Entwicklung und Validierung aeroelastischer Codes (SiWEC / OC5)

Für die Entwicklung und Optimierung von Windenergieanlagen ist die Berechnung von Lastannahmen unerlässlich. Zur Ermittlung dieser Lasten kommen heutzutage sogenannte aeroelastische Codes als hochspezialisierte Simulationstools zum Einsatz. Ziel dieser Simulationen ist es, möglichst genaue und realitätsnahe Ergebnisse zu erhalten, nur so ist eine sichere Auslegung moderner Windenergieanlagen möglich. Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine ständige Weiterentwicklung der Programme entsprechend der aktuellsten wissenschaftlichen Erkenntnisse notwendig. Aus diesem Grunde bildet die Simulation von Windenergieanlagen einen der Forschungsschwerpunkte des Stiftungslehrstuhls für Windenergietechnik.

Screenshot der graphischen Ausgabe von SiWEC.

SiWEC

Der Stiftungslehrstuhl für Windenergietechnik entwickelt in Zusammenarbeit mit der Windrad Engineering GmbH das hausinterne Simulationsprogramm SiWEC (Simulation of Wind Energy Converters). Hierin wird die Windenergieanlage als mechanisches Mehrkörpersystem modelliert. Wesentlich ist dabei der streng modulare Aufbau des Modells aus mechanisch gekoppelten Submodellen (Generator, Turm, Blätter, …). Das Simulationsprogramm nutzt die Blattelementtheorie nach aktuellem Stand der Technik und ein detailliertes Fundament-Boden-Interaktionsmodell für alle gängigen Onshore- und Offshore-Fundamente. Durch den Einsatz effizienter mathematischer Lösungsmethoden erlaubt SiWEC die genaue und schnelle Berechnung der für die Auslegung von Windenergieanlagen notwendigen Lasten. Eine graphische Ausgabe (siehe nebenstehende Abbildung) erlaubt zudem die Ansicht der modellierten Windenergieanlage und bietet damit eine zusätzliche Qualitätskontrolle z.B. während der Berechnung spezieller Lastfälle.

OC5

Ein wesentlicher Bestandteil der Entwicklung und Verbesserung von Simulationsprogrammen ist die Validierung der Simulationsergebnisse gegen reale Daten aus Messungen. Zu diesem Zweck nimmt der Stiftungslehrstuhl für Windenergietechnik mit dem Programm SiWEC am OC5-Projekt teil. OC5 steht für Offshore Code Comparison Collaboration Continuation, with Correlation (OC5). Neben der Universität Rostock wirken noch 28 weitere Partner aus 12 Ländern an diesem Projekt mit. Hauptziele von OC5 sind:

  • Beurteilung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Simulationsergebnissen
  • Identifizierung und Überprüfung der Möglichkeiten und Grenzen der Simulationsprogramme
  • Untersuchung und Verfeinerung von Analysemethoden
  • Identifizierung von zukünftigen Forschungs- und Entwicklungsaufgaben im Bereich aeroelastischer Codes

OC5 besteht aus drei Phasen, wobei in der aktuellen Phase III Messdaten einer in der Nordsee installierten Windenergieanlage für die Validierung verwendet werden. Hierbei handelt es sich um eine 5MW-Anlage des Typs REpower 5M, die auf einem von OWEC Tower hergestellten Jacket im ersten deutschen Offshore-Windpark alpha ventus installiert ist. Im Rahmen der RAVE-Initiative (Research at Alpha Ventus) wurde diese vor der Installation mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, sodass für das OC5-Projekt umfangreiche Messdaten über Lasten, Verformungen und Beschleunigungen an vielen Punkten entlang der Struktur zur Verfügung stehen. Die Projektlaufzeit der Phase III beträgt 16 Monate und läuft von Januar 2017 bis April 2018.

Ein herzlicher Dank geht an Senvion S.A. und OWEC Towers AS für die Bereitstellung der notwendigen Daten zur Modellierung der betrachteten Anlage in den Simulationstools, sowie an NREL und IWES für die Organisation und Koordination des OC5-Projektes.

Luftaufnahme des Windparks Alpha Ventus.
Alpha Ventus - Deutschlands erster Offshore-Windpark (Photo: Martina Nolte, Lizenz: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/legalcode)

in Zusammenarbeit mit:

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