weiterbetrieb von windkraftanlagen: ohne lastsimulation...
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TEMBRA Company Profile – 200dpi (2008.10.13)
Weiterbetrieb von Windkraftanlagen: Ohne Lastsimulation geht es nicht!
11. 11. 2015
It’s your business that matters
Dipl.-Ing. Christian Kasubek [email protected] TEMBRA GmbH & Co. KG Warschauer Str. 38 10243 Berlin
Entwicklung und Design von effizienten Windkraftanlagen
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Seit 25 Jahren
TEMBRA GmbH & Co. KG Warschauer Str. 38 10243 Berlin T: +49 30 2000 339- 0 F: +49 30 2000 339 99 www.tembra.com
• Konzeptentwicklung
• Lastsimulation
• Konstruktion
• Festigkeitsberechnungen
• Protypenzertifizierung
• Überwachung der Aufstellung und Inbetriebnahme
• Beratung zur Planung der Serienfertigung
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Vom Entwurf bis zur Serie
Wir begleiten Sie durch den gesamten Prozess
In Indien …
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China …
Südkorea … und Deutschland.
Unsere Kunden
Anlagen-entwicklungen
6.0 MW
3.0 MW
2.7 MW
2.5 MW
2.0 MW
1.5MW
100 kW
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Segment 2
Weight: 42t Length: 18 m
Segment 1
Weight: 65t Length: 17.5 m
Segment 3
Weight : 32t Length: 18 m
Segment 4
Weight: 34t Length: 25 m
Stahlrohrtürme Gittertürme Adapter
Tragstrukturen
Design & Berechnung
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Forschung und Entwicklung
Entwicklung einer flexiblen Hinterkante
• Aerodynamic profile design & CFD simulations • Concept kinetic structures- design and simulation
Turmeinbauten für KF 90
• Gewichtsoptimiertes Turmdesign: 10% weniger Kosten
Weiterbetrieb nach 20 Jahren
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• Typenprüfung • Baugenehmigung • BImSchG-Genehmigung
Materialermüdung
Verschleiß
Designzustand
Potenzial
Gründe für den Weiterbetrieb
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• Gewinnmaximierung bereits abgeschriebener Anlagen • EEG-Vergütung für Altanlagen bis 2020 • Erhalt von Standorten und bewährter Technologie
Vestas V44-600kW NH53m S46/750kW NH60m
Inbetriebnahme 01.04.1995 01.04.1997
EEG Referenzertrag (in 5 Jahren) 5633594 kW* 7746747 kW*
Standortqualität 70 % 60 %
Verfügbarkeit 95 % 95 %
Betriebszeit mit EEG-Vergütung nach 20 Jahren
5 Jahre 3 Jahre
Mögl. EEG Vergütung bei Weiterbetrieb (vor Abzug aller BK)
340 954€ 241 121 €
* Quelle: Fördergesellschaft Windenergie und andere Erneuerbare Energien
Nachweismethoden
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Analytisch Quantitative Beurteilung der Materialermüdung
TEMBRA
• Weiterbetriebszeiten basieren auf Berechnungen
• höhere wirt. Planungssicherheit • Beurteilung nicht zugänglicher
Stellen
Praktisch Ermittlung des Anlagenzustands (WKP, Schwachstellen, Betriebsdaten)
• Weiterbetriebszeiten basieren auf den Erfahrungen des Sachverständigen
• Gesicherter Weiterbetrieb kürzer, im Vergleich zur Verwendung analy. Methoden
• Vereinfachter Nachweis mit geringerem wirt. Aufwand, aber auch geringerer wirt. Planungssicherheit
Konzept: Weiterbetrieb
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Schritte auf dem Weg zum Weiterbetrieb: 1. Ermittlung des Anlagenzustands
2. Rekonstruktion der Belastungen
3. Berechnung der Restnutzungsdauer
4. Zusammenfassung der Ergebnisse und Festlegung eines
möglichen Weiterbetriebs mit erforderlichen Auflagen
Das Vorgehen im Detail
