VASTWind: Virtual and Scaled Testing Methods for Mechanical Components of Large Wind Turbines

Auf einen Blick

• Die Offshore-Windenergie mit den stetig wachsenden Turbinen steht vor der Herausforderung exponentiell steigender Kosten für Tests im Maßstab 1:1 und einem absehbar höheren Bedarf an solchen Tests.
• Eine Lösung können skalierte, hybride und mehrstufige Prüfverfahren sein, für die aber bewährte und verlässliche Methoden fehlen.
• Im Forschungsprojekt VASTWind entwickeln die Partner an die Windindustrie angepasste Methoden für skalierte, hybride und mehrstufige Tests für zentrale Komponenten einer Offshore-Windenergieanlage.

Herausforderung

Das stetige Wachstum der Leistung neuer Offshore-Windenergieanlagen setzt etablierte Testverfahren im Maßstab 1:1 in ein Spannungsfeld: Einerseits bedeuten größere Komponenten überproportional höhere Kosten, die sich auf die Stromgestehungskosten auswirken. Gleichzeitig aber machen neue Technologien und Leichtbaumaterialien, die in den großen Anlagen eingesetzt werden, die Tests noch wichtiger, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

Eine Alternative zu 1:1-Tests könnten skalierte, hybride und mehrstufige Prüfverfahren sein, die bereits in anderen Branchen eingesetzt werden:

• Skalieren: Ein verkleinertes Prüfobjekt wird aus dem Originalentwurf abgeleitet und hergestellt, um die Testkosten zu senken.
• Hybridtests: Die Ergebnisse physikalischer Tests bis zu den Belastungsgrenzen des Prüfstands werden mit virtuellen Tests für die Belastungsstufen oberhalb der Prüfstandsgrenzen kombiniert.
• Mehrstufige Prüfung: Verschiedene Prüfaufbauten werden auf unterschiedlichen Prüfständen kombiniert, um dieselbe Komponente oder dasselbe Teilsystem zu untersuchen.

Für den aktuellen Stand der Technik fehlen die für diesen Ansatz notwendigen, bewährten und verlässlichen Methoden. Daher finden sie in kommerziellen Umgebungen noch keine breite Akzeptanz.

Lösung

Hier setzt das Projekt VASTWind an. Die Partner entwickeln für die Windindustrie angepasste Methoden für skalierte, hybride und mehrstufige Tests. Dabei konzentrieren sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf drei wesentliche Teile einer Windenergieanlage: Rotorblattlager, komplette Antriebsstränge und Gleitlager. Ziel ist, die Methoden in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Windindustrie weiterzuentwickeln. Dabei sollen unterschiedliche Ansätze verfolgt werden, um Designtrends und künftige Testanforderungen zu antizipieren und zugleich unterschiedliche Schadensarten und detaillierte Testaufbauten für die unterschiedlichen Komponenten zu erfassen.

Das Fraunhofer IWES bringt in das Projekt seine Expertise mit Tests im 1:1-Maßstab ein. Zugleich trägt sein starkes Netzwerk in der Windindustrie dazu bei, ein breites Spektrum von Akteuren zu erreichen.

Mehrwert

Die neuen Prüfverfahren werden einen wesentlichen Beitrag zur Zuverlässigkeit kommender Turbinen-Generationen leisten. VASTWind führt nicht nur zu einer Steigerung der Effizienz von Testkampagnen, sondern verlängert auch die Lebensdauer der bestehenden, bewährten und validierten Testinfrastruktur. Damit trägt das Projekt zu einer Senkung der Stromgestehungskosten und einer sicheren Energieversorgung bei.

VASTWind verfügt über ein Advisory Board mit mehreren Mitgliedern aus der Windindustrie. Die Förderung ist dafür vorgesehen, die internationale Zusammenarbeit von Fraunhofer-Instituten mit anderen Institutionen zu fördern.