Entwicklung und Validierung einer vereinfachten Methode zur Schätzung von Kräften auf die Tragstruktur einer Windenergieanlage

Affiliation
W2E Wind-to-Energy GmbH, Rostock
Nagel, Gerald;
GND
101859986X
Affiliation
Lehrstuhl für Technische Mechanik/Dynamik, Universität Rostock
Zierath, János

Durch die fortschreitende Energiewende steigt die Nachfrage der Anlagenbetreiber nach immer leistungsstärkeren Windenergieanlagen. Zur Maximierung des Return of Investment (ROI) stehen dabei besonders geringen Investitionskosten sowie eine hohe Lebensdauer im Fokus. Dies führt zu einer Auslegung der Anlagen an den Grenzen der strukturellen Integrität. Den Interessen der Anlagenbetreiber stehen die Zertifizierungsstellen gegenüber, deren Aufgabe es ist, die Entwicklung neuer Anlagen anhand geltender Normen zu überprüfen und ihre Konformität sicherzustellen.

Die Normung sieht vor, die Lebensdauer einer Windenergieanlage anhand eines Lastfallkatalogs auszulegen, der den typischen Betrieb einer Windenergieanlage über ihre Lebensdauer abbilden soll. Da der Lastkatalog aus einer standortspezifischen Momentaufnahme extrapoliert wird, können die tatsächlichen Betriebsbedingungen über den Lebenszyklus von den angenommenen Lasten abweichen. Für den Weiterbetrieb von Windenergieanlagen, die ihre designbedingte Lebensdauer erreicht haben, stellen die Zertifizierungsstellen Verfahren bereit, mit denen die Restlebensdauer bewertet werden kann [1]. Diese Verfahren sind oftmals aufwändig und erfordern umfangreiche Messkampagnen und zusätzliche Sensorik. Diesen Sachverhalt greift der hier beschriebene Forschungsansatz auf. Ziel ist es, anhand eines vereinfachten Modells einer realen Windenergieanlage eine Methode aufzuzeigen, mit der die tatsächlichen Kräfte im Anlagenbetrieb mittels neuronaler Netze geschätzt werden können, um daraus eine fundierte Aussage über die Lasten und die verbleibende Lebensdauer bzw. die Restlebensdauerreserve abzuleiten.

The ongoing energy transition is increasing demand among plant operators for ever more powerful wind turbines. In order to maximise return on investment (ROI), the focus is on keeping investment costs low and ensuring a long service life. This leads to turbines being designed close to the limits of structural integrity. However, the interests of plant operators conflict with those of certification bodies, whose role is to review the development of new plants based on applicable standards and to ensure their conformity.

The standardisation process stipulates that the service life of a wind turbine should be designed based on a catalogue of load cases, which is intended to reflect the typical operating conditions over the turbine’s service life. Since the catalogue is extrapolated from a site-specific snapshot, the actual operating conditions over the life cycle may differ from the assumed loads. Certification bodies provide procedures for assessing the remaining service life of wind turbines that have reached their design service life [1]. These procedures are often complex, requiring extensive measurement campaigns and advanced sensor technology. This is where the present research approach comes in. The aim is to demonstrate a method for estimating the actual forces during turbine operation using neural networks, in order to make a valid statement about the loads and the remaining service life or respectively the remaining service life reserve, using a simplified model.

IFToMM D-A-CH Conference

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