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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
Informatik, System- und Elektrotechnik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Mathematik
Physik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2021
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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
Laufende Projekte
- A01 - Untersuchung und Modellierung der Einströmungsbedingungen von Offshore-Megastrukturen in Windparks: Dynamik der fraktalen Grenze zwischen laminarer und turbulenter Strömung (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Avila, Kerstin ; Peinke, Joachim ; Wächter, Matthias )
- A02 - Modellierung des dynamischen Strömungsabrisses unter realen Betriebsbedingungen (Teilprojektleiter Seume, Jörg ; Wein, Lars )
- A03 - Hydrodynamik von Offshore-Megastrukturen und Wirkungsprozesse in und mit der marinen Umwelt (Teilprojektleiter Schlurmann, Torsten )
- A04 - Kolk- und Kolkschutzverhalten unter Berücksichtigung von Wechselwirkungsprozessen zwischen Meeresboden, Strömung und Struktur (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Neuweiler, Insa ; Schendel, Alexander ; Schlurmann, Torsten )
- A05 - Stochastische Modellierung der Kombination instationärer Einwirkungen und Einwirkungsparameter (Teilprojektleiter Schmidt, Boso )
- A06 - Gekoppelte Modellierung von Bewegungsantwort und Strukturbelastungen von Offshore Megastrukturen während logistischer Schiffsoperationen (Teilprojektleiter Hildebrandt, Arndt ; Schlurmann, Torsten )
- A07 - Wechselwirkungen von atmosphärischen Grenzschichten und ozeanischen Mischungsschichten mit sehr großen Windenergieanlagen in Offshore-Windparks (Teilprojektleiter Kühn, Martin ; Maronga, Björn )
- B03 - Nachhaltiger Entwurf und Entwurfsverifikation von ultraschlanken Rotorblättern (Teilprojektleiter Balzani, Claudio ; Hühne, Christian )
- B04 - Tragverhalten zyklisch belasteter Gründungsstrukturen für Megastrukturen (Teilprojektleiter Achmus, Martin )
- B07 - Optimierung und hybride Fertigung von modularen Knoten in Jacket-Konstruktionen mit WAAM (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Collmann, Mareike ; Ghafoori, Elyas )
- B08 - Leistungsfähigkeit, Auslegung und Kontrollmechanismen innovativer Slip Joint Verbindungen für modulare Offshore-Substrukturen (Teilprojektleiter Oettel, Vincent )
- C01 - Robuste Monitoringkonzepte für Offshore-Windenergieanlagen (Teilprojektleiter Beer, Michael ; Marx, Steffen )
- C02 - Datenbasierte Strukturüberwachung mittels KI-basierter Wissensübertragung (Teilprojektleiter Rolfes, Raimund )
- C04 - Restlebensdauerermittlung von Offshore-Megastrukturen mit Hilfe von aktualisierten digitalen Zwillingen unter Berücksichtigung von Unsicherheiten (Teilprojektleiter Hübler, Clemens )
- C05 - Optimale Regelung von Windenergieanlagen und Windparks für bedarfsorientierte Einspeisung (Teilprojektleiter Petrovic, Vlaho )
- S01 - Unterstützung bei der Verwaltung, Anwendung und Entwicklung des digitalen Zwillings (Teilprojektleiter Rolfes, Raimund )
- Z01 - Vollständig gekoppelter mid-fidelity digitaler Zwilling einer Megastruktur (Teilprojektleiter Gebhardt, Cristian Guillermo ; Rolfes, Raimund )
- Z02 - Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereichs (Teilprojektleiter Rolfes, Raimund )
Abgeschlossene Projekte
- B01 - Integrierter Entwurfsprozess für Offshore-Tragstrukturen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Marx, Steffen ; Ntoutsi, Eirini )
- B02 - Adaptive Rotorkonzepte für bedarfsgerechte Einspeisung (Teilprojektleiter Kühn, Martin )
- B05 - Effiziente Simulation und Modellreduktion für Offshore-Windenergieanlagen (Teilprojektleiter Steinbach, Marc )
Antragstellende Institution
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Beteiligte Hochschule
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg; Technische Universität Darmstadt; Technische Universität Dresden
Beteiligte Institution
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Standort Braunschweig
Standort Braunschweig
Sprecher
Professor Dr.-Ing. Raimund Rolfes