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 ck@tembra.com 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)