{"id":1262,"date":"2021-11-24T11:26:13","date_gmt":"2021-11-24T11:26:13","guid":{"rendered":"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/?p=1262"},"modified":"2022-04-27T08:13:01","modified_gmt":"2022-04-27T08:13:01","slug":"vereinte-windenergie-kompetenzen-fuer-virtuelle-turbinenmodelle","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/vereinte-windenergie-kompetenzen-fuer-virtuelle-turbinenmodelle\/marcus-wiens","title":{"rendered":"Vereinte Windenergie-Kompetenzen f\u00fcr virtuelle Turbinenmodelle"},"content":{"rendered":"\n<p class=\"wp-block-paragraph\">In der Windenergie basieren viele Analysen auf virtuellen Modellen. Diese Simulationsmodelle sind jedoch nicht f\u00fcr jede reale Windturbine frei verf\u00fcgbar. Durch einen innovativen Ansatz l\u00f6st das Fraunhofer IWES dieses Problem.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Wissenschaftler*innen am IWES arbeiten an dem \u201eGeneric Wind Turbine Design Tool\u201c-Verfahren (kurz: GeWinDT), um f\u00fcr jede Windenergieanlage (WEA) im Feld ein passendes virtuelles Abbild zu erzeugen. Das virtuelle Abbild erlaubt die Nachbildung des Turbinenverhaltens und der Turbinenbelastung am konkreten Standort der WEA. Normalerweise haben Betreiber von WEA keinen Zugriff auf solche sogenannten Lastenmodelle, ben\u00f6tigen deren Informationen jedoch zur Beurteilung von Fragestellungen wie der Laufzeitverl\u00e4ngerung oder des Anlagenzustandes. Diesen Bedarf bedient das IWES.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Fachexpert*innen b\u00fcndeln in dem \u201eGeWinDT\u201c-Verfahren ihre Expertise mit einer Vielzahl frei verf\u00fcgbarer Daten, darunter Datenbanken zu Anlagenkenngr\u00f6\u00dfen und generischen Windturbinenmodellen aus dem Bereich der Lastrechnung. Die Anlagenkenngr\u00f6\u00dfen beziehen sich unter anderem auf die Leistungskurve, Rotordurchmesser und die H\u00f6he des Turms. \u00dcblicherweise liegen diese Parameter der WEA dem Anlagenbetreiber vor, sodass hier in Zusammenarbeit ein virtuelles Modell entsteht. Im n\u00e4chsten Schritt kombinieren die Wissenschaftler*innen gewichtete Interpolations- und Optimierungsans\u00e4tze, um das Design des komplexen Windturbinenrotors zu bestimmen. Dabei werden die geometrischen Gr\u00f6\u00dfen und die aerodynamischen Eigenschaften mit Hilfe einer Datenbank bestimmt. Ein detailliertes Turmdesign vervollst\u00e4ndig schlie\u00dflich das <a href=\"http:\/\/mowit.info\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">virtuelle Modell<\/a>. Mittels Messdaten werden die Dynamik und die Eigenfrequenzen des Modelles kalibriert, sodass diese mit der WEA im Feld \u00fcbereinstimmen. Zur Sicherstellung der Plausibilit\u00e4t des Modells nutzen die Expert*innen des IWES ein bew\u00e4hrtes <a href=\"https:\/\/iopscience.iop.org\/article\/10.1088\/1742-6596\/1618\/5\/052026\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Verfahren<\/a>, bestehend aus dynamischen Simulationen und <a href=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/anlagenbetrieb-mit-regelung-laeuft-es\/marcus-wiens\/\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Optimierung der Anlagenregelung<\/a>. Im Gegensatz zu bisherigen Skalierungsans\u00e4tzen, entsteht hier ein neues Design f\u00fcr die jeweilige WEA und damit ein neues virtuelles Modell.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1200\" height=\"900\" src=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/Featured_Image_GeWinDT_de.jpg\" alt=\"IWES-GeWinDT-Verfahren f\u00fcr virtuelle Turbinenmodelle Grafik\" class=\"wp-image-1260\" srcset=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/Featured_Image_GeWinDT_de.jpg 1200w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/Featured_Image_GeWinDT_de-400x300.jpg 400w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/Featured_Image_GeWinDT_de-698x524.jpg 698w, https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/Featured_Image_GeWinDT_de-768x576.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 1200px) 100vw, 1200px\" \/><figcaption><em>Das IWES-GeWinDT-Verfahren f\u00fcr virtuelle Turbinenmodelle. \u00a9 Fraunhofer IWES<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\"><strong>Die virtuellen Turbinenmodelle k\u00f6nnen vielf\u00e4ltig eingesetzt werden<\/strong><\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Durch diesen Designprozess werden wirtschaftlich relevante Analysen von WEA in einem erh\u00f6hten Detailierungsgrad erm\u00f6glicht. Das IWES nutzt die virtuellen Turbinenmodelle zur Beurteilung des Lebensdauerverbrauchs und der Restlebensdauer der WEA. Dazu wird die Lastrechnung mit dem virtuellen Modell und den Windbedingungen am Standort der WEA durchgef\u00fchrt. Daraus erh\u00e4lt man die Belastungen der WEA und kann deren Standsicherheit berechnen. Ein Vergleich mit den Auslegungslasten aus der Designphase<a> <\/a>der WEA liefert dann die Lebensdauerreserven.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Informationen der virtuellen Modelle flie\u00dfen au\u00dferdem in eine intelligente Windparkregelung ein, mit der das IWES einen optimalen Betriebspunkt f\u00fcr die Belastung einzelner WEA und die erzeugte Leistung des Windparks findet. Die virtuellen Modelle&nbsp;berechnen Einflussgr\u00f6\u00dfen zur Beurteilung der Interaktion der einzelnen WEA im Windpark durch deren Nachl\u00e4ufe.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\"><strong>Weitere Anwendungsm\u00f6glichkeiten virtueller Modelle<\/strong><\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Weitere Anwendungen des \u201eGeWinDT\u201c-Verfahrens ergeben sich im Bereich Digitalisierung. F\u00fcr den Aufbau eines \u201edigitalen Zwillings\u201c wird immer ein virtuelles Modell ben\u00f6tigt: Im ersten Schritt tr\u00e4gt das IWES durch den Aufbau des virtuellen Modells dazu bei. Im zweiten Schritt wird das virtuelle mit dem realen System verbunden. Dabei greifen die Wissenschaftler*innen auf die Expertise der in der <a href=\"https:\/\/zenodo.org\/record\/3518727\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Hardware-in-the-Loop Simulation am IWES-Gondelpr\u00fcfstand<\/a> Dynamic Nacelle Testing Laboratory (DyNaLab) zur\u00fcck. Dieser WEA-Zwilling bietet eine Vielzahl virtueller Belastungs- und Bewegungssensoren, womit die bei WEA \u00fcbliche Sensorik optimal erg\u00e4nzt wird. Die virtuellen Sensoren geben dem Betreiber von WEA Aufschluss \u00fcber die Turbinendynamik auch an Stellen, wo die Installation herk\u00f6mmlicher Sensorik zu schwierig oder unwirtschaftlich ist. Die so entstehenden neue M\u00f6glichkeiten nutzt das IWES zur System\u00fcberwachung und Fehlerfr\u00fcherkennung.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"has-black-color has-text-color wp-block-paragraph\">Das Thema \u201evirtuelle Turbinenmodelle\u201c hat Potenzial: Mithilfe der Modelle k\u00f6nnen nicht nur Fragen zur Lebensdauer oder Lastabsch\u00e4tzung f\u00fcr Betreiber beantwortet werden, sondern auch Analysen zur Leistungsoptimierung in Windparks durchgef\u00fchrt werden. Als \u201eDigitaler Zwilling\u201c von WEA bilden die virtuellen Modelle das R\u00fcckgrat f\u00fcr die Digitalisierung der Windindustrie.<\/p>\n\n\n\n<h4 class=\"wp-block-heading\"><strong>Mehr Informationen hier:<\/strong><\/h4>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><a href=\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/anlagenbetrieb-mit-regelung-laeuft-es\/marcus-wiens\/\">Anlagenbetrieb: Mit Regelung l\u00e4uft es<\/a><\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><a href=\"https:\/\/www.iwes.fraunhofer.de\/de\/testzentren-und-messungen\/gondelpruefung.html\">Gondelpr\u00fcfung und Untersuchung der elektrischen Eigenschaften (fraunhofer.de)<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>In der Windenergie basieren viele Analysen auf virtuellen Modellen. Diese Simulationsmodelle sind jedoch nicht f\u00fcr jede reale Windturbine frei verf\u00fcgbar. Durch einen innovativen Ansatz l\u00f6st das Fraunhofer IWES dieses Problem. 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