Die Energiewende stellt national und international eine gesellschaftliche Herausforderung dar. Gegenwertig erreicht der Anteil der erneuerbaren Energien einen Anteil von ca. 29 % der Bruttostromerzeugung in Deutschland. Knapp die Hälfte der erneuerbaren Energie wird durch Windenergieanlagen erzeugt. Die Zahl der Onshore-Windenergieanlagen im Betrieb ist bereits heute beachtlich und ein weiterer kontinuierlicher und konsolidierter Zuwachs von Anlagen ist zu erwarten, um das Ziel der Bundesregierung von 65 % der Bruttoenergieerzeugung durch erneuerbare Energien bis 2030 zu realisieren.

Eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit und Rendite können Betreiber von Windenergieanlagen durch einen möglichst langen Weiterbetrieb der Anlage nach Ablauf der Abschreibung und der Bemessungslebensdauer erzielen. Der Weiterbetrieb bedingt zuverlässige Prognosemodelle für die Restlebensdauer. Im Forschungsvorhaben FutureWind werden Schädigungsmodelle und bruchmechanische Modelle zur Prognose und Bewertung der (Rest-)Lebensdauer typischer Konstruktionsdetails von Onshore-Windenergieanlagen entwickelt und erweitert. Die phänomenologischen Modelle erfassen Rissentstehung und –wachstum zutreffend und gestatten eine beanspruchungsgerechte Auslegung und Optimierung von Bauteilen und Konstruktionsdetails unter Betriebslasten sowie eine optimierte Prognose der Restlebensdauer von Windenergieanlagen. Die Prognosemodelle werden in einfach anwendbare Regeln überführt. Tragwerksplanerinnen und Tragwerksplanern ermöglichen diese Regeln eine wirtschaftlichere Bemessung respektive Nachrechnung einschließlich höherer Prognosesicherheit.

Windenergieanlagen sind während ihrer planmäßigen Lebensdauer von mindestens 20 Jahren jedoch hochdynamischen variablen Beanspruchungszuständen ausgesetzt und erfahren bis zu 10⁹ Spannungsschwingspiele. Sie sind somit dem very-high-cycle-fatigue Bereich (VHCF) zugeordnet, in welchem konventionelle Modelle, insbesondere das Nenn- und Strukturspannungskonzept, den Einfluss von Spannungsschwingspielen unterhalb der Dauerfestigkeit sowie Reihenfolgeeffekte oftmals unzureichend erfassen. Die konventionellen Modelle berücksichtigen zudem den Einfluss von Herstellungsgenauigkeit, Materialeigenschaften und Kerbbeanspruchungen nur rudimentär. Gerade bei Windenergieanlagen besteht diesbezüglich Optimierungspotential.

Bissing, H.; Knobloch, M.; Rauch, M. (2021). Improving economic efficiency of wind energy using data-based fatigue assessment methods. In: IABSE Congress Ghent 2021 - Structural Engineering for Future Societal Needs. DOI: https://doi.org/10.2749/ghent.2021.1537

Bissing, H.; Knobloch M. (2021). Data-based fatigue assessment - Application of the Incremental Step Test and the Strain-Life Approach. In: Workshop SimFat 2021 Large-scale testing & advanced numerical simulation in fatigue and fracture. DOI: https://doi.org/10.13154/294-7938

Bissing, H.; Knobloch, M.; Rauch, M. (2021). Advanced fatigue assessment - the future of wind turbine towers. FATIGUE DESIGN 2021, 9th Edition of the International Conference on Fatigue Design. In: Procedia Structural Integrity, Vol. 38, 2022, pp. 372-381, DOI: https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.038

Schulze Spüntrup, H., Rauch, M., & Knobloch, M. (2019). Comparative study on the fatigue assessment concepts for horizontal butt welds of wind turbine towers. In J. Jönsson (Hrsg.), Nordic Steel Copenhagen 2019: 18th to 20th September ; The 14th Nordic Steel Construction Conference (S. 773–778). https://doi.org/10.1002/cepa.1132

Das IGF-Vorhaben 20987 N / P 1398/04/2020 "Prognosemodelle zur Lebensdauer und zum Weiterbetrieb von Windenergieanlagen" der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde am Lehrstuhl für Stahl-, Leicht- und Verbundbau durchgeführt.