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Reduzierung der Fertigungs- und Wartungskosten von Offshore Windenergieanlagen mittels Inline-Inspektion und maschineller Lernverfahren, Vorhaben: Quantifizierung lokaler Einflussgrößen auf die Lebensdauer von Schweißverbindungen

Optimierung der Produktivität bei der Herstellung von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen durch die Implementierung des Laserstrahlschweißens im Vakuum, Teilvorhaben: Integration in Produktionsumgebung

Damit die Klimaziele der Bundesregierung erreicht werden, muss in den kommenden Jahren intensiv in die Erschließung und den Aufbau neuer Offshore-Windparks investiert werden. Um diese möglichst schnell und kostengünstig aufbauen zu können, bedarf es hochproduktiver Fertigungsprozesse. Die Schweißtechnik ist nach einer Studie des deutschen Verbandes für Schweißtechnik und verwandte Verfahren (DVS) aktuell der Flaschenhals bei der Herstellung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA). Da die maximale Produktivität konventioneller Schweißverfahren wie dem Unterpulverschweißen erreicht ist, kann eine nennenswerte Produktivitätssteigerung nur durch echte Innovationen wie der Substitution der konventionellen Verfahren durch Hochleistungsverfahren wie dem Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) erreicht werden. Ziel des Vorhabens ist ein ganzheitlicher Anlagenentwurf zur Implementierung des Verfahrens in der Herstellung von OWEA, konkret am Beispiel von Monopiles. Um LaVa in der Fertigung von Monopiles einsetzen zu können, müssen diverse Herausforderungen bewältigt werden.

Optimierung der Produktivität bei der Herstellung von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen durch die Implementierung des Laserstrahlschweißens im Vakuum

Damit die Klimaziele der Bundesregierung erreicht werden, muss in den kommenden Jahren intensiv in die Erschließung und den Aufbau neuer Offshore-Windparks investiert werden. Um diese möglichst schnell und kostengünstig aufbauen zu können, bedarf es hochproduktiver Fertigungsprozesse. Die Schweißtechnik ist nach einer Studie des deutschen Verbandes für Schweißtechnik und verwandte Verfahren (DVS) aktuell der Flaschenhals bei der Herstellung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA). Da die maximale Produktivität konventioneller Schweißverfahren wie dem Unterpulverschweißen erreicht ist, kann eine nennenswerte Produktivitätssteigerung nur durch echte Innovationen wie der Substitution der konventionellen Verfahren durch Hochleistungsverfahren wie dem Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) erreicht werden. Ziel des Vorhabens ist ein ganzheitlicher Anlagenentwurf zur Implementierung des Verfahrens in der Herstellung von OWEA, konkret am Beispiel von Monopiles. Um LaVa in der Fertigung von Monopiles einsetzen zu können, müssen diverse Herausforderungen bewältigt werden.

Optimierung der Produktivität bei der Herstellung von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen durch die Implementierung des Laserstrahlschweißens im Vakuum, Teilvorhaben: Anlagenentwicklung für das Laserstrahlschweißen mit lokalem Vakuum

Damit die Klimaziele der Bundesregierung erreicht werden, muss in den kommenden Jahren intensiv in die Erschließung und den Aufbau neuer Offshore-Windparks investiert werden. Um diese möglichst schnell und kostengünstig aufbauen zu können, bedarf es hochproduktiver Fertigungsprozesse. Die Schweißtechnik ist nach einer Studie des deutschen Verbandes für Schweißtechnik und verwandte Verfahren (DVS) aktuell der Flaschenhals bei der Herstellung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA). Da die maximale Produktivität konventioneller Schweißverfahren wie dem Unterpulverschweißen erreicht ist, kann eine nennenswerte Produktivitätssteigerung nur durch echte Innovationen wie der Substitution der konventionellen Verfahren durch Hochleistungsverfahren wie dem Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) erreicht werden. Ziel des Vorhabens ist ein ganzheitlicher Anlagenentwurf zur Implementierung des Verfahrens in der Herstellung von OWEA, konkret am Beispiel von Monopiles. Um LaVa in der Fertigung von Monopiles einsetzen zu können, müssen diverse Herausforderungen bewältigt werden.

Optimierung der Produktivität bei der Herstellung von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen durch die Implementierung des Laserstrahlschweißens im Vakuum, Teilvorhaben: Prozessentwicklung und mechanisch-technologische Eigenschaften der LaVa-Schweißverbindungen

Die Energiewende ist die forderndste Aufgabe der Bundesregierung für die nächsten Jahrzehnte. Um bis 2050 klimaneutral zu werden, muss der Anteil der erneuerbaren Energien weiter ausgebaut werden. Wichtige Bestandteil dieser Strategie sind hochleistungsfähige Offshore Windenergieanlagen (OWEA). Die verfügbaren Produktionskapazitäten sind allerdings mit den bereits geplanten OWEA-Projekten voll ausgelastet. Da die maximale Produktivität konventioneller Schweißverfahren wie dem Unterpulverschweißen erreicht ist, kann eine nennenswerte Produktivitätssteigerung nur durch echte Innovationen wie der Substitution der konventionellen Verfahren durch Hochleistungsverfahren wie dem Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) erreicht werden. Die Implementierung der LaVa-Technologie verspricht einen signifikanten Produktivitätsgewinn und großen Wettbewerbsvorteil. Da bisher noch keine industrielle Anwendung im Dickblechbereich für das Laserstrahlschweißen im Vakuum existiert, muss innerhalb des Projektes eine neuartige Schweißanlage für das Fügen von Dickblech zur Herstellung von Monopiles konzipiert und umgesetzt werden. Den größten Umfang nimmt dabei die Qualifizierung des Verfahrens ein, da im Offshore Bereich sehr hohe Anforderungen an die Schweißnähte gestellt werden. Dazu gehört unter anderem das Erreichen sehr hoher Zähigkeitswerte der Schweißverbindungen. Im Dickblechbereich kommt es aufgrund der Fertigungstoleranzen zu großen Spalten zwischen den zu verschweißenden Blechen. Das gemeinsame Teilziel der Bauteilhandhabung sowie der Schweißtechnik ist demnach die Optimierung der Vorrichtungen und Verfahren im Hinblick auf die Kantenvorbereitung, Blechpositionierung sowie Spaltüberbrückbarkeit des Schweißprozesses, um anforderungskonforme und defektfreie Schweißverbindungen zu erzeugen. Das weitere Ziel der Nachweis der strukturellen Integrität der geschweißten Einzelrohrschüsse. Der Projektabschluss wird mit der Fertigung von Demonstratoren im Realmaßstab erreicht.

Optimierung der Produktivität bei der Herstellung von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen durch die Implementierung des Laserstrahlschweißens im Vakuum, Teilvorhaben: Prozessentwicklung und Vorrichtungsentwicklung für das Laserstrahlschweißen mit mobilem Vakuum

Damit die Klimaziele der Bundesregierung erreicht werden, muss in den kommenden Jahren intensiv in die Erschließung und den Aufbau neuer Offshore-Windparks investiert werden. Um diese möglichst schnell und kostengünstig aufbauen zu können, bedarf es hochproduktiver Fertigungsprozesse. Die Schweißtechnik ist nach einer Studie des deutschen Verbandes für Schweißtechnik und verwandte Verfahren (DVS) aktuell der Flaschenhals bei der Herstellung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA). Da die maximale Produktivität konventioneller Schweißverfahren wie dem Unterpulverschweißen erreicht ist, kann eine nennenswerte Produktivitätssteigerung nur durch echte Innovationen wie der Substitution der konventionellen Verfahren durch Hochleistungsverfahren wie dem Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) erreicht werden. Ziel des Vorhabens ist ein ganzheitlicher Anlagenentwurf zur Implementierung des LaVa-Verfahrens in der Herstellung von OWEA, konkret am Beispiel von Monopiles, um so nennenswerte Produktivitätssteigerungen zu ermöglichen.

Optimierung der Produktivität bei der Herstellung von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen durch die Implementierung des Laserstrahlschweißens im Vakuum, Teilvorhaben: Fertigungsspezifische Randbedingungen für das Laserstrahlschweißen bei der Monopile-Fertigung

Damit die Klimaziele der Bundesregierung erreicht werden, muss in den kommenden Jahren intensiv in die Erschließung und den Aufbau neuer Offshore-Windparks investiert werden. Um diese möglichst schnell und kostengünstig aufbauen zu können, bedarf es hochproduktiver Fertigungsprozesse. Die Schweißtechnik ist nach einer Studie des deutschen Verbandes für Schweißtechnik und verwandte Verfahren (DVS) aktuell der Flaschenhals bei der Herstellung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA). Da die maximale Produktivität konventioneller Schweißverfahren wie dem Unterpulverschweißen erreicht ist, kann eine nennenswerte Produktivitätssteigerung nur durch echte Innovationen wie der Substitution der konventionellen Verfahren durch Hochleistungsverfahren wie dem Laserstrahlschweißen im Vakuum (LaVa) erreicht werden. Ziel des Vorhabens ist ein ganzheitlicher Anlagenentwurf zur Implementierung des Verfahrens in der Herstellung von OWEA, konkret am Beispiel von Monopiles. Um LaVa in der Fertigung von Monopiles einsetzen zu können, müssen diverse Herausforderungen in Bezug auf die mechanisch-technologischen Eigenschaften der Schweißnaht, den fertigungsspezifischen Randbedingungen, der Anlagentechnologie und fertigungsspezifische Nachweise innerhalb der Fertigung bewältigt werden.

Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion, Teilvorhaben: Partikelbasierte Analyse von Sedimentumlagerungen und ihres Einflusses auf die Kabeldynamik

Das Verbundvorhaben 'Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion (CableProtect)' widmet sich den komplexen Wechselwirkungen zwischen Stromkabel, Struktur, Kolkschutz und Meeresboden im Anschlussbereich des Kabels an die Tragstruktur. Anlass dafür waren Schäden in signifikanter Größenordnung insbesondere am Schutzsystem der Unterwasserverkabelung. Derartige Schäden sind zurückzuführen auf hydrodynamische Prozesse im Umfeld der Gründungsstrukturen. Wellen und Strömungen verursachen dort Bewegungen des frei hängenden Kabels, welche sich auch auf den Teil des Kabels auswirken, der auf dem Kolkschutz bzw. Meeresboden aufliegt. Außerhalb des Kolkschutzes kommt es zu Sedimentumlagerungen und zur Bildung von Randkolken, welche einen wechselseitigen Einfluss auf die Kabelbewegungen nehmen und zu Lageinstabilitäten führen. Das Teilvorhaben 'Partikelbasierte Analyse von Sedimentumlagerungen und ihres Einflusses auf die Kabeldynamik (CableProtect)' widmet sich im Rahmen dieses Verbundvorhabens hydrodynamisch induzierten Sedimentumlagerungen im Auflagerbereich des Kabels. Mit einer gekoppelten CFD-DEM Modellierung wird ein innovativer Ansatz verwendet, um Erosionsprozesse auf der Mikro-Ebene der Körner zu betrachten und so neue Einblicke in deren Wirkmechanismen zu erhalten. Durch Kopplung mit den Fluid-Struktur Modellen der Verbundpartner können die Einflüsse aus dem oszillierenden Stromkabel sowie aus Gründungsstruktur und Kolkschutz unter realitätsnahen Randbedingungen abgebildet werden. Ziel dieses Teilvorhabens ist es, auf der Grundlage eines verbesserten Verständnisses der Sedimentumlagerungsprozesse wissenschaftlich abgesicherte und praxistaugliche Bemessungsregeln für die geomechanischen Aspekte der Kabelanbindung zu erarbeiten und so zu einer höheren Zuverlässigkeit von Offshore-Windenergieanlagen beizutragen.

Lösungsansätze zur Vermeidung von Kabelschäden im Nahbereich von Offshore-Gründungsstrukturen unter Berücksichtigung der Fluid-Struktur-Boden Interaktion, Teilvorhaben: Untersuchung der Entstehung und Maßnahmen zur Vermeidung von Kabelschäden mit Fokus auf die Strukturantwort

In letzter Zeit ist es bei Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) vermehrt zu beginnenden Auskolkungen im Bereich des Seekabelanschlusses gekommen. Zudem waren bei einem Teil der Anlagen deutliche Abriebspuren an der Kabelummantelung zu sehen. Zum Zeitpunkt der Antragstellung ist daher zu vermuten, dass bei bestimmten Umgebungsbedingungen eine dynamische Wechselwirkung zwischen der Gründungsstruktur, dem Kabel und dem Seeboden dazu führt, dass eine Bewegung des Kabels angeregt wird und die Schutzummantelung durch Reibung am Bodenkontakt beschädigt wird. Ohne Maßnahmen zur Reduzierung der Kabelbewegung würde auf Dauer nicht nur der Kabelschutz, sondern auch das Kabel versagen. Bisher begegnen die Betreiber von OWEA diesem Problem, indem sie die Folgen und nicht die Ursachen behandeln: Bei Beobachtung einer beginnenden Kabelauskolkung wird meist eine Kolkschutzmatte oder eine zweite Steinschüttung als Lagesicherung aufgebracht. Diese Vorgehensweise ist jedoch nicht nur ökologisch bedenklich und unwirtschaftlich, sondern birgt u.a. das Risiko, dass das Kabel bei einer zweiten Schüttung beschädigt wird. In dem Gesamtvorhaben CableProtect sollen daher zunächst die Ursachen, die zur Anregung der Kabelbewegung führen, numerisch und experimentell untersucht und die wesentlichen Einflussparameter identifiziert werden. Um die Interaktion zwischen der Fluid-, Struktur- und Bodenmechanik erfassen zu können, werden dafür bewährte numerische Methoden (CFD/FEM/DEM) der einzelnen Fachgebiete verwendet, durch eine Schnittstelle gekoppelt und experimentell validiert. Anschließend werden mit dem numerischen Modell verschiedene Maßnahmen zur Verhinderung der Kabelanregung untersucht und Empfehlungen in Form eines technischen Merkblattes gegeben. Die ESOS Wind GmbH wird sich mit dem Teilvorhaben aufgrund ihrer praktischen Erfahrungen insbesondere an der Zustandsanalyse (AP1), den numerischen Untersuchungen (AP3) und der Entwicklung von Lösungsansätzen (AP4) des Vorhabens beteiligen.

Windenergieanlagen in Deutschland

Windenergieanlagen in Deutschland, die im Marktstammdatenregister (MaStR) der Bundesnetzagentur registriert sind. Enthalten sind Onshore- als auch Offshore-Windkraftanlagen mit technischen Merkmalen wie Nabenhöhe, Rotordurchmesser, Hersteller, Typenbezeichnung sowie Standortdaten (z. B. Koordinaten, Adresse, Bundesland). Die Daten werden täglich aus dem MaStR aktualisiert und als Dienst bereitgestellt. Sie spiegeln den aktuellen Stand der registrierten Stromerzeugungseinheiten wieder. Bei Daten-Fehlern wenden Sie sich bitte an die Bundesnetzagentur (BNetzA).

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