Die rechnerische Vorhersage des Verhaltens von Windenergieanlagen ermöglicht bereits in einer frühen Entwicklungsphase die Optimierung der Systemkomponenten mit minimalem Kostenaufwand. Da es sich hierbei um eine ingenieurwissenschaftliche Querschnittsaufgabe handelt, sind die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Ingenieure verschiedener Fachrichtungen, Physiker, Informatiker und  eine Meerestechnikerin.

Lastenrechnung und Anlagenentwicklung

Aufgrund dynamischer Wechselwirkungen und signifikanter Nichtlinearitäten werden die verschiedenen Teilsysteme einer (Offshore-)Windenergieanlage – (O)WEA - wie Rotorblätter, Antriebsstrang, Tragstruktur und Regelung zur realistischen Simulation ihres Verhaltens in einem numerischen Modell zusammengefasst. Die so genannte aero-servo-hydro-elastische Simulationen von (O)WEA wird zur Berechnung der Beanspruchungen der Anlagen genutzt, die wiederum Basis der Auslegung jeder Anlagenkomponente sind. Auch die Zertifizierung einer Anlage ist ohne eine solche Lastenrechnung nicht möglich.

Ständig neue Anforderungen

Die stetige Weiterentwicklung der Anlagentechnik und die Professionalisierung der Entwicklungsprozesse in einer wachsenden Branche stellen kontinuierlich neue Anforderungen an die Anlagensimulation. Geschweißte Knoten verzweigter Tragstrukturen, Rotorblätter mit relevanter Biege-Torsions-Kopplung, Verankerungssysteme für schwimmende OWEA oder Eislasten an Rotorblättern und Tragstrukturen müssen korrekt berechnet werden. Die weiterentwickelten Simulations-systeme werden dabei kontinuierlich verifiziert und validiert. Der Trend zu größeren Anlagenserien und Projekt-Budgets erlaubt aufwändigere Entwicklungsprozesse, um Optimierungspotenziale umfassend zu erschließen.

Mitarbeiter und Werkzeuge

Entwicklung beziehungsweise Weiterentwicklung der Simulationswerkzeuge, Anlagenberechnung, Bewertung der Ergebnisse und Anpassung des Anlagendesigns auf dieser Basis sind multidisziplinäre Aufgaben, die von einem Team aus Ingenieuren verschiedener Fachrichtungen, Informatikern und Physikern bearbeitet werden. Dabei steht das Gesamtsystem-Know-how im Vordergrund, was die Übertragung auf andere Systeme erlaubt und beispielsweise zu Projekten in den Bereichen Höhenwindenergie und Meeresenergie führt.

Neben der Verwendung von kommerzieller Simulationssoftware findet in größerem Umfang eigene Softwareentwicklung statt. Dabei wird das technisch physikalische Systemwissen der Ingenieure mit der weitreichenden Erfahrung von Informatikern in der Softwareentwicklung kombiniert. Die IWES-Software OneWind wird erstmalig die Möglichkeit bieten die Grenzen zwischen Lastenrechnung und Komponentendesign zu automatisieren und damit die Fehleranfälligkeit dieser Schnittstelle und den Aufwand im Entwicklungsprozess zu reduzieren.

Bereits heute erlaubt die am IWES genutzte Software ADCoS-Offshore die Berechnung von OWEA unter Verwendung von Matrizenreduktions-methoden in der Abbildung der Tragstruktur. Erste Ergebnisse bestätigen die Notwendigkeit dieser verbesserten Methode bei Anlagen mit Tripod-Tragstrukturen.