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1. Ermittlung des Ist-Anlagenzustands (praktisch)
Begehung der WKA (WKP)
Ermittlung aktueller Standortbedingungen
Ermittlung des Anlagenverhaltens
• Schwachstellenermittlung (Risse, Erfahrung) • Sichtung aller Unterlagen • Überprüfung/Ermittlung v. Anlagenparametern • Erste Einschätzung über Weiterbetriebspotenzial
• Windgutachten • Windmessungen
• Kurzzeitlastmessung (Rotorunwucht, Regelgrößen, Eigenfrequenzen)
Das Vorgehen im Detail
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2. Rekonstruktion der Belastungen (analytisch)
Ermittlung der Designlasten
Ermittlung der real erlebten Belastungen
Lastvergleich mit DEL
• Lastsimulation mit Designannahmen • Mögl. ursprünglicher Designlasten vorhanden
• Lastsimulation mit Parametern des Ist-Zustands • Lastmessung
• Beurteilung der Laständerung zwischen Designannahmen und realer WKA
Das Vorgehen im Detail
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3. Ermittlung der Restnutzungsdauer (analytisch)
Komponenten-lastvergleich
Festigkeitsnachweis der Schwachstelle
Definition einer Restlaufzeit
• Ermittlung der Lebensdaueränderung für jede relevante Komponente (DEL + Wöhlerexponenten der Komponente)
• Genauer Nachweis der Schwachstelle für eine sichere Weiterbetriebsaussage nach Stand der Technik
• Quantitative Angabe der Restlaufeit auf Basis der Analytik
Festigkeitsnachweise
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Kriterien für die Durchführung von Festigkeitsnachweisen: 1. Fall: Komponente ohne Schaden: Annahme: Designberechnung richtig ausgelegt für 20a Komponentenbewertung mit DEL Vergleich ausreichend 2. Fall: Komponente ohne Schaden, aber Schwachstelle aus Erfahrung Designannahmen weichen offensichtlich von realen Bedingungen ab oder Berechnungsverfahren der Typenprüfung nicht ausreichend Empfehlung: Neuer Festigkeitsnachweis nach Stand der Technik 3. Fall: Komponente mit Schaden an der betrachteten WKA Bruchmechaniknachweis oder Austausch der Komponente
Das Vorgehen im Detail
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3. Ermittlung der Restnutzungsdauer (analytisch)
Komponenten-lastvergleich
Festigkeitsnachweis der Schwachstelle
Definition einer Restlaufzeit
• Ermittlung der Lebensdaueränderung für jede relevante Komponente (DEL + Wöhlerexponenten der Komponente)
• Genauer Nachweis der Schwachstelle für eine sichere Weiterbetriebsaussage nach Stand der Technik
• Quantitative Angabe der Restlaufeit auf Basis der Analytik
Das Vorgehen im Detail
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4. Gutachterlicher Stellungnahme
Zusammenfassung der Ergebnisse
Aussage ob Restnutzung mögl.
Definition einer sicheren
Weiterbetriebszeit
Ggf. Definition von Auflagen für den Weiterbetrieb
Turbulenz nach NTM
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Turbulenz nach Normalturbulenzmodell Entwicklung der Fatigue-Lasten
Linearer Zusammenhang zw. Veränderung der Turbulenz und Betriebslasten
Turbulenz nach NTM
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Standort Turbulenz Entwicklung der Fatigue-Lasten
Reale Turbulenzverteilung löst linearen Zusammenhang auf
Zusammenfassung
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• Anwendungserfahrung analyt. Nachweise aus Vielzahl von Designprojekten (100kW-6MW)
• Sachverständigentätigkeit
• Praktische Erfahrung – Anlagenanalyse, Prototypenbetreuung
• Standortspezifische Lastrechnung
- Designkundenprojekte (1.5 / 2MW ) - Windparkbetreiber (250 / 750 kW)