Fraunhofer IWES

Fraunhofer IWES: Angewandte Forschung Baugrunderkundung ............................................................................................................................................ 16 Elektrische Bauteile und Systemvalidierung .................................................................................................. 20 Elektrolyseurvalidierung und -qualifizierung ............................................................................................... 24 Gesamtanlagenvermessung und Simulationen ............................................................................................. 28 Prüfung und Systemvalidierung mechanischer Großkomponenten ......................................................... 32 Rotorblätter ............................................................................................................................................................ 38 Windmessung und -modellierung ..................................................................................................................... 42 Zuverlässigkeit, Monitoring und Ertragsanalyse ........................................................................................... 46

Das Leitungsteam (v. l. n. r.): Prof. Dr.-Ing. Jan Wenske, stellvertretender Institutsleiter und Chief Technology Officer, Jenny Kuball, Chief Financial Officer, Dr. Bernhard Lange, stellvertretender Institutsleiter und Chief Technology Officer, Prof. Dr.-Ing. Andreas Reuter, Institutsleiter und Christian Broer, Chief Operating Officer Liebe Leserinnen und Leser, den Wind optimal zu nutzen, ist eine zukunftsweisende, aber auch komplexe Aufgabe. Im Fraunhofer IWES stellen Expertinnen und Experten aus verschiedensten Disziplinen ihr profundes Wissen in den Dienst der Verbesserung von Performance und Wirtschaftlichkeit. Unsere Kompetenz- schwerpunkte Offshore, Wasserstoff, Prüfinfrastruktur und Digitalisierung eröffnen Kunden Möglichkeiten, gemeinsam tief in spezifische Fragestellungen einzutauchen. Dabei ist für uns das konkrete Interesse unserer Kunden das Maß der Dinge: Grenzen verschieben und technisch möglich machen, was sie voranbringt. Unsere einzigartige Prüfinfrastruktur und Messtechnik wurde auf das rasante Größenwachstum in der Windbranche an- gepasst und um digitale Prüfmethoden erweitert. Neue Messmethoden unterstützen die rasante Entwicklung der Offshore Windenergienutzung. Wir sind bereit, mit Ihnen unkonventionelle Lösungen zu entwickeln und die nächsten Schritte zu gehen. Von der Analyse der Windverhältnisse bis zur Netzeinspeisung und der Wasserstofferzeugung profitieren Sie bei uns von weltweit einmaliger Prüfinfra- 6 struktur und jahrelanger Erfahrung, um eine resiliente und zukunftsfähige Energieversorgung sicherzustellen. Wir sind an Ihrer Seite, wenn Sie die Möglichkeiten für die Zukunft ausloten und neue Wege beschreiten. Angewandte Forschung ist ein wichtiger Impulsgeber und kann systemische Herausforderungen identifizieren und sogar überwinden. Lassen Sie uns gemeinsam das nächste Level erreichen und unsere Vision einer lebenswerten Umwelt Realität werden. Eine innovationsstarke Wind- und Wasserstoff- industrie sind unser Antrieb. Viel Spaß beim Lesen! Prof. Dr.-Ing. Andreas Reuter Institutsleiter

Kurzprofil Das Fraunhofer IWES entwickelt innovative Methoden, den Ausbau der Windenergie- und Wasserstoffwirtschaft zu beschleunigen, die Risiken zu minimieren und die Kosten- effizienz zu steigern. Innovationen in technologische Weiter- entwicklungen werden durch Validierung abgesichert und Innovationszyklen verkürzt. Planung und Entwicklung von Offshore Windparks werden beschleunigt und präzisiert. Derzeit sind mehr als 300 Wissenschaftlerinnen, Wissen- schaftler und Angestellte sowie über 100 Studierende an neun Standorten beschäftigt: Bochum, Bremen, Bremerhaven, Görlitz, Hamburg, Hannover, Leer, Leuna und Oldenburg. Die Kombination einer weltweit einmaligen Prüfinfrastruktur mit Methodenkompetenz zeichnet das Fraunhofer IWES als Forschungspartner für Unternehmen in aller Welt aus. Durch die Beteiligung an internationalen Fachgremien ist das Institut ein aktiver Wegbereiter für Technologieentwicklungen und Qualitätssicherung in der Windindustrie. MEHR INFO WISSENS wert Bremerhaven Leer Oldenburg Bochum Hamburg Bremen Hannover Leuna Görlitz 7

Forschungs- windenergie- anlage Bremerhaven Großlager- prüfstand Hamburg HiL-GridCoP Bremerhaven Hydrogen Lab Leuna Hydrogen Lab Bremerhaven Mobile Grid Bremerhaven 2017 2019 2020 2021 2023 2024 Anwendungszentrum für Integration lokaler Energiesysteme Hamburg 115 m+ Rotorblatt- prüfstand Bremerhaven PQ4Wind Bremerhaven Mit unseren Kompetenzen auf den Forschungsgebieten der Windparkentwicklung, Baugrunderkundung, Vermessung der Windbedingungen sowie Erzeugung und Nutzung von grünem Wasserstoff leisten wir einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung. Seit der Gründung des Fraunhofer IWES 2009 ist unsere Prüfinfrastruktur stetig gewachsen. Es können großmaß- stäbliche Tests zur Modellvalidierung neuer Rotorblatt-, Gondel-, Tragstrukturen- und Lagerdesigns sowie zur elektrischen Netzintegration durchgeführt werden. Mit dem Aufbau und Betrieb von Hydrogen Labs entsteht erstmalig eine digital vernetzte Infrastruktur mit Test- und Qualifizierungskapazitäten der notwendigen Elektrolyse- und Brennstoffzellensysteme von bis zu 26 Megawatt (MW). Dabei handelt es sich um Testfelder zur Überprüfung der Effizienz und Zuverlässigkeit des Betriebs von Elektroly- seuren in Verbindung mit erneuerbaren Energien.

IWES-Fokusthemen Vielversprechende Optimierungspotenziale Die größten Potenziale für weitere Steigerungen im Bereich der technologischen Effizienz und verläss- lichen Energieversorgung liegen mittel- und langfris- tig in der konsequenteren Nutzung der Windenergie. Die Politik hat hier die Weichen gestellt – nicht zuletzt durch ebenso notwendige wie gut angelegte For- schungsgelder. Künftig wird der Fokus insbesondere auf dem klimafreundlichen Ausbau von Offshore- Windenergieanlagen sowie der wachsenden Nutzung von grünem Wasserstoff liegen. Das Fraunhofer IWES ist für die Zukunft gut gerüstet. Mit einer zielorien- tierten Gesamtstrategie stellen wir uns den Heraus- forderungen der dynamischen Politik und setzen unter anderem auf zusätzliches Fachpersonal, New Work Konzepte und standortübergreifende Kooperationen. Fokusthema Offshore Mit belastbaren Standortuntersuchungen erfolgreicher Die Realisierung von Offshore-Windparks erfordert um- fassende Kenntnisse der Umweltbedingungen am ausge- wählten Standort. Nur so kann das Projekt ein finanzieller Erfolg werden. Das Fraunhofer IWES führt Windmessungen und -modellierungen, die Ermittlung geologischer Boden- charakteristika sowie seismische Vermessungen des Bau- grunds für Offshore Windparks durch. Innovative Techno- logien, die in Machbarkeitsstudien, Datenanalysen und realen Offshore-Einsätzen erprobt wurden, werden für belastbare Standortuntersuchungen eingesetzt. Offshore Windparkentwicklung mit innovativen Messmethoden Profunde Erfahrung bietet das Fraunhofer IWES für die Ent- wicklung von Offshore-Windparks von der Modellierung der Windverhältnisse über Windmessungen bis hin zur Bodenerkundung und geologischen Baugrundmodellen. Mittels CFD-(Computational Fluid Dynamics-)Modellen werden die Offshore-Windbedingungen und relevanten atmosphärischen Eigenschaften entsprechend nachgebildet. Die Auswirkungen vorhandener Windparks werden dabei miterfasst. Für die Offshore-Windmessungen kommen schwimmende Lidar-Systeme zum Einsatz. Sie entsprechen den höchsten internationalen Standards und bieten darüber hinaus innovative Services für die Windparkentwicklung. Zur Bodenerkundung hat das Fraunhofer IWES geologische 2D- und 3D-Untersuchungen mit ultrahochauflösende Mehrkanalseismik entwickelt und zur Marktreife gebracht. Alle in Deutschland zentral voruntersuchten Windpark- flächen wurden vom Fraunhofer IWES mit diesem Verfahren vermessen. Ein weiteres spezielles Einsatzfeld ist die Find- lings-Detektion, die mithilfe von patentierten refraktions- seismischen Methoden durchgeführt wird. Mit Fraunhofer IWES: Kosteneffiziente Planung und Entwicklung Ein leistungsfähiges Projekt- und Risikomanagement bildet die Grundlage für eine erfolgreiche und kosteneffiziente Planung, Errichtung sowie den Betrieb von Offshore-Wind- parks. In der Planungs- und Ausführungsphase bietet das Fraunhofer IWES Projektplan- und Wetterrisikoanalysen an, um potenzielle Risiken frühzeitig zu identifizieren und zu bewerten. Darüber hinaus unterstützt das Fraunhofer IWES Partner bei der Entwicklung neuer Technologien, um effektiv das Potenzial der direkten Offshore-Erzeugung von grünem Wasserstoff und anderen Power-to-X-Produkten zu nutzen.

Fokusthema Prüfinfrastruktur Markenzeichen des Fraunhofer IWES Großprüfstände für die realitätsnahe und beschleunigte Lebensdauerprüfung sind Markenzeichen des Fraunhofer IWES. Neben Prüfständen für Rotorblätter, Blattsegmente, Blattlager, Gondeln, Netzintegration elektrischer Systeme und Tragstrukturen gehören Prüfeinrichtungen für Elek- trolyseursysteme und Komponenten zum Portfolio des Fraunhofer IWES Kontinuierliche Investitionen in neue Prüfstände Große Komposit-Bauteile und mechanische Komponenten werden ebenso betrachtet wie komplexe Umwelteinflüsse, zuverlässigere Netzintegration, Leistungselektronik im Megawattbereich sowie die elektrischen Systemeigen- schaften. Verschiedene Betriebsszenarien, Schadensmecha- nismen und angepasste Schutzkonzepte werden untersucht sowie Modelle durch den Abgleich mit experimentellen Tests validiert. Das Fraunhofer IWES investiert nicht nur kontinuierlich in neue Prüfstände für steigende Bauteil- größen, sondern bietet auch Segmenttests, skalierte Tests und virtualisierte Prüfungen an. Kostenreduktion durch frühestmögliche Validierung Das Größenwachstum und der weitere Ausbau von Wind- energieanlagen lassen generell die Anforderungen an die technische Zuverlässigkeit weiter steigen. Beschleunigte Markteinführung, die Nutzung einer Plattform für mehrere Anlagentypen, die Professionalisierung der Windparkbetrei- benden und höhere Kosten bei Ausfällen an Offshore- Turbinen sprechen für eine umfassende Validierung bereits vor Betriebsbeginn. Hinzu kommt die steigende Komplexi- tät durch die Kopplung mit Systemen der Wasserstoff- wertschöpfungskette. Modulare Prüfungen und die präzise Charakterisierung von Multi-Domänen-Eigenschaften sowie die experimentelle Validierung - sektorübergreifend - sind aufgrund des langjährig gesammelten Know-hows und der einmaligen Ausstattung am IWES möglich. Dabei nutzen unser Experten unterstützend bereits alle technologischen Möglichkeiten der fortschreitenden Digitalisierung. Neben den klassischen 1:1-Tests von Subsystemen und Kom- ponenten werden skalierte 1:X-Prüfungen realisiert. Außer- dem arbeiten wir an neuen hybriden Testmethoden mit Messungen und Modellvalidierungen lediglich im Teillastbe- reich, welche anschließend der experimentell abgesicherter Extrapolation über den gesamten Betriebsbereich dienen.

Fokusthema Wasserstoff Klimaziele erreichen durch zuverlässigen Betrieb Die Produktion von grünem Wasserstoff zur Dekarbonisie- rung und Defossilisierung industrieller Prozesse leistet einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele. Um die Risiken einer Hochskalierung der Wasserstoffproduktion zu minimieren, ist der zuverlässige Betrieb von Elektrolyseuren und Systemen entlang der H2-Wertschöpfungskette ein zentraler Punkt. Der rasante Hochlauf und damit verbunden der immens steigende Bedarf an Elektrolysekapazität stellt nicht nur Hersteller, sondern auch zukünftige Betreiber vor Herausfor- derungen, da sich nicht nur Produktionsverfahren, son- dern auch Mess- und Überwachungsverfahren nicht ohne Weiteres von der Manufaktur in industrielle Dimensionen hