Die Berechnung der Restlebensdauer einer Windenergianlage (WEA) geschieht für jede der dynamisch belasteten Komponenten gesondert und ist deswegen stark abhängig von der Bauweise der WEA.
In der Regel bestehen die Türme von WEA aus kostengünstigen Stahlring- oder Stahlfachwerkkonstruktionen, größere Anlagen werden auch in Stahlbetonbauweisen durchgeführt. Innerhalb dieser unterscheidet man weiter zwischen Stahlbeton-, Spannbeton- und Hybridtürmen. Die zu führenden Nachweise sind hier getrennt für den Beton, die eingesetzte schlaffe Bewehrung sowie die
Spannstahlglieder des Systems zu erbringen.
Die vorliegende Arbeit beschränkt sich auf den Spannstahl und somit auf das Bauteil, von dem aufbauend aus Erfahrungen aus dem Brückenbau, vermutlich das höchste Gefahrenpotential für Langzeitschäden ausgeht.
Gemäß des derzeit gültigen Eurocode 2 wird für die Bemessung der Dauerschwingfestigkeit von Spannstahl die Wöhler-Linie in Verbindung mit der Palmgren-Miner-Schadensakkumulationshypothese herangezogen. Im Rahmen dieser Arbeit wird dieser Vorgehensweise folgend ein auf Microsoft Excel basierendes Tool entwickelt, das die Restlebensdauer von Spannstahlgliedern einer WEA durch Verwendung von am Turmkopf erfassten Beschleunigungdaten prognostiziert.
Hierfür wird in Kapitel 2 auf die Geschichte von WEA sowie die verschiedenen Konstruktionsarten der WEA-Türme eingegangen. In Kapitel 3.1 werden zunächst die Anforderungen an die Messdaten und Verfahren zum Pre-Processing beschrieben, bevor in Kapitel 3.2 die Erläuterung der gesamten Berechnungskette vom klassierten Schwingungskollektiv bis hin zur Restlebensdauerabschätzung erfolgt. Den Abschluss bilden in Kapitel 4 Zusammenfassung und Fazit sowie in Kapitel 5 ein Ausblick auf weitere Entwicklungsmöglichkeiten innerhalb des Themengebietes.
Inhaltsverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Formelverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Windenergieanlagen
- 2.1 Grundlagen
- 2.2 Turm-Konstruktionsarten
- 2.2.1 Stahlfachwerk
- 2.2.2 Stahlrohr
- 2.2.3 Stahlbeton
- 2.2.4 Spannbeton
- 2.2.5 Sonstige
- 3 Restlebensdauerprognose
- 3.1 Eingangsdaten
- 3.1.1 Anforderungen
- 3.1.2 Pre-Processing
- 3.2 Berechnung der Restlebensdauer
- 3.2.1 Berechnung der Dehnung
- 3.2.2 Berechnung der Spannungsschwingbreite
- 3.2.3 Berechnung der ertragbaren Schwingungszyklen
- 3.2.4 Abschätzen der Restlebensdauer
- 3.1 Eingangsdaten
- 4 Zusammenfassung und Fazit
- 5 Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Anhang
- A Parameter der Ermüdigungsfestigkeitskurve
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Hausarbeit befasst sich mit der Lebensdauerprognose für die Tragstruktur von Windenergieanlagen. Ziel ist es, ein grundlegendes Verständnis für die Überwachung von Windenergieanlagen mittels drahtloser Sensornetze zu entwickeln und die Möglichkeiten der Restlebensdauerprognose anhand von realen Messdaten zu untersuchen. Die Arbeit soll einen Einblick in die relevanten Berechnungsansätze und Methoden geben, die für die Lebensdauerprognose von Windenergieanlagen-Tragstrukturen relevant sind.
- Aufbau einer Windenergieanlagen-Tragstruktur mit Fokus auf Spannbetonstrukturen und deren Spannglieder
- Typische Lastkollektive für Windenergieanlagen
- Berechnungsansätze für den Ermüdungsfall von Windenergieanlagen (Wöhler-Ansatz, Palmgren-Miner-Regel)
- Rechnerische Konzeption der Restlebensdauerprognose mittels realen WEA-Messdaten
- Bewertung, Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in die Thematik der Lebensdauerprognose von Windenergieanlagen ein und erläutert die Bedeutung der Tragstrukturüberwachung. Kapitel 2 gibt einen Überblick über die verschiedenen Konstruktionsarten von Windenergieanlagen-Türmen, mit besonderem Fokus auf Spannbetonstrukturen. Kapitel 3 behandelt die Restlebensdauerprognose und beschreibt die notwendigen Eingangsdaten, die Berechnung der Restlebensdauer und die Abschätzung der ertragbaren Schwingungszyklen. Die Zusammenfassung und das Fazit fassen die wichtigsten Ergebnisse der Arbeit zusammen und geben einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Lebensdauerprognose, die Tragstruktur von Windenergieanlagen, Spannbetonstrukturen, Ermüdungsbeanspruchung, Wöhler-Ansatz, Palmgren-Miner-Regel, drahtlose Sensornetze, Restlebensdauer, Messdaten und Berechnungsansätze. Die Arbeit beleuchtet die Herausforderungen der Lebensdauerprognose für Windenergieanlagen und zeigt die Möglichkeiten der Anwendung von drahtlosen Sensornetzen und Prognosetechniken auf.
Häufig gestellte Fragen
Wie wird die Restlebensdauer einer Windenergieanlage berechnet?
Die Berechnung erfolgt komponentenweise unter Nutzung der Wöhler-Linie und der Palmgren-Miner-Schadensakkumulationshypothese.
Welche Turm-Konstruktionsarten gibt es bei WEA?
Es wird zwischen Stahlfachwerk-, Stahlrohr-, Stahlbeton-, Spannbeton- und Hybridtürmen unterschieden.
Warum liegt der Fokus der Arbeit auf Spannstahlgliedern?
Basierend auf Erfahrungen aus dem Brückenbau wird bei Spannstahl das höchste Gefahrenpotenzial für Langzeitschäden vermutet.
Wie helfen Sensordaten bei der Lebensdauerprognose?
Drahtlose Sensornetze erfassen Beschleunigungsdaten am Turmkopf, die in Dehnungen und Spannungsschwingbreiten umgerechnet werden, um die Ermüdung abzuschätzen.
Was ist die Palmgren-Miner-Regel?
Es ist eine Hypothese zur Schadensakkumulation, die berechnet, wie viele Schwingungszyklen ein Bauteil bei unterschiedlichen Belastungen ertragen kann, bevor es versagt.
- Citation du texte
- Jens Habegger (Auteur), 2014, Die Lebensdauerprognose für die Tragstruktur von Windenergieanlagen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/277600
