer 50-Jahres-Welle

Dynamische Untersuchung eines Rotorblattes und der Blattspitzenauslenkung

PE-Load

Volle Kontrolle, volle Flexibilität

Die Anforderungen an die Simulation von Windenergieanlagen steigen stetig. Zum einen werden die Anlagenkomponenten immer größer, zum anderen werden Funktionen der Regelung und Betriebsführung immer komplexer. Deshalb haben wir unsere Software PE-Load entwickelt, die es uns ermöglicht, auf diese Anforderungen sicher und flexibel zu reagieren.

Die große Flexibilität und Zeitersparnis im Vor- und Nachbereiten der Simulation nutzen wir aber nicht nur in eigenen Projekten, sondern wir bieten die Vorteile von PE-Load auch anderen Interessenten an. PE-Load wird in einer sauberen und intuitiven GUI geliefert, die den Zugang zum Workflow vereinfacht, ohne die Freiheiten einzuschränken, die der Nutzer benötigt, um seine eigene Lastsimulation aufzusetzen.

Entwicklung von Windenergieanlagen 8

Matthias Saathoff

Load Simulation &
Lifetime Extension

+49 (0) 421 24 406 606

Entwicklung von Windenergieanlagen 11

Mit PE-Load Prep können wir im Preprocessing

  • Lastfälle anhand von Parametersätzen (z. B. Windfeldgenerierung, mechanisches Modell oder Regler) definieren
  • jedes Simulationsprogramm (z. B. GH Bladed, FAST, Flex5, Simpack, …) in den Workflow integrieren
  • für ganze Normen und einzelne Lastfälle völlig frei definieren, was in jeder Simulation passieren soll
  • Vorlagen für Parametersätze zur Wiederverwendung speichern (z. B. für den Regler)
  • automatisch sinnvolle Startbedingungen für jede Simulation finden
  • mehrere Simulationen parallel und vollautomatisch berechnen, wenn gewünscht auch im Netzwerk
  • bereits generierte Windfelder für andere Simulationen wiederverwenden

Mit PE-Load Post können wir im Postprocessing

  • aus verfügbaren Lastfällen oder Sensoren frei wählen, welche davon ausgewertet werden sollen und wie
  • bei Wiederholung der Auswertung bereits vorliegende (Zwischen-) Ergebnisse zu behalten oder zu ersetzen
  • Häufigkeitsverteilungen für Ermüdungslastfälle flexibel definieren
  • Berechnungen zur Auswertung parallel laufen lassen, um Zeit zu sparen
  • Diagnosewerkzeuge verwenden, um die Ergebisse auf den ersten Blick schnell zu verifizieren

PE-Load Prep

PE-Load Post