CAD-Software

Windturbinen im virtuellen Härtetest

| Redakteur: Monika Zwettler

Eine Windturbine ist eine äußerst komplexe Konstruktion. Dank frühzeitiger und realistischer Simulation können Hersteller Produkteinführungszeiten und Kosten senken.
Eine Windturbine ist eine äußerst komplexe Konstruktion. Dank frühzeitiger und realistischer Simulation können Hersteller Produkteinführungszeiten und Kosten senken. (Bild: Vestas)

Bei der Entwicklung und Produktion von Windturbinen setzen immer mehr Hersteller auf branchenspezifische Softwarelösungen. Diese können Produkteinführungszeiten deutlich verkürzen und Unternehmen viel Geld sparen, unter anderem weil sie die Konstruktionen vorab und realistisch am Computer simulieren.

Die Windenergie-Industrie befindet sich im Umbruch: Einerseits sehen Experten, dass die Stromerzeugung der Zukunft in der Windenergie liegt. Bis 2025 könnten etwa 10 % des weltweiten Energieverbrauchs durch Windenergie gedeckt werden. Vor allem Offshore-Anlagen spielen eine wichtige Rolle, da die Wetterverhältnisse auf dem Meer deutlich besser sind als an Land und durch die starken und stetig wehenden Winde auf See fast doppelt so viel Strom erzeugt werden kann. Wie die Stiftung Offshore Windenergie im Januar dieses Jahres bekannt gab, betrug die Stromerzeugung aus Windenergie auf See im letzten Jahr etwa 13 Terawattstunden. Das entspricht einem Anstieg um fast 57 % im Vergleich zu 2015.

Der Balanceakt in der Windenergie

Auf der anderen Seite setzen der zunehmende Wettbewerb, rückläufige staatliche Subventionen und die gesunkenen Erdgas-Preise Hersteller von Windkraftanlagen unter Druck. Um wettbewerbsfähig zu sein, müssen sie ihre Entwicklungs-, Produktions- und Betriebskosten reduzieren. Und sie müssen die Zeitspanne zwischen Produktentwicklung und Produkteinführung drastisch verkürzen – bei gleichzeitiger Steigerung der Leistung und Zuverlässigkeit ihrer Windkraftanlagen – ein Balanceakt. Spezialisierte Softwarelösungen unterstützen Hersteller bereits dabei, diesen Herausforderungen des Marktes gerecht zu werden. So bietet zum Beispiel Dassault Systèmes mit seiner Branchenlösung „Sustainable Wind Turbines“ basierend auf der 3D-Experience Plattform eine umfassende Lösung zur Konstruktion, Analyse und Produktionsplanung von Windturbinen.

Vom Vorentwurf bis zum Rotorblatt

Die Konstruktion von Windturbinen ist ein komplexer Prozess. Das gilt nicht zuletzt für das Design von Rotorblättern, die mit einem Anteil von 20 bis 25 % an den Gesamtkosten einer Windturbine zu den teuersten Komponenten zählen. Sie sind einer Vielzahl an Belastungen ausgesetzt, von hohen Windgeschwindigkeiten bis zur Vereisung. Heutzutage werden sie meist aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt. Denn diese verfügen unter anderem über eine hohe Steifigkeit und Verschleißfestigkeit sowie über ein geringes Gewicht. Die Konstruktion erfordert Fertigungsablaufstudien, aerodynamische Berechnungen sowie Belastungs- und Lebensdauerprüfungen. Deshalb lassen sich Rotorblätter nur im Zuge einer engen, disziplinübergreifenden Zusammenarbeit entwickeln und weiterentwickeln.

Optimierungschancen nutzen

Auch wenn viele Hersteller den Konstruktionsprozess bereits sehr gut beherrschen, verschenken einige noch immer Optimierungschancen, die sie teuer zu stehen kommen. So sind Vorentwurf, Detailkonstruktion, Berechnungsverfahren und Produktion meist noch voneinander abgeschottete Prozesse, unterstützt durch isolierte Softwarelösungen. Wenn die einzelnen Abteilungen nicht über eine gemeinsame Informationsplattform verfügen, nimmt der notwendige Datenaustausch dazwischen viel Zeit in Anspruch. Zeit, die die Kosten in die Höhe treibt und vor allem die Produkteinführungszeit verlängert. Hinzu kommt, dass die manuelle Datenübertragung zwischen den Abteilungen eine zusätzliche Fehlerquelle darstellt.

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