Überwachung und Modellierung der Tragstruktur von Windenergieanlagen

Grundlage für die Erstellung eines Digitalen Zwillings ist ein geeignetes Modell mit einer engen Verbindung zur Realität in Form von Messdaten. In diesem Beitrag wird erläutert, wie Modell und Messdaten der Tragstruktur einer Windenergieanlage gewonnen werden können. Das Vorgehen wird an einer realen Anlage mit Beton/Stahl‐Hybridturm umgesetzt. Das Monitoring umfasst die Überwachung von Schwingungen, Dehnungen und Temperatur sowie eine Ermittlung des dynamischen E‐Moduls im Betonteil durch Schallgeschwindigkeitsmessungen. Als Modell wurde ein Finite‐Elemente‐Modell mit Schalenelementen gewählt, welches Versteifungseffekte aus statischen Lasten berücksichtigt. Ein Abgleich zwischen Modell und Realität ist die wichtigste Voraussetzung für die Verwendung eines Digitalen Zwillings: Daher wird eine mehrstufige Modellvalidierung anhand modaler Parameter und lokaler Materialspannungen durchgeführt. Der Digitale Zwilling bietet verschiedene Nutzungsszenarien; hier wird eines exemplarisch durchgeführt, die Ermüdungsberechnung und Restlebensdauerabschätzung. Dafür werden Materialspannungen an hoch belasteten Positionen anhand von Messdaten und Modell ermittelt. Das Ergebnis sind aktuell noch unrealistisch hohe Lebensdauern für den Betonteil. Die Ergebnisse basieren auf relativ kurzen (1 Stunde, 24 Stunden) Spannungszeitreihen. Dies könnte eine Ursache für die hohen Werte sein. Es könnte auch ein Hinweis darauf sein, dass Materialermüdung einen für den Betonteil unkritischen Lastfall darstellt.