Simulation Die Integration von HyperWorks in den Entwicklungsprozess von Windkraftanlagen

Acentiss, ein in der Luft- und Raumfahrt renommiertes Unternehmen, das seine Erfahrungen in den letzten Jahren unter dem Namen A²Wind verstärkt auch in den Bereich regenerative Energie und insbesondere Windkraftenergie ausgeweitet hat, hat mit der Software HyperWorks von Altair ein Entwicklungswerkzeug in seinen Produktentstehungsprozess integriert.

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Windkraftanlagen haben im Jahre 2011 in Deutschland insgesamt 46.500 GWh Strom erzeugt und liefern damit nach wie vor den höchsten Anteil unter den regenerativen Energieformen. Dabei werden die einzelnen Anlagen durch den Einsatz besserer Materialien und moderner Entwicklungswerkzeuge immer leistungsfähiger und wartungsärmer.

Insbesondere die optimierte Auslegung der aus verschiedenen Verbundmaterialien hergestellten Rotorblätter ist von großer Bedeutung, da sie die Grundlage einer effizienten Anlage bilden und im Entwicklungsprozess ein Kompromiss aus Geometrie, Aerodynamik, Steifigkeit, Gewicht und Herstellbarkeit gefunden werden muss. Acentiss, ein in der Luft- und Raumfahrt renommiertes Unternehmen, das seine Erfahrungen in den letzten Jahren unter dem Namen A²Wind verstärkt auch in den Bereich regenerative Energie und insbesondere Windkraftenergie ausgeweitet hat, hat mit der Software HyperWorks von Altair ein Entwicklungswerkzeug in seinen Produktentstehungsprozess integriert. Das soll die Ingenieure bei ihren Entwicklungsaufgaben unterstützen und den gesamten Entwicklungsprozess, bis hin zur Zertifizierung einzelner Rotorblätter, durch automatisierte Prozesse beschleunigen.

Alle Einflussgrößen bestmöglich berücksichtigt

Der Ausfall einer Windkraftanlage ist meist mit hohen Kosten verbunden. Daher müssen bereits bei der Planung und Auslegung alle Einflussgrößen bestmöglich berücksichtigt werden. Dabei stellt die Entwicklung eines optimalen Designs der Rotorblätter eine der größten Herausforderungen dar.

Hierbei ist zu beachten, dass die Einflussgrößen Masse, Aerodynamik und Lasten eng miteinander verknüpft sind. Die aerodynamischen Lasten werden in der Regel mit der zweidimensionalen Blattelementtheorie berechnet. Darüber hinaus muss das dynamische Verhalten des Gesamtsystems betrachtet werden, das durch die Steifigkeit und Masseverteilung der Rotorblätter, des Getriebes und des Generators sowie von Gondel und Turm bestimmt wird.

Sowohl die Rotormasse als auch die -steifigkeit ändern sich während eines Optimierungsprozesses. Dies führt hinsichtlich der Bestimmung der aerodynamischen und dynamischen Lasten sowie den strukturellen Eigenschaften zu einem iterativen Prozess.

Betrachtet man den Aufbau eines Rotorblattes, so zeigt sich, dass die einzelnen Tragwerkselemente unterschiedliche Lasten aufnehmen. Die auftretenden Biegemomente, Scherkräfte und Torsionsmomente bestimmen somit die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit der einzelnen Bestandteile. (Randbedingungen bei der Auslegung von Windkraftanlagen)

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