WindMUSE Schlussbericht: Windturbine in multidisziplinärer Simulationsumgebung

Reale Tests von Windenergieanlagen sind, aufgrund der grosen Komponentenabmessungen und wegen der benotigten Extremlasten durch Wind oder Stromnetz, sehr aufwandig. Die Simulation ist ein notwendiges Hilfsmittel bei der Analyse von Windenergieanlagen. Die Gute dieser Analyse hangt stark von der Gute der verwendeten Simulationsmodelle und deren multidisziplinarer Interaktionsfahigkeit ab. Ziel des Projekts WindMUSE war, die langjahrigen Erfahrungen beider Verbundpartner, DLR und Fraunhofer IWES, bezuglich hochgenauer multidisziplinarer Modellierung in einem Optimum zu bundeln. Das DLR brachte Methoden, Modelle und Werkzeuge aus der Luftfahrt bezuglich der Abbildung von Wind, atmospharischer Grenzschicht, Rotoraerodynamik und -aeroelastik, Strukturdynamik und Systemtechnik mit ein und das Fraunhofer IWES brachte langjahrige Erfahrungen aus der Entwicklung des Simulationsframeworks OneWind® ein. Entstanden ist eine flexible Simulationsumgebung mit einer werkzeugunabhangigen Beschreibungssprache fur Windturbinen, einem Modellgenerator zur Mehrkorpersimulation, einer Komponentenbibliothek mit standardisiertem Functional Mock-up Interface (FMI), der Integrationsfahigkeit weiterer Simulationstools und mehreren transparenten Beispielworkflows. Die Modellbibliothek bildet neben dem flexiblen Turm und Rotor die Meteorologie inkl. konvektiver Grenzschicht, CFD-berechnete 360° Profilpolaren, Abwind- und Querstromeffekte sowie den kompletten Antriebstrang ab. Es wurde gezeigt, dass sich die WindMUSE-Umgebung eignet, eine Blattstrukturdimensionierung mit der Lastrechnung automatisiert zu koppeln, einen alternativen Regler zu testen und reale Hardware im Echtzeitbetrieb zu integrieren. Damit eignet sich die Umgebung auch als Vorbereitung fur Realversuche auf der DLR Forschungsplattform Windenergie, mit deren Hilfe kunftig die verwendeten Modelle gegenuber Messdaten validiert und z.B. bzgl. elektrischer Komponenten erweitert werden konnen.