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SFB 1463:  Integrierte Entwurfs- und Betriebsmethodik für Offshore-Megastrukturen

Fachliche Zuordnung Bauwesen und Architektur
Informatik, System- und Elektrotechnik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Mathematik
Physik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung Förderung seit 2021
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434502799
 
Das Ziel des SFB bleibt die Entwicklung einer integrierten Entwurfs- und Betriebsmethodik auf Grundlage des Konzepts eines digitalen Zwillings. Diese Entwicklung geht weit über den sequentiellen Entwurf nach dem Stand der Forschung hinaus, was die Erforschung der physikalischen, konzeptionellen und methodischen Grundlagen erforderlich macht. Als Offshore-Megastrukturen definiert der SFB schlanke Strukturen von Offshore-Windenergieanlagen mit einer Nennleistung von mehr als 20 MW. Diese Megastrukturen weisen enorme Abmessungen und Massen auf und interagieren hochdynamisch mit ihrer Umgebung. Nach dieser Definition sind die neuesten industriellen Turbinen bereits fast Megastrukturen. Die größte aktuelle Turbine, die chinesische MySE 16-260, hat eine Nennleistung von 16 MW. Es ist möglich, dass die ersten Offshore-Megastrukturen in der beantragten zweiten Förderperiode gebaut werden. Diese Tatsache schmälert nicht die Relevanz der Grundlagenforschung im SFB, sondern unterstreicht sie. Sie betont, dass Offshore-Megastrukturen für die zukünftige Energieerzeugung unverzichtbar werden. Außerdem baut die Industrie zwar bereits Windturbinen nahe an Megastrukturen, aber es gibt keine Erfahrung mit dem Betrieb dieser über 25 Jahre oder länger. Die Industrie steht – selbst bei der aktuellen Generation von Turbinen – vor Herausforderungen. So weisen die Siemens-Baureihen X4 und X5 höhere Ausfallraten als erwartet auf, was auf ein Problem in der derzeitigen Entwurfsmethodik hinweisen könnte. Ohne völlig neue Konstruktions- und Betriebsmethodik kann daher ein zuverlässiger Betrieb dieser großen Windturbinen für 25 Jahre nicht gewährleistet werden. Daher sind Grundlagenforschung und ein Paradigmenwechsel in Bezug auf die Entwurfs- und Betriebsmethoden erforderlich. Darüber hinaus wird der Ansatz einer integrierten Entwurfs- und Betriebsmethodik auf der Grundlage eines digitalen Zwillings immer relevanter. Die Gründe für diese zunehmende Bedeutung des digitalen Zwillings sind vielfältig. Zum Beispiel wird es in den nächsten Jahrzehnten nicht mehr ausreichen, die Konstruktion zu optimieren. Es wird ein integrierter Ansatz erforderlich sein, der nach dem heutigen Stand der Forschung nicht verfügbar ist. Nur ein integrierter Ansatz ermöglicht beispielsweise die Berücksichtigung der Herausforderungen im Betrieb oder bei der Installation. Eine Betriebsstrategie, die den aktuellen Zustand der Anlage berücksichtigt, kann die Lebenszeit verlängern. Was die Installation betrifft, so haben die Installationsschiffe bereits heute ihre maximale Kapazität erreicht. Wenn die Größe der Anlagen weiter zunimmt, d.h. sie zu Megastrukturen werden, und die Anzahl der zu installierenden Anlagen steigt, z.B. 70 GW Offshore-Windenergie in der deutschen Nord- und Ostsee bis 2045, könnte die Installation zu einem begrenzenden Faktor werden. Daher müssen Aspekte wie Betrieb und Installation in grundlegend neuen integrierten Ansätzen wie denen vom beantragenden SFB berücksichtigt werden.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

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