Windturbine in multidisziplinärer Simulationsumgebung

Die Simulation ist ein notwendiges Hilfsmittel bei der Analyse von Windenergieanlagen, da reale Tests aufgrund extremer Komponentenabmessungen sehr aufwändig sind. Im Verbundprojekt WindMUSE waren Simulationsmodelle von Windenergieanlagen und eine entsprechende Simulationsumgebung zu erarbeiten, um Windenergieanlagen ganzheitlich abbilden und analysieren zu können.

Die Simulationsumgebung war so zu gestalten, dass einerseits vorhandene DLR Expertise aus der Luftfahrt für die Windenergie nutzbar gemacht werden kann und andererseits, Realversuche auf der DLR Forschungsplattform Windenergie vorbereitet werden können. Damit sollte es möglich sein, Windenergieanlagen mithilfe von in der Luftfahrt etablierten, hochgenauen Verfahren genauer als üblich abbilden zu können, was durch Referenzrechnungen zu zeigen war. Darüber hinaus waren das bereits verfügbare Simulationsframework OneWind des Verbundpartners Fraunhofer IWES und die damit verbundene Kompetenz zu nutzen.

Dementsprechend waren Modelle und Simulationswerkzeuge aus allen wesentlichen Disziplinen wie Meteorologie, Aerodynamik, Faserverbund-Strukturen, Aeroelastik und Systemtechnik zu erarbeiten, um eine multidisziplinäre und ganzheitliche Simulation zu ermöglichen. Die Modellgüte war so zu gestalten, dass eine hochgenaue Abbildung der:

• zeitlich und räumlich stark variablen meteorologischen Anströmbedingungen und der meteorologischen Messtechnik,
• Rotordynamik, -aerodynamik, -statik (inkl. Festigkeit) und Turmdynamik mit entsprechender Analyse aeroelastischer Effekte,
• Rotorblattregelung,
• Aktuatorkonzepte zur aktiven Blattregelung sowie der Elemente des Abtriebs mit Wellen und Getrieben

ermöglicht wird.

Die Simulationsumgebung war so zu gestalten, dass:

• Simulationen automatisiert ausgeführt werden, da eine Vielzahl an Lastfällen bzw. Simulationsiterationen zu berechnen sind,
• die Austauschbarkeit von Modellen und Simulationswerkzeugen gegeben ist,
• eine gemeinsame Sprache zur parameterbasierten Beschreibung von Windenergieanlagen zur Verfügung steht,
• das Simulationsframework OneWind von Fraunhofer IWES genutzt wird und
• ein Echtzeitbetrieb die Einbindung von realen Geräten erlaubt.