Entwicklung von Windenergieanlagen
Virtuelle Hagelstürme testen WEA
Bei der Entwicklung und Produktion von Windenergieanlagen (WEA) setzen immer mehr Hersteller auf branchenspezifische Software-Lösungen, mit denen sich Konstruktionen vorab simulieren und visualisieren lassen. So können Produkteinführungszeiten deutlich verkürzt und Kosten gespart werden.
Die Windbranche befindet sich aktuell im Umbruch. Einerseits hat die Nachfrage nach erneuerbaren Energien zugenommen: Allein in Nord- und Ostsee sollen in den kommenden Jahren über 20 neue Windparks mit mehr als 2000 WEA in Betrieb gehen, und weltweit haben sich mehrere Staaten das Ziel gesetzt, den Anteil der Windkraft an der Energieerzeugung bis 2030 auf 20 Prozent zu erhöhen. Andererseits setzen schärferer Wettbewerb, rückläufige staatliche Subventionen und gesunkene Erdgaspreise die WEA-Hersteller unter Druck. Um wettbewerbsfähig zu sein, müssen sie ihre Entwicklungs-, Produktions- und Betriebskosten reduzieren. Und sie müssen die Zeitspanne zwischen Produktentwicklung und Produkteinführung verkürzen, bei gleichzeitiger Steigerung der Leistung und Zuverlässigkeit ihrer WEA – ein Balanceakt. Spezialisierte Software-Lösungen unterstützen Hersteller bereits dabei, diesen Herausforderungen des Marktes gerecht zu werden. So bietet etwa der Software-Hersteller Dassault Systèmes Unternehmen die Branchenlösung »Nachhaltige Windkraftanlagen«, die auf der Plattform »3DEXPERIENCE« beruht und eine umfassende Lösung zur Konstruktion, Analyse und Produktionsplanung von WEA darstellt.
Vom Vorentwurf bis zum Rotorblatt
Die Konstruktion von WEA ist ein hochkomplexer Prozess. Das gilt nicht zuletzt für das Design von Rotorblättern, die mit einem Anteil von 20 bis 25 Prozent an den Gesamtkosten zu den teuersten Komponenten von WEA zählen. Sie sind einer Vielzahl von Belastungen ausgesetzt, von hohen Windgeschwindigkeiten bis zur Vereisung. Heutzutage werden sie meist aus Faserverbundwerkstoffen hergestellt, weil diese unter anderem eine hohe Steifigkeit und Verschleißfestigkeit sowie ein geringes Gewicht zeigen. Die Konstruktion erfordert Fertigungsablaufstudien, aerodynamische Berechnungen sowie Belastungs- und Lebensdauerprüfungen.
Deshalb lassen sich Rotorblätter nur im Zuge einer engen, disziplinübergreifenden Zusammenarbeit entwickeln und weiterentwickeln. Auch wenn viele Hersteller den anspruchsvollen Konstruktionsprozess schon 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 Software-Lösungen. Wenn aber die einzelnen Abteilungen nicht über eine gemeinsame Informationsplattform verfügen, nimmt der nötige Datenaustausch dazwischen viel Zeit in Anspruch. Hinzu kommt, dass die manuelle Datenübertragung zwischen den Abteilungen eine zusätzliche Fehlerquelle darstellt. Durchgängige Software-Lösungen helfen, alle Prozessschritte der Entwicklung von Rotorblättern – und der gesamten WEA – auf einen Nenner zu bringen. So deckt zum Beispiel die Branchenlösung »Nachhaltige Windkraftanlagen« die komplette Prozesskette der Entwicklung ab: Vorentwurf, Detailkonstruktion und statische Berechnung ebenso wie Simulation und Herstellbarkeitsanalyse. Sie bietet zudem eine Arbeitsumgebung, die die disziplinübergreifende Zusammenarbeit erleichtert. Denn alle Beteiligten greifen über eine zentrale Plattform auf ein und dieselbe Datenquelle zu. So können Konstrukteure, Ingenieure und Fertigungsplaner effizient an zuverlässigen WEA arbeiten – unabhängig davon, in welcher Abteilung und von welchem Standort aus sie tätig sind. 3D-Visualisierungen vereinfachen dabei die Validierung der Entwürfe und den Informationsaustausch.
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