Modellgestützte, minimalsensorische strukturelle Überwachung von Windenergieanlagen

Windenergieanlagen werden in der Regel auf eine Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren ausgelegt. Die Auslegung der mechanischen Struktur auf diese Referenzlebensdauer erfolgt standortspezifisch. Die Standorte werden durch die Zertifizierungsrichtlinien allerdings nur grob hinsichtlich der dort zu erwartenden Belastungen klassifiziert. In der Folge können die tatsächlichen Beanspruchungen der Anlagen geringer sein als bei der Planung angenommen. Aus diesem Grund sind in vielen Windenergieanlagen auch nach Ende der Referenzlebensdauer strukturelle Reserven vorhanden. Das bedeutet, dass ein Rückbau der Anlagen nach Ende der Referenzlebensdauer weder ökonomisch noch ökologisch sinnvoll ist. Zum jetzigen Zeitpunkt werden Windenergieanlagen zurückgebaut, die unter bestimmten Umständen noch einige Jahre hätten stehen bleiben und elektrische Energie erzeugen können.

Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel des hier beantragten Vorhabens, eine individuelle Lebensdauer der mechanischen Strukturen einer WEA zu ermitteln. Dazu ist zunächst die Erfassung der tatsächlichen Beanspruchungsgeschichte der WEA-Tragstruktur im laufenden Anlagenbetrieb notwendig. Eine direkte Messung der Beanspruchungen einer Windenergieanlage im Betrieb ist dabei nur an zugänglichen Stellen und durch äußerst hohen messtechnischen Aufwand möglich. In diesem Zusammenhang sinnvoller ist die indirekte Ableitung der zyklischen Beanspruchungen aus messtechnisch verhältnismäßig leicht zu erfassenden Bewegungsgrößen der WEA. Der funktionale Zusammenhang zwischen den Messgrößen und den Beanspruchungen muss dabei über geeignete numerische Strukturmodelle ermittelt werden. Aus den während der Betriebszeit der WEA ermittelten zyklischen Beanspruchungen können an die jeweilige Beanspruchungsgeschichte angepasste Lebensdauerprognosen abgeleitet werden. Aus der Differenz von individueller Lebensdauerprognose und Referenzlebensdauer ergibt sich dann die über die Referenzlebensdauer hinaus nutzbare Lebensdauerreserve.

Bearbeiter:  M.Sc. Stephan HäuslerM. Sc. Richard Fink

Zeitraum:  01/2019 - 12/2021


gefördert durch:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)


in Zusammenarbeit mit:

Lehrstuhl für Technische Mechanik/Dynamik - Universität Rostock, W2E Wind to Energy - Rostock, WINDnovation Engineering Solutions GmbH