Jahresbericht 2012 Stiftungslehrstuhl Windenergie Universität Stuttgart

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1 Jahresbericht 2012 Stiftungslehrstuhl Windenergie Universität Stuttgart

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3 Die Verwendung von Teilen dieses Berichts auch in Auszügen ist nur mit schriftlicher Genehmigung des Verfassers zulässig. Stiftungslehrstuhl Windenergie (SWE) am Institut für Flugzeugbau Universität Stuttgart Allmandring 5B Stuttgart Tel. (+49) Fax (+49) URL: Titelfotos stammen aus diesem Jahresbericht

4 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Kurzporträt des Stiftungslehrstuhls Windenergie Jahresrückblick Personalia Mitarbeiter des SWE im Jahre Ehemalige Mitarbeiter des SWE (Fortgang im Jahr 2011) Lehre Lehrkonzept Lehrveranstaltungen Studien- und Diplomarbeiten, Fachpraktika sowie Exkursionen Fort- und Weiterbildung, internationale Studiengänge Forschung Forschungsbereich I: Betriebsverhalten von Windenergieanlagen Forschungsbereich II: Aeroelastisches Verhalten von Windenergieanlagen und deren Komponenten Forschungsbereich III: Load Monitoring und Regelung Forschungsbereich IV: Dynamik und Entwurf von Offshore-Windenergieanlagen Darstellung einzelner Forschungsprojekte Nationale und internationale Zusammenarbeit Gremienarbeit und Mitgliedschaften Kooperationen Konferenzen, Symposien und Messen Wissenschaftliche Vorträge und Publikationen Neuer Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Po Wen Cheng WindForS-Gründung und Doktorandenseminar InVentus - Mit dem Wind gegen den Wind Das Inventus-Projekt Aktuelles in Was war sonst noch im Jahr Installation der Kleinwindkraftanlage Lakota auf dem SWE-Dach --- Anhang I: Lehrveranstaltungen Anhang II: Ausstattung

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6 Einleitung 1 1 Einleitung 1.1 Kurzporträt des Stiftungslehrstuhls Windenergie Der Stiftungslehrstuhl Windenergie (SWE) ist als Lehrstuhl am Institut für Flugzeugbau der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie der Universität Stuttgart verankert. Mit dem Lehrstuhl wird die Forschung und Lehre des Windenergiepioniers Prof. Dr.-Ing. Ulrich Hütter ( ) am Institut für Flugzeugbau fortgesetzt. Der SWE betreibt eine multidisziplinär und international ausgerichtete Forschung und Lehre im Bereich der Windenergie, die Studierenden aller Fakultäten der Universität Stuttgart offen steht. Der SWE ist der erste universitäre Lehrstuhl für Windenergie in Deutschland. Durch die Zusammenarbeit innerhalb der Universität, mit Unternehmen, Hochschul- sowie Forschungseinrichtungen wird die Nutzung der Windenergie und anderer erneuerbarer Energiequellen aktiv gefördert. Der SWE beruht auf einer Stiftung von Dipl.-Ing. Karl Schlecht, Gründer der Putzmeister AG, Aichtal. 1 Die Karl-Schlecht-Stiftung unterstützt den SWE jährlich mit einem Betrag von Weitere Personal- und Sachmittel sowie die Infrastruktur werden von der Universität Stuttgart bereitgestellt. Des Weiteren tragen Drittmittel aus nationalen wie internationalen Forschungsprojekten bzw. Industriekooperationen zum jährlichen Finanzbudget bei. 1.2 Jahresrückblick Der Jahresbericht 2012 gibt einen Überblick über das neunte Jahr seit der Einrichtung des Lehrstuhls zum 1. Januar Im Kreis der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter gab es wieder Veränderungen. Im Laufe des Jahres traten fünf ehemalige Diplomanten, darunter drei ehemalige HIWI, ihre Stelle am SWE an. Allen weiteren Mitarbeitern konnte aufgrund des gesunden Finanzhaushalts die Verträge verlängert werden. Insgesamt waren über das Jahr ca. 30 studentische oder wissenschaftliche Hilfskräfte am SWE tätig. Die Hörerzahl in den Windenergievorlesungen stieg weiter an: Die Grundlagenvorlesung Windenergienutzung I wurde im Sommersemester 2012 von mehr als 150 Studierenden verschiedener Studiengänge besucht. In der weiterführenden Vorlesung Windenergienutzung II stieg die Anzahl der Studierenden auf nunmehr 75 an. Die vertiefende Vorlesung Entwurf von Windenergieanlagen I wurde von mehr als 20 Studierenden besucht. Im akademischen Jahr 2012/2013 konnten 20 Studien- und Diplomarbeiten abgeschlossen werden. Der Lehrstuhl und dessen Forschungsgebiete wurde auch 2012 auf verschiedenen Informations- und Fortbildungsveranstaltungen vorgestellt. Darüber hinaus wurden bei diversen Workshops im In- und Ausland die Interessen des SWE vertreten und seine Position als Forschungsinstitution gestärkt. Die Forschung am SWE resultiert in einer zunehmenden Zahl von wissenschaftlichen Vorträgen und Veröffentlichungen, z.b. auf der Science of Making Torque from Wind in Oldenburg, DEWEK in Bremen, EWEA 2012 in Kopenhagen oder der ISOPE 2012 in Rhodos, Im September hat SWE hat imrahmen des Forschungsnetzwerks WindForS einen Workshop organisiert, um die zukünftige Strategie von WindForS zu formulieren. Man einigte sich auf das Kernthema Windenergienutzung in komplexem Gelände, worauf sich die wichtigen Kompetenzen von WindForS Mitgliedern konzentrieren. Gleichzeitig verleiht das Thema WindForS ein Forschungsprofil, das sie von anderen Forschungsverbündeten deutlich unterscheidet. Es wurden Arbeitsgruppen für verschiedene Forschungsthemen gegründet und eine Skizze für die Konzeption eines Windtestfelds in komplexem Gelände entworfen. Auf nationaler Ebene gewinnt WindForS ebenfalls an Bedeutung. So wurde SWE, als WindForS Sprecher, für das Strategiegespräch vom Bundesumweltministerium eingeladen, um über den langfristigen Forschungsbedarf von WindForS zu berichten. Dabei wurde das Thema Wind im Binnenland und insbesondere in komplexem Gelände hervorgehoben. Windenergie im Binnenland und in komplexem Gelände ist wirtschaftlich und sozial ein sinnvoller Bestandteil der Energiewende. 1 Weitere Informationen siehe:

7 2 Einleitung SWE war auch maßgeblich an der Entwicklung einer Technologie-Roadmap für Windenergie beteiligt. Die Roadmap dient der KIC Innoenergy in den nächsten 5 Jahren als Basis für Projektausschreibungen. In der Roadmap ist die Vision für die Zukunft der Windenergie, aus SWE Sicht, abgebildet fand auch eine Delegationsreise zum Thema Energie mit der Ministerin Bauer vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden-Württemberg statt. Unter anderemwurden Gespräche mit dem EU Kommissar für Energie, Günther Öttinger, geführt. Herr Öttinger berichtete über die zukünftigen Herausforderungen und die Politik der EU in Sachen Energiesicherheit, nachhaltige Energieversorgung und Energieforschung. Die EU hält an den Ausbauzielen der Erneuerbaren Energie fest und wird auch in Zukunft viel in diesen wichtigen Industriebereich investieren, damit der technologische Vorsprung weiter ausgebaut werden kann. Auf der weltweit wichtigsten Windmesse in Husum hat Po Wen Cheng, im Rahmen der Career Messe, einen Vortrag über die Möglichkeiten einer wissenschaftlichen Karriere im Sektor Windenergie gehalten. Die jungen Absolventen wissen oft nicht, welche wichtigen Vorteile, aber auch Nachteile, mit einer wissenschaftlichen Karriere verbunden sind. Für die Windenergie ist es sehr wichtig, einen stetigen Pool vonhochqualifiziertem Nachwuchs in der Windenergieforschung zu bilden, damit die technologische Entwicklung, die einen Wettbewerbsvorteil schafft, vorangetrieben wird. In der Forschung wird in den vier Bereichen I II III IV Betriebsverhalten von Windenergieanlagen Aeroelastisches Verhalten von Windenergieanlagen und deren Komponenten Load-Monitoring und Regelung Dynamik und Entwurf von Offshore-Windenergieanlagen und damit zum Teil verbunden an 14 Promotionsprojekten gearbeitet. Insgesamt werden derzeit zehn größere Drittmittelvorhaben bearbeitet: Zwei sind in der Forschungsinitiative RAVE (research at alpha ventus) verankert, in dessen Rahmen u.a. Forschungsarbeiten im ersten deutschen Offshore Testfeld durchgeführt werden. Des Weiteren ist der SWE an den zwei europäischen Forschungsprojekten InnWind und Floatgen involviert. Außerdemist der SWE innerhalb der KIC Inno Energy Initiative an insgesamt drei Forschungsprojekten Offwindtech, Neptune und AFOSP beteiligt. Auf nationaler Ebene startete im Herbst 2012 das Forschungsprojekt Lidar Complex als erstes WindForS Projekt. Ziel ist die Optimierung der Windfeldmessung im bergig komplexen Gelände.

8 Personalia 3 2 Personalia 2.1 Mitarbeiter des SWE im Jahre 2012 Prof. Dr. Po Wen Cheng Lehrstuhlinhaber seit 09/2011 Katharina Thomm, Dipl.-Übers. (Englisch, Spanisch) Verwaltungsangestellte Tätigkeitsbereich: Sekretariat, Verwaltungs- und Übersetzungsaufgaben, Mittelüberwachung Katrin Rettenmeier Verwaltungsangestellte Tätigkeitsbereich: Sekretariat, Verwaltungsaufgaben Jan Anger, Dipl.-Ing. (Umweltschutztechnik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Messtechnik, Installationsarbeiten On- und Offshore, SWE-Labor und -Werkstatt, Betreuung des Praktikums Windenergie und Projektarbeiten im Studiengang Erneuerbare Energien, Übungen in Windenergienutzung II

9 4 Personalia Matthias Arnold, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Fluid-Struktur-Interaktion an Gezeitenströmungsanlagen, Mehrkörpermodellierung, CFD Promotionsthema: Hydroelasticity of Tidal Current Turbines Stefan Baehr, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Pitchregelung von Windenergieanlagen, Pitchteststand, Aero-elastische Simulation mit Flex5 und FAST Promotionsthema: Dynamisches Verhalten und Entwurf von Pitchsystemen beim Einsatz verschiedener Regelungsstrategien Friedemann Beyer, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Mehrkörpersimulation schwimmender Windenergieanlagen, Hydrodynamik, CFD, Free Vortex Methoden Promotionsthema: Dynamisches Verhalten schwimmender Windenergieanlagen unter besonderer Berücksichtigung der Modellierung der Hydrodynamik Oliver Bischoff, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Lidar Technologie, Lastanalyse von Windenergieanlagen basierend auf Windmessungen mit Lidar, NEPTUNE-Projekt, Mark Capellaro, MSc (Wind Energy) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Faserverbundanwendungen in der Windenergie Promotionsthema: Passive Belastungsreduktion durch Biege-Torsionskopplung von Rotorblättern Wissenschaftlicher Austausch mit Sandia National Laboratories, USA June 2012

10 Personalia 5 Stefan Hauptmann, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Aero-elastische Analyse von Windenergieanlagen durch Mehrkörpersimulation Promotionsthema: Bedeutung von rotoraerodynamischen und aero-elastischen Effekten für das strukturdynamische Verhalten von Windenergieanlagen Florian Haizmann, Dipl.-Ing. (Technische Kybernetik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Regelung von Windkraftanlagen mittels LiDAR, Windfelderfassung mittels LiDAR Martin Hofsäß, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Entwicklung und Betrieb eines LiDAR-Scanners, Messtechnik, Computeradministration Lidar Complex Projekt Daniel Kaufer, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Integrierte Lastsimulation von Offshore-Windenergieanlagen mit Flex5 und Finite Element Programmen, Inventus, Computeradministration Promotionsthema: Validation of an integrated load simulation method and modeling requirements of offshore wind turbines during the design process Denis Matha, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademischer Beschäftigter Promotionsthema: Aerodynamische, hydrodynamische und aero-elastische Modellierung und Analyse von Windenergieanlagen zur Auslegung von Rotoren und zur Analyse der Gesamtdynamik

11 6 Personalia Andreas Rettenmeier, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Dipl.-Ing. (FH) Maschinenbau Kommissarischer Leiter des SWE während der Vakanz bis 08/2011 Tätigkeitsbereich: Lidar Technologie, Messtechnik Frank Sandner, Dipl.-Ing. (Maschinenwesen) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Modellierung und Regelung von schwimmenden Windkraftanlagen Promotionsthema: Konzeptionierung, Modellierung und Regelung von schwimmenden Windkraftsystemen David Schlipf, Dipl.-Ing. (Technische Kybernetik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Regelung von Windenergieanlagen mittels LiDAR, Messung einströmendes Windfeld Promotionsthema: Prädiktive modellbasierte Regelung von Windenergieanlagen mit LiDAR-Windmessung Ursula Smolka, Dipl.-Ing. (Technische Kybernetik) Akademische Beschäftigte Tätigkeitsbereich: Online-Lastmessung und Lastschätzung an Windkraftanlagen Promotionsthema: Kontinuierliche Belastungsüberwachung von Windenergieanlagen für moderne Regelstrategien und eine optimierte Betriebsführung Jan Quappen, Dipl.-Ing. (Bauingenieurwesen) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Integrierte Simulation, Lastrechnung und Gesamtdynamik von Offshore-Windenergieanlagen, Gründungskonzepte Promotionsthema: Gesamtdynamik und integrierter Entwurf von Offshore- Windenergieanlagen (OWEA) der Multi-MW-Klasse

12 Personalia 7 Ines Würth, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademische Beschäftigte Tätigkeitsbereich: Bojenbasierte LiDAR Messungen zur Offshore- Windfeldvermessung, Gondelbasierte LiDAR Messungen zur Leistungskurvenbestimmung Oliver Zobel, Dipl.-Ing. (Luft- und Raumfahrttechnik) Akademischer Beschäftigter Tätigkeitsbereich: Messtechnik, Konstruktion Hardware-in-the loop-teststand Betretung der Veranstaltungen Windenergienutzung II und des WindPro-Seminars

13 8 Personalia 2.2 Ehemalige Mitarbeiter des SWE (Fortgang im Jahr 2012) Im Jahr 2012 hat kein Mitarbeiter das SWE verlassen.

14 Lehre 9 3 Lehre Die Lehre im Gebiet der Windenergie hat am Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart eine lange Tradition. Nach dem Ausscheiden von Prof. Dr.-Ing. Ulrich Hütter (1980) wurde sie durch Herrn Dipl.-Ing. Heiner Dörner fortgeführt, bis im Sommersemester 2004 eine umfangreiche Umstrukturierung und Erweiterung durch den neu gegründeten Lehrstuhl erfolgte. 3.1 Lehrkonzept Der SWE ist der erste Lehrstuhl für Windenergie in Deutschland. Eine herausragende Bedeutung kommt daher der Lehre zu. Sie zeigt die volle Breite der technisch-ökonomischen Aspekte der Windenergienutzung. Primäres Lehrziel ist die Förderung des Systemverständnisses am Beispiel von Windenergieanlagen und Windparks als Teil des Energiesystems. Dieses in Deutschland einmalige Windenergie-Lehrkonzept wird durch die Studierenden und die Industrie sehr positiv bewertet. Belegt wird das durch die hohe Anzahl von Studien- und Diplomarbeiten sowie der stetig steigenden Anzahl von Bachelor und Masterarbeiten (Abschnitt 3.3). Windenergie-Labor: Bestimmung der Blatteigenfrequenzen In den Veranstaltungen des Fachgebiets wird zudem auch deutlich, wie anspruchsvoll das Verbinden von Wissen aus mehr oder weniger isoliert gelernten Fächern wie z.b. Aerodynamik, Strukturdynamik, Konstruktion, Elektrotechnik, Regelungstechnik und Betriebswirtschaft ist. Integraler Teil der neuen Lehrveranstaltungen sind Hörsaalübungen und Tutorien im PC- Pool mit in der Industrie eingesetzten Programmen wie Bladed (aero-elastische Simulation von WEA), WindPro (Windparkplanung) und SIMPACK (Mehrkörpersimulation). Ergänzend wird ein Laborversuch zur Leistungskurvenvermessung eines Modellrotors im Böenwindkanal des Instituts für Aero- und Gasdynamik durchgeführt. In zwei Vorlesungen (WEN I, WEA I) werden jeweils fünf Hausübungen ausgegeben, die nach je 14-tägiger Bearbeitungszeit zur Korrektur beim Dozenten abgegeben werden. Bei einer Mindestanzahl

15 10 Lehre von erfolgreich bearbeiteten Hausübungen wird ein unbenoteter Übungsschein vergeben, der Prüfungsvorleistung für eine mündliche Prüfung ist. Auf Grund der steigenden Anzahl von Studierenden musste jedoch ab dem Wintersemester 2012/13 auf die Hausübungen in der Vorlesung Windenergienutzung II verzichtet werden. Auch in diesem Jahr konnten externe Referenten aus der Wirtschaft für zusätzliche Fachvorträge gewonnen werden. Aktuelle Themen der Studien- und Diplomarbeiten und Promotionsprojekte werden im wöchentlich stattfindenden SWE-Seminar vorgetragen und von MitarbeiterInnen und Studierenden diskutiert. Auf dem Gebiet der Windenergie ist die Möglichkeit der Projektarbeit gegeben und wird in drei Lehrveranstaltungen angeboten: In der Übung und im Seminar zur Windenergienutzung II planen die Studierenden in Zweierteams einen Windpark an einem gegebenen Standort und beurteilen dessen Wirtschaftlichkeit. Mit dem Programm WindPro werden an sieben Terminen folgende Themen bearbeitet: Einführung WindPro, Ertrag einer Einzel-WEA, Windparkertrag, Optimierung der Nachlaufverluste eines Windparks, Netzanschluss und Netzauswirkungen, Schallemission und Schattenwurf. Im Windenergie-Projekt Entwurf von Windenergieanlagen II, einer Lehrveranstaltung in Form eines Entwurfs-Seminars, wurde im WS 2012/2013 das Thema Active Flow Control am Rotorblatt mit Flaps von 20 Studenten bearbeitet. Inspiriert wurde das Projekt von aktuellen Forschungsarbeiten im Upwind Projekt zu diesem Thema und aktuellen neuen Anlagenkonzepten mit dieser Regelungsmethode. Die Aufgabenstellung umfasste den gesamten Entwicklungsprozess einer Flapregelung zur Lastenreduktion. Basierend auf der Identifikation sog. CTQs (Critical to Quality) wurden die Einzelkomponenten im Detail entworfen. Die Lösung der Aufgabe erfolgte in zwei konkurrierenden Teams aus jeweils zehn TeilnehmerInnen, wobei jedes Mitglied an mehreren Teilaufgaben mitwirkte. Die TeilnehmerInnen steuerten und kontrollierten den Projektfortschritt anhand eigens definierter Zeitpläne und Milestones. In jedem Team gab es vier Gruppen, welche die Aerodynamik, die Mechanik, die Regelung und die Simulation der Flaps bearbeiteten. Die Ergebnisse wurden durch Zwischenpräsentationen, Versuchsprotokolle sowie einen Endbericht und Abschlusspräsentation dokumentiert. Flap Entwurf eines Teams des Windprojektes Die dritte Projektmöglichkeit ist Bestandteil des Bachelor Studiengangs Erneuerbare Energien und fand im Wintersemester 2011/2012 zum ersten Mal statt. In Kleingruppen von 4-6 Studierenden werden zum Teil aktuelle Forschungsthemen mit eingebunden. Thematisch werden Arbeiten auf allen Forschungsgebieten des SWE angeboten. Die Projekte sind sowohl theoretisch als auch praktisch ausgerichtet.

16 Lehre 11 Standardlehrbuch ist das Buch Windkraftanlagen von R. Gasch und J. Twele. 2 Zusätzlich werden die Vorlesungs- und Übungsunterlagen und ein Prüfungsfragenkatalog als Umdrucke oder zum Herunterladen angeboten. Ein praktischer Bezug zu Windenergieanlagen und Windparks ist essentiell und wird durch Exkursionen und Praktika und, soweit sicherheitstechnisch, organisatorisch und finanziell möglich, auch durch Experimente an Windenergieanlagen im Windkanal oder Freifeld gefördert (siehe Windkanalversuch und Windenergie-Labor ). Gleiches gilt für Studien- und Diplomarbeiten (s. Abschnitt 3.3). 2 R. Gasch und J. Twele (Hrsg.), Windkraftanlagen Grundlagen und Entwurf, 6. Aufl., Teubner, Stuttgart, 2009.

17 12 Lehre 3.2 Lehrveranstaltungen Vorlesungen Der SWE bietet inzwischen Veranstaltungen in allen Studienphasen an. Seit dem WS 2009/10 übernimmt der SWE ein Drittel der neuen Lehrveranstaltung Einführung Erneuerbare Energien (4V, 2Ü) im ersten Semester des Bachelorstudiengangs Erneuerbare Energien. Im zweiten und dritten Semester wird die Pflichtveranstaltung Konstruktionselemente I & II für die Studiengänge Luft- und Raumfahrttechnik sowie Erneuerbare Energien gehalten. Seit dem Wintersemester 12/13 wird das Pflichtmodul Nachhaltige Energie- und Verkehrssysteme mit drei Leistungspunkten für MSc.-Studenten der Luft- und Raumfahrttechnik angeboten Das Modul wird sowohl im Winter- als auch Sommersemester angeboten. Die Vorlesung fand im WS12/13 in einem kleinen Rahmen von 24 Studenten statt, und in Form einer Projektarbeit durchgeführt. Dieses Format, auch wenn es in Zukunft nicht mehr so stattfinden wird, wurde von den Studenten sehr positiv aufgenommen und bewertet. Individuelle Schwerpunkte können im Hauptstudium gesetzt werden. Wahlfächer werden für Studierende aller Studiengänge angeboten. Vertiefungen mit vier bis zehn Semesterwochenstunden sind in den Studiengängen Luft- und Raumfahrttechnik, und teilweise Umweltschutztechnik, Maschinenbau, Technologiemanagement sowie Technische Kybernetik möglich. Hierbei können folgende Veranstaltungen ausgewählt werden, wobei die Windenergienutzung I (WEN I) jeweils den Ausgangspunkt darstellt. Windenergienutzung I (WEN I) Entwurf von Windenergieanlagen I (WEA I) Seminar Simulation von Windenergieanlagen Bladed und SIMPACK Windenergienutzung II (WEN II) mit Seminar Windparkplanung WindPro Windenergie-Projekt Entwurf von Windenergieanlagen II (WEA II) Windenergie-Labor (WEL) Windenergieseminar (Zusatzangebot ohne Prüfung) In der Abbildung Lehrangebot des SWE sind jeweils bestimmte Kombinationen von Lehrveranstaltungen einem Berufsfeld zugeordnet. So passt z.b. Windenergienutzung I & II sehr gut zu Tätigkeiten in der Planung und dem Betrieb von Windparks, während die Zusammenstellung Windenergienutzung I, Entwurf von Windenergieanlagen I, Simulation von Windenergieanlagen sowie das Windenergieprojekt für eine Entwicklungsaufgabe im Bereich Auslegung und Simulation bei einem Hersteller von Windenergieanlagen qualifiziert. Die Kombination von Windenergienutzung I, Entwurf von Windenergieanlagen I sowie Windenergielabor eignet sich sehr gut als Basis für eine Tätigkeit im Gebiet Test und Betrieb von Windenergieanlagen. Die Lehrveranstaltung Konstruktionselemente der Luft- und Raumfahrttechnik I & II und das ergänzende Prüfungsseminar sind aufgrund der großen Anzahl von Hörern (ca. 350 Studierende aus LRT und EE) als klassische Vorlesung mit Übung konzipiert und in den Pflichtfächerkanon der konstruktiven Ausbildung der Luft- und Raumfahrttechnik und Erneuerbaren Energien eingebunden. Der in der Vorlesung behandelte Stoff wird in Vortragsübungen an exemplarischen Aufgabenstellungen vertieft. Eine Leistungsüberprüfung findet in Form von zwei studienbegleitenden Klausuren statt. Zusätzliche Tutorenseminare (betreutes Rechnen von Aufgaben) dienen den Studierenden zur Vorbereitung auf die Prüfungen. Im Anhang I werden die einzelnen Lehrveranstaltungen näher beschrieben.

18 Lehre Umstellung der Lehrveranstaltungen von einem vorlesungsorientierten zu einem modulorientierten Lehrkonzept Im Zuge des Bologna-Prozesses ist die Umstellung von Vorlesungsveranstaltungen auf Modulvorlesungen vorgesehen. Der SWE ist bei dieser Umstellung bemüht, das bewährte berufsorientierte Lehrkonzept weiter zu verfolgen. So wurden alle Vorlesungen in thematisch sehr ähnliche Module umgewandelt und die Arbeitsbelastung während der Präsenzzeit und der Zeit zur Nacharbeitung angepasst. Im Laufe der kommenden Semester wird die Hörerzahl in den Windenergiemodulen weiter steigen. So konnte im Sommersemester 2011 ein Zuwachs um 50 Studierende auf etwa 80 Studierende verzeichnet werden. Im Sommersemester 2012 werden voraussichtlich weitere Studierende die Windenergiemodule besuchen, so dass von weit mehr als 150 Studierenden auszugehen ist. Es wurde daher das Übungskonzept dahingehend angepasst, dass vermehrt Gruppenarbeiten und auswertungen stattfinden werden. Es konnten die zuvor genannten Vorlesungen in die Module Windenergie 1 - Grundlagen Windenergie Windenergie 2 - Planung und Betrieb von Windparks Windenergie 3 - Entwurf von Windenergieanlagen Windenergie 4 - Windenergie-Projekt Windenergie 5 - Windenergie-Labor (6LP) (6LP) (6LP) (6LP) (3LP) überführt werden. Im Masterstudiengang Luft- und Raumfahrttechnik wird der SWE das neue Modul Nachhaltige Energie- u. Verkehrssysteme im Pflichtbereich des Studiengangs anbieten. Die sechs aufgeführten Module werden in den Studiengängen B.Sc. Erneuerbare Energien B.Sc. Elektrotechnik und Informationstechnik B.Sc. Technische Kybernetik B.Sc. Umweltschutztechnik M.Sc. Nachhaltige Elektrische Energieversorgung M.Sc. Energietechnik M.Sc. Luft- und Raumfahrttechnik an der Universität Stuttgart angeboten. Zwei weitere, englischsprachige Module in Blockveranstaltung bietet der SWE im Studiengang Renewable Energy Management an der Albert Ludwigs Universität in Freiburg an. Hierbei werden Studierende aus der ganzen Welt an die Thematik der Windenergienutzung herangeführt und arbeiten in einem weiteren Blockmodul an einem fiktiven Projekt eines zu planenden Windparks.

19 14 Lehre 3.3 Studien- und Diplomarbeiten, Fachpraktika sowie Exkursionen Studien-, Bachelor- unddiplomarbeiten Im Jahr 2012 (SS 2012 & WS 2012/13) wurden folgende Studien- (S), Diplom- (D) oder Masterarbeiten (M) bzw. Praktika (P) abgeschlossen teilweise in Zusammenarbeit mit anderen Instituten oder Universitäten: Timo Koch, Genauigkeit von neuronalen Netzen beim Schätzen von Ermüdungslasten von offshore Windenergieanlagen, (BSc) Sarah Lott, Verifikation der Software Flex5-ASAS mit State-of-The-Art Programmen, (D) Tanja Jenter, Vergleich der Ertragsberechnung zwischen integrierten und reduzierten Modellansätzen einer Offshore Windenergieanlage, (BSc) Frank Sandner, Reduced Model Design of a Floating Wind Turbine (E, in Kooperation mit ITM Institut für Technische und Numerische Mechanik) Philip Göbel, Innovative Offshore Structures - Effectiveness of jacket designs using mass-producible approaches, (D) Florian Haizmann, Implementation of an Adaptive Feed-Forward Control for Load Reduction of Wind Turbines, (D, teilweise am NREL in Boulder, CO) Jenny Rieck, Lastanalyse einer Windenergieanlage mittels eines gondelbasierten Lidar-Geräts, (S) Bernd Maier, Datenanalyse hinsichtlich des Einflusses des vertikalen Windprofils auf die Belastung einer Windenergieanlage (BSc) Manuel Werner, Untersuchung transienter aerodynamischer Effekte schwimmender Offshore Windturbinen mit CFD (D) Uwe Fechter, Verbesserung der MKS Modellierung eines Vertäuungs-Systems für schwimmende Offshore Windturbinen (D) Matti Scheu, The economics of large-scale offshore wind energy developments with a focus on the Dogger Bank project (D) Lorenz Haid, Conceptual 10MW Wind Turbine Design for the University of Stuttgart Instructional Turbine, (S) Paul Brodbeck, Adaptive Regelung von Windenergieanlagen mit Hilfe von LIDAR, (S). Julia Hahn, Auslegung und Konstruktion eines Hochlaufteststandes für die Vermessung von Rotorblättern von Klein-Windkraftanlagen (BSc) Janina Zabitzki, Akzeptanz Windenergie in Süddeutschland Begleitstudie an Windenergieprojekten in Baden-Württemberg, (BSc) Josua Schwenk, Auslegung und Entwicklung eines Do-It-Yourself (DIY) Rotorkonzeptes für eine Kleinwindkraftanlage, (BSc) Ines Würth, Optimization of Chordwise Position, Spanwise Spacing and Angular Placement of Vortex Generators on Wind Turbine Blades (D) Ann-Kathrin Weller, Lastanalyse und Messdatenauswertungen von Windenergieanlage (D) Alexander Rautenberg, validierung des Modells einer Windenergieanlage vom Typ Nordex N80 anhand von Messdaten (D) Philipp Gebhardt, Erstellung eines CFD Modells zur Simulation des Schwertes eines

20 Lehre 15 Segelbootes, (BSc) Folgende Arbeiten wurden begonnen: Sven Fischer, Analyse der Aerodynamik einer schwimmenden Offshore Windturbine mit Free Wake Verfahren (S) Axel Rank, Analyse eines nichtlinearen MKS Vertäuungs-System Modells für schwimmende Offshore Windturbinen (S) Victor Hocke, Nichtlineare Modelprädiktive Regelung einer schwimmenden Windkraftanlage (S). Steffen Raach, Nichtlineare Modelprädiktive Regelung von schwimmenden Windenergieanlagen mit Einzelblattverstellung (D). Sebastian Kaus, Optimierung eines Lidar-Systems (BSc). Markus Stehle, Analyse des Parkwirkungsgrades des Offshore Windparks EnBW Baltic-I, (D) Christian Geiss, Validierung von Ermüdungslasten an einer 5 MW Windturbine im offshore Testfeld alpha venuts, (MSc) Manuel Stapf, Vorhersage der Ermüdungslebensdauer mit Hilfe von Support Vector Maschinen am Beispiel einer offshore Windenergieanlage, (S) Kerstin Pöhl, Vergleich zweier Schätzalgorithmen des maschinellen Lernens am Beispiel der Blattwurzelbelastung an WEA, (S) Yie Xie, Temperatureeinflüsse auf die Genauigkeit von Dehnungsmessungen an WEA Türmen, (DA) Raimund Abele, Lastfallanalyse einer schwimmenden Windenergieanlage auf einer Semi-Submersible Plattform (DA) Fabian Frank, Entwurf und Entwicklung eines Fahrwerks für ein Gegenwindfahrzeug (BSc) Mathias Schempp, Entwurf und Entwicklung eines Fahrzeugrahmens für ein Gegenwindfahrzeug (BSc) Mona Knupfer, Untersuchung von Tuberkeln auf ihre Eignung zur Verbesserung der Hydrodynamik an Gezeitenströmungsrotoren Fachpraktika Im Rahmen des Praxissemesters in den Studiengängen Erneuerbare Energien und Luftund Raumfahrtechnik absolvierten Studierende wieder drei- bzw. sechsmonatige Praktika in der Windenergiebranche. Bei verschiedenen Windenergieanlagenherstellern, Windparkplanern und Forschungsinstituten bekamen die Studierenden in den letzten Jahren die Chance, ihr theoretisches Wissen in der Praxis anzuwenden. Exkursionen Inzwischen hat sich ein fester jährlicher Turnus von zwei Studienexkursionen etabliert. Die Kosten werden aus Mitteln der Karl-Schlecht-Stiftung, Studiengebühren und der Teilnehmer gedeckt. Das Programm der Industrieexkursion im Februar 2012 war wieder straff durchgeplant und führte die 22 Teilnehmer quer durch Ost-Deutschland. Die Firma Voith Turbo in Crailsheim

21 16 Lehre bot einen Einblick in die Technologie des hydrodynamisch regelbaren Getriebes WinDrive inklusive einer Führung durch die Fertigungshallen. Dieses Jahr ebenfalls im Programm: die begehrte Besichtigung des Pumpspeicherkraftwerks Goldisthal als unverzichtbarer Baustein zur Netzintegration der Windenergie. Beeindruckend für die Studenten waren die Dimensionen des Kraftwerks und das hautnahe Erleben der Pumpleistung in der Generatorhalle. Am zweiten Tag stand der Besuch der Firma VEW in Dresden auf dem Programm. Die Fertigung der VEM Generatoren für Windenergieanlagen konnte im Rahmen einer Führung erklärt werden. Zudem wurde die höchste Windkraftanlage der Welt im Windpark Spremberg besichtigt. Zum Abschluss hatten die Studierenden die Möglichkeit, die unterschiedlichen Fertigungstiefen bei Enercon in Magdeburg zu erleben. Nebst Einblicken in die fertigungstechnischen Prozesse boten die meisten Unternehmen Informationen zu Berufsperspektiven und Einstiegsmöglichkeiten an. Diese trugen zu reger Diskussion bei und wurden von den Studierenden gerne angenommen um Kontakte zu knüpfen. Besichtigung der Fertigungshallen der Firma VEM (li.)und zu Gast im Windpark Spremberg (re.). 3.4 Fort- und Weiterbildung, internationale Studiengänge Die national und international stark wachsende Bedeutung der Windenergienutzung bewirkt einen zunehmenden Bedarf an Fort- und Weiterbildung. Mitarbeiter des Stiftungslehrstuhls Windenergie sind daher im Rahmen unterschiedlicher Maßnahmen aktiv. Fortbildungsseminare Mitarbeiter des SWE referierten im Jahre 2012 bei den folgenden Fortbildungsseminaren: Risø-DTU PhD Summer school: David Schlipf und Andreas Rettenmeier waren als Gastdozenten zur PhD Summer School Remote sensing for wind energy zur University of Colorado nach Boulder, USA im Juni 2012 eingeladen. Sie referierten zu den Themen Lidar assisted control und Nacelle Wind Lidar Zum Thema Zukünftige Lidar Entwicklungen hielt Andreas Rettenmeier einen Fachvortrag im Seminar LiDAR Windmessung für On- und Offshore-Windparks, Theorie, Erfahrungen und Praxisempfehlungen der ForWind Academy in Bremen Bei der IQPC International Conference Advances in Wind Turbine Rotor Blades hielten Po Wen Cheng, Thorsten Lutz und Stefan Hauptmann einen Workshop zum Thema CFD applications for wind turbine blade design ab. Bei der VDI Fachkonferenz Offshore Windenergieanlagen hielt Po Wen Cheng einen Vortrag über Lidar Anwendungen für die Windenergieanlage Regelung.

22 Forschung 17 4 Forschung In der Forschung konzentriert sich der Stiftungslehrstuhl Windenergie auf das Systemverständnis von Windenergieanlagen. Übergeordnete Forschungsziele sind die Erhöhung der Zuverlässigkeit und die weitere Senkung der Energiegestehungskosten von Anlagen, die Elektrizität in das internationale Verbundnetz einspeisen. Die zentralen Themen am Lehrstuhl umfassen daher die Dynamik, den Entwurf und den Betrieb von großen netzgebundenen Windenergieanlagen an Land und insbesondere offshore. Die Umsetzung der Forschungsvorhaben erfolgt durch Promotionsprojekte in vier Bereichen: Promotionsprojekte zum Forschungsgebiet Betriebsverhalten von Windenergieanlagen : Andreas Rettenmeier Martin Hofsäß Oliver Bischoff Determination of power curves at inhomogeneous inflow using a nacelle-based LiDAR system Wind field analysis in complex terrain using novel lidar scanning approaches Statistical load estimation using a nacelle-based lidar system Promotionsprojekte zum Forschungsgebiet Aeroelastisches Verhalten von Windenergieanlagen Friedemann Beyer Mark Capellaro Stefan Hauptmann Denis Matha Matthias Arnold Frank Sandner Modelling and Analysis of the dynamic behaviour of Floating Offshore Wind Turbines using multi-body simulation and CFD Advanced composite design of wind turbine blades Rotor aerodynamic and aeroelastic effects on the structural dynamics of large wind turbines Advanced aerodynamic, hydrodynamic and aero-elastic modeling and analysis of floating wind turbines with multibody simulation and CFD Tidal hydroelasticity, simulation of hydrodynamic and structural responses to transient conditions with Multibody systems and CFD Conceptioning, modeling and control of floating wind turbine systems

23 18 Forschung Promotionsprojekte zum Forschungsgebiet Load-Monitoring und Regelung Stefan Baehr David Schlipf Ursula Smolka Dynamics & design of pitch systems employing different control concepts Model predictive control of wind turbines with lidar wind measurements Online load monitoring of wind turbines for advanced control and optimized operation Promotionsprojekte zum Forschungsgebiet Dynamik und Entwurf von Offshore-Windenergieanlagen Daniel Kaufer Jan Quappen Validation of an integrated load simulation method and modeling requirements of offshore wind turbines during the design process Overall dynamics and integrated design of offshore wind turbines Das Forschungsprogramm des Lehrstuhls definiert sich im Wesentlichen über Promotionsprojekte. Damit wird dessen wissenschaftliche Qualität gesichert. Ein mittel- bis langfristiger Zeithorizont der Forschungsthemen ergänzt die schnelle angewandte industrielle Entwicklung in der Branche und dient der Ausbildung von qualifiziertem wissenschaftlichem Nachwuchs. Obwohl die Finanzierung hauptsächlich durch Drittmittel erfolgt, werden im Idealfall Forschungsprojekte passend zu den Promotionsprojekten akquiriert und bearbeitet, nicht umgekehrt. Die nächsten vier Abschnitte beschreiben die einzelnen Forschungsbereiche und Promotionsprojekte näher. Das darauf folgende Kapitel widmet sich den Drittmittelprojekten am SWE, die zur Finanzierung der Promotionen in enger Kooperation mit lokalen, nationalen und internationalen Partnern aus Wissenschaft und Industrie durchgeführt werden.

24 Forschung Forschungsbereich I: Betriebsverhalten von Windenergieanlagen Der erste Forschungsbereich am SWE untersucht die dynamischen Belastungen, Leistungskurven und das Betriebsverhalten von Windenergieanlagen unter besonderen Windverhältnissen, wie diese insbesondere in Windparks, auf See und bei bestimmten meteorologischen Bedingungen auftreten. Derzeit werden drei Promotionsvorhaben am SWE bearbeitet (Tabelle 1). Tabelle 1: Promotionsprojekte: Betriebsverhalten von Windenergieanlagen Name Projekt (Arbeitstitel) A. Rettenmeier Determination of power curves at inhomogeneous inflow using a nacelle-based LiDAR system Bestimmung der Leistungskurve mithilfe eines gondelbasierten Lidar Systems bei inhomogener Einströmung M. Hofsäss Wind field analysis in complex terrain using novel LiDAR scanning approaches Windfelduntersuchungen im komplexen, bergigen Gelände mit neuartigen Lidar Messmethoden O. Bischoff Statistical load estimation using a nacelle-based LiDAR system Statistische Lastmessung mittels gondelbasiertem Lidar Dieser Forschungsbereich beschäftigt sich mit der experimentellen und numerischen Untersuchung des Betriebsverhaltens von Windenergieanlagen in inhomogener Einströmung. Die bisherigen Richtlinien zur Messung oder Simulation der Belastungen bzw. der Leistung von Windenergieanlagen gehen häufig von sehr vereinfachten Windbedingungen aus (z.b. gleichmäßige, mittlere Windscherung und Turbulenzverteilung in der überstrichenen Rotorfläche). Hierdurch kommt es z.b. zu größeren Unsicherheiten in der Leistungsprognose bei unterschiedlichen atmosphärischen Schichtungen und assoziierten Windscherungen oder zu zusätzlichen Belastungen bei Teilabschattung in Windparks. In zahlreichen Promotionsprojekten werden seit dem Jahr 2005 mit dem Vielkanalmesssystem, dem Windmessmast und dem LiDAR- Gerät des SWE Messungen am Prototypen M5000 der AREVA Wind GmbH in Bremerhaven und auf dem Risø Campus bei Roskilde, Dänemark durchgeführt. Seit 2010 werden ergänzend auch Messungen und Auswertungen im Offshore-Testfeld alpha ventus durchgeführt. Die Entwicklung neuer Messverfahren und einer verbesserten analytischen Beschreibung des Betriebsverhaltens wird durch aeroelastische Simulationen unterstützt. Wie zuvor beschrieben, liegen die Anwendungen in der genaueren Beschreibung des Belastungs- und Leistungsverhaltens. Die Untersuchungen öffnen jedoch auch den Weg zu avancierteren Monitoring- und Regelungsverfahren zur Belastungsreduktion und Ertragserhöhung (s. Forschungsbereich III). Die genannten Promotionsprojekte setzen das neuartige laser-optische Windmessverfahren LiDAR (Light Detecting and Ranging) ein.

25 20 Forschung 4.2 Forschungsbereich II: Aeroelastisches Verhalten von Windenergieanlagen und deren Komponenten Bei großen Windenergieanlagen treten komplexe Interaktionen auf, einerseits zwischen der Dynamik des Gesamtsystems, einschließlich der äußeren Wind- und Wellenlasten und der Aeroelastizität, andererseits zwischen den Belastungen sowie dem Verhalten von Hauptkomponenten. In diesem Themengebiet sind fünf Promotionsvorhaben am SWE angesiedelt (Tabelle 2). Tabelle 2: Promotionsprojekte: Aeroelastisches Verhalten von Windenergieanlagen und deren Komponenten Name Projekt (Arbeitstitel) F. Beyer Modelling and analysis of the dynamic behaviour of floating offshore wind turbines using multi-body simulation and CFD (Modellierung und Analyse des dynamischen Verhaltens schwimmender Windenergieanlagen unter Verwendung von Mehrkörpersimulation und CFD) M. Capellaro Passive load control through bend twist coupled blades (Passive Belastungsreduktion durch Biege-Torsionskopplung von Rotorblättern) S. Hauptmann Rotor aerodynamic and aero-elastic effects on the structural dynamics of wind turbines (Bedeutung von rotoraerodynamischen und aeroelastischen Effekten für das strukturdynamische Verhalten von Windenergieanlagen) D. Matha Advanced aerodynamic, hydrodynamic and aero-elastic modeling and analysis of floating wind turbines with multi-body simulation and CFD (Aero-, hydro- und aeroelastische Modellierung und Analyse schwimmender Windturbinen mit Mehrkörpersimulation und CFD) F.Sandner Matthias Arnold Conceptioning, Modeling and Control of Floating Wind Turbines (Konzeptionierung, Modellierung und Regelung Schwimmender Windkraftanlagen) Hydroelasticity of Tidal Current Turbines Das anisotrope elastische Verhalten von Faserverbundmaterialien kann zur Kopplung von Biege- und Torsionsverformung von Rotorblättern genutzt werden. Dieses Aeroelastic Tailoring genannte Prinzip ist seit Längerem in der Luftfahrt bekannt, wird aber noch wenig eingesetzt. Bei geeigneter Abstimmung lassen sich durch eine an die Blattdurchbiegung in Schlagrichtung gekoppelte Blatttorsion in Richtung der Fahnenstellung sowohl Ermüdungsals auch Extremlasten von Windturbinen reduzieren. Im Promotionsprojekt Passive Belastungsreduktion durch Biege-Torsionskopplung von Rotorblättern von Mark Capellaro werden zunächst dynamische Simulationen von Windenergieanlagen mit einer fiktiven Biege-Torsionskopplung durchgeführt, um die Möglichkeiten zur Lastreduktion und deren Einflüsse auf den Energieertrag zu untersuchen. Anschließend werden reale V 0 (m/s) Flap r = 60m (m) Time History Comparison V 0 = 14 (m/s) Time (s) Vergleich des simulierten Schlagmoments mit und ohne Biege-Torsionskopplung im Rotorblatt T1 T2

26 Forschung 21 Rotoraerodynamische Simulation mit einem Wirbelleiterverfahren Testkörper der tragenden Blattstruktur im Labor getestet, um die Finite-Elemente- Modellierung von neu-artigen Blattbauweisen zu unterstützen. Die bisher in der Windenergieindustrie fast ausnahmslos eingesetzten Simulationsverfahren für die Dynamik von Windenergieanlagen nutzen stark vereinfachte Modellierungen. Die Strukturmodelle besitzen nur relativ wenige Freiheitsgrade und das rotoraerodynamische Blattelement- Impulsverfahren ist nur mit einer Vielzahl empirischer Korrekturen anwendbar. Vor diesem Hintergrund beteiligt sich der SWE mit den folgenden drei Promotionsprojekten an der Entwicklung einer industrietauglichen Simulationsumgebung der nächsten Generation. Im Promotionsprojekt Bedeutung von rotoraerodynamischen und aeroelastischen Effekten für das strukturdynamische Verhalten von Windenergieanlagen von Stefan Hauptmann werden zunächst Simulationsverfahren durch den Einsatz des allgemeinen Mehrkörpersimulationsprogramms SIMPACK und erweiterte aerodynamische und aeroelastische Berechnungsmethoden (z.b. Wirbelleitermethoden, CFD) weiterentwickelt. Hierdurch wird eine genauere Beschreibung besonderer aerodynamischer Zustände, der Gesamtdynamik, der Komponentenbelastungen und deren Interaktion ermöglicht. Durch den systematischen Vergleich der Anwendung verschiedener struktur- und aerodynamischer Modelle innerhalb einer einzigen Simulationsumgebung soll die Bedeutung verschiedener aeroelastischer Einflüsse bei unterschiedlichen Anlagenkonzepten und Betriebsbedingungen systematisch untersucht werden. CFD-Simulation der Rotorströmung [IAG, Univ. Stuttgart] In Fortführung des zuvor genannten Projekts untersucht Denis Matha am Thema Aero-, hydro- und aeroelastische Modellierung und Analyse schwimmender Windturbinen mit Mehrkörpersimulation und CFD den Einsatz von CFD- Verfahren (Computational Fluid Dynamics) und Potentialströmungs-Verfahren (Free Wake Methods) in Kombination mit Mehrkörpersimulation und linearer Hydrodynamik zur Abbildung komplexer aerodynamischer Effekte schwimmender Windturbinen. Durch die teils großen Bewegungen der schwimmenden Plattform entstehen am Rotor aerodynamisch sehr komplexe Zustände, so dass nur CFD und Potentialströmungs-Verfahren in der Lage sind insbesondere die Interaktion mit dem eigenen Rotornachlauf, den dynamischen Strömungsabriss und ein erhöhtes Auftreten von starker Schräganströmung korrekt darzustellen. Die Integration dieser Verfahren in die Simulation der Gesamtdynamik und der Entwurfsbelastungen mit einfacheren und schnelleren Methoden wird ebenfalls untersucht. Die eigentliche Weiterentwicklung der CFD-Verfahren findet in einem weiteren Promotionsprojekt am Institut für Aero- und Gasdynamik (IAG) statt, mit dem eng kooperiert wird. Mehrkörpersimulation einer schwimmenden Windturbine

27 22 Forschung Mehrkörpersimulation des Gesamtsystems, einschließlich der Flexibilität des Maschinenträgers Die komplexe Dynamik des Gesamtsystems und der Anlagenkomponenten kann zu erheblichen Unsicherheiten in den Entwurfsannahmen und der Lebensdauer von Komponenten wie z.b. Triebstrang, Pitch- und Azimutsystem führen. Weitergehende Untersuchungen mit Mehrkörpersimulationen und neuen aerodynamischen Verfahren erfolgen im Promotionsprojekt von Thomas Hecquet Simulation und Verifikation des Einflusses der Anlagendynamik auf Triebstrangkomponenten von WEA. Es sollen verbesserte Verfahren für die Ermittlung der relevanten Auslegungslasten erarbeitet und durch Messungen validiert werden. Neue Wege zur Verringerung der Auslegungslasten und Verbesserung der Zuverlässigkeit sind zu suchen. Im Jahr 2010 konnten besonders relevante Erkenntnissen aus dem EU-Projekt ProTEST (bezüglich des Aufbaus von detaillierten Getriebemodellen und deren Validierung mit Messdaten) und aus der Kooperation mit der Fa. Intes (Einfluss der Verformungen des Triebstrangs auf Lasten, siehe Protest- Abschlussbericht, Unterkapitel 5.2) in 2011 gewonnen werden. CFD Simulation des Nachlaufs eines Windturbinen Rotors (li.), MKS Simulation einer schwimmenden Windturbine mit turbulentem Wind und Visualisierung der Blattbelastung (re.) Basierend auf den Erkenntnissen aus der Simulation von Windturbinen mit Mehrkörpersystem arbeitet Matthias Arnold im Rahmen des Forschungsprojekts Tidal Hydroelasticity in Kooperation mit der Fa. Voith bzw. Promotionsprojekt Hydroelasticity of Tidal Current Turbines an der Übertragung der Methodik auf Gezeitenströmungsturbinen. Hierzu wird ein detailliertes Modell einer Gezeitenströmungsturbine im Mehrkörpersimulationsprogramm Simpack aufgebaut und die Interaktion mit der Strömung analysiert. Hierzu wird die Strömung mit dem CFD-Code Ansys CFX simuliert. Die Kopplung dieser beiden Anwendungen stellt dabei den ersten Schritt dar. Diesem folgend werden dann diskrete Lastfallsituation ausgewählt und simuliert, um die für die Fluid- Struktur-Interaktion relevanten Komponenten zu identifizieren CAD-Modell der untersuchten Voith HyTide Gezeitenströmungsturbine

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