D-A-CH TAGUNG 2011 - SGEB

5 MODELLIERUNG ERMÜDUNGSRELEVANTER WINDEINWIRKUNGENDer aktuelle Stand von Forschung und Technik zu ermüdungsrelevanten Beanspruchungskollektivenfür Windenergieanlagen unterscheidet zwischen Beanspruchungen infolge vonWindkraftgrößen am Rotor, Massenkräften des Rotors und dynamischen Kräften auf dasTragwerk. Die windinduzierten Beiträge der Turbulenz zu den Ermüdungslasten werden üblicherweiseaus dem Grundensemble der Böeneinwirkungen auf die Gesamtstruktur (Rotor,Gondel und Turm) ermittelt. Zur Beschreibung der stochastischen Böenensembles am Standortder WEA durch Rayleigh- oder Weibullverteilungen, werden statistische Werte nahe gelegenerWetterstationen auf den Anlagenort übertragen. Die dazu erforderlichen Verfahrenwerden normalerweise dazu verwendet, eine überschlägige Ermittlung der Windausbeute vorzunehmen[5, 6]. Bei der Beschreibung des Windfeldes basiert die quantitative Beschreibungder Komplexität des Terrains grundsätzlich auf der Bestimmung von Modellparametern. Dieaktuelle Forschung hat gezeigt, dass für die Ermittlung der jeweils standortspezifischen Energieausbeuteund zur Festlegung der mechanischen Windeinwirkungen nicht nur verschiedeneParametersätze verwendet werden müssen, sondern auch angepasste Modelle [7]. Derzeitwerden die anzusetzenden Turbulenzwertebei unterem und oberemLastbetrieb der WEA bis zum Abschaltvorgangbei Extremwind intensivdiskutiert. Der Grund dafürsind die Unterschiede zwischen denTurbulenzintensitäten nach DIN1055-4:2005-03 und den Modellennach DIN EN 61400. Die Ursachenfür die festgestellte Streubreite ge-Abb. 4: Windstatistik eines Tagesmessener Turbulenzintensitätensind hauptsächlich Effekte dernicht-neutral geschichteten Atmosphäre,wie etwa der Thermik. DieNachweise gegen Ermüdung vonTragstrukturen bei WEA basierenderzeit überwiegend auf Ersatzmodellen,wobei möglichst alle relevantenErmüdungslasten miteinanderüberlagert werden, um so zu einer weitgehend realistischen rechnerischen Quantifizierungder Effekte infolge Ermüdung zu kommen. Für die Tragstruktur wird vornehmlich ein Biegemomentenkollektivnach [8] oder [9] verwendet, welches auf die sechs rotorkraftinduziertenSchnittgrößen, bestehend aus Momenten, Querkräften und Schub am Kopf der WEA zurückgeführtwird. Das Windfeld wird mit einem Ultraschallanemometer in 13 Metern Höheund mit dem Schalenkreuzanemometer der WEA in 67 Metern Höhe gemessen. Mit diesenZeitreihen können Windstatistiken berechnet werden, z.B. Windrosen und Weibullverteilungen(Abb. 4). Dadurch ist es möglich, Windlastkollektive mit Informationen zur Windrichtungzu versehen. Dieses kann eine wichtige Rolle bei den Ermüdungsberechnungen spielen.Zur besseren Erfassung und Abbildung der stochastischen Anteile der Einwirkungskollektivewird das Modell des Windfeldes weiter verfeinert. Zudem ist eine Verfeinerung der Windfeldmodellierungim Hinblick auf die Höhenentwicklungen von Profilen der mittleren Windgeschwindigkeitenbzw. der Turbulenzintensitäten erforderlich. Für die Klassifizierung derLandnutzung können Daten des CORINE-Katasters (Coordinated Information on the EuropeanEnvironment) verwendet werden.2426