Größer, höher, effizienter…

Windkraftpotentiale richtig nutzen!

Windkraftanlagen sind bekanntermaßen ein Kernelement der Energiewende. Erklärtes Ziel: die konventionelle Energiegewinnung mit erneuerbaren Energien zu ersetzen und nachhaltig eine höhere Energieeffizienz zu gewährleisten. Die effiziente Nutzung von Windenergie ist somit längst kein Zukunftsprojekt mehr, sondern real in der Energiebranche angekommen. Heute geht es also vor allem um die bestmögliche Ausschöpfung der Energiequelle Wind.

Die Entwicklung

Seit dem ersten Erbauen von Windkraftanlagen in den 1970er Jahren sind große technologische Weiterentwicklungen erfolgt: Windturbinen sind heute nicht nur mit ihren Rotorenblättern bis zu 16-mal größer, Stromparks produzieren heute auch 100-mal mehr Strom als in den Anfangsjahren. [1]

Offshore Windkraftanlage SimulationGrößere Turbinen gewährleisten dabei eine höhere Leistung und bieten zudem meist weniger Konfliktpotenzial mit Anwohnern, da sie in entsprechender Entfernung zu Siedlungen aufgestellt werden. Prognosen zu Folge wird Windkraft bis 2030 vor allem ohnehin vor der Küste produziert, da Offshore-Standorte höhere Windgeschwindigkeiten bieten. So liegt der augenblickliche Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung bei der Optimierung von Windparkanlangen, mit dem Ziel die Zuverlässigkeit zu steigern und bestmögliche Kosteneffizienz zu erreichen. Die Wartung und der Zusammenbau von Windturbinen, sowie die Standardisierung und Digitalisierung des Wartungs- und Datenmanagements, sollen vereinfacht und ebenfalls weiter optimiert werden.

Das Hauptaugenmerk bei Offshore-Standorten liegt vor allem auf der Betriebssicherheit. Die durchschnittliche Lebensdauer einer Windturbine beträgt etwa 20 Jahre ([1]). Um Rentabilität zu gewährleisten, sollte sie während dieser Zeit möglichst ununterbrochen Strom erzeugen. D.h. Wartung, Verschleiß und Störungen des Betriebs müssen auf ein Minimum reduziert werden, da Abschaltungen für Reparaturen die Rentabilität der Anlage verringern.

Simulation WindkraftDer Einsatz von Mehrkörper Simulations Software (MKS) ermöglicht Kosteneinsparungen bei der Wartung von Turbine und Antriebsstrang. Verschleiß, Windkräfte, extremes nichtlineares System-Verhalten und weitere Szenarien können so, auf Basis von Simulation, vorab berechnet werden. Hersteller von Windenergieanlagen (On- und Offshore, Direktantrieb und Getriebe) und Antriebssträngen weltweit nutzen heute bereits überwiegend  MKS Software, um die gestiegenen Anforderungen zu erfüllen. Das Anwendungsfeld reicht dabei von Design Load Case Berechnungen (DLCs) mit Low Fidelity-Modellen für Erstentwürfe (Teil der Zertifizierungsanforderungen) bis hin zur Komponenten- und Tonalitätsoptimierung ausgereifter Designs mit High Fidelity-Modellen.

Der Ausblick

Die Zukunft bleibt spannend: Bis 2020 werden voraussichtlich 14% des Stromverbrauchs in der EU durch Windkraft abgedeckt ([1]). Der globale Offshore-Windmarkt wird laut Bloomberg New Energy Finance bis 2030 voraussichtlich um das Sechsfache wachsen ([2]). Ein Forschungsprogramm, das von der Europäischen Kommission auf den Weg gebracht wurde, beschäftigt wird sich mit der Verbesserung technologischer Leistung von Turbinen sowie der Wirtschaftlichkeit. Fest steht: Die Windbranche wird noch viele Jahre interessant und herausfordernd bleiben.

Quellen:

[1] Vattenfall 

[2] Bloomberg

Weitere Informationen:

Die Marke SIMULIA unterstützt mit der MKS Software Simpack, nicht nur die Zertifizierungsprozesse der Windindustrie, sondern erweitert den Bereich mit dynamischen Analysen von Windenergieanlagen über rein mechanische Modelle hinaus auf multidisziplinäre Komponenten wie Aerodynamik, Hydrodynamik und Regelung.

 

Nicole Blum

Nicole Blum ist Advocacy Marketing Manager bei Dassault Systèmes. Nicole ist Marketingprofessional und begeistert von den Möglichkeiten der Simulation. Nicole ist Teil des SIMULIA Teams am Standort Gilching, ist Markenbotschafterin für SIMULIA und nicht nur in Sachen Events, sondern bei verschiedensten Simulationsthemen verknüpft mit nationalen und internationalen Kollegen aus dem Dassault Systèmes Umfeld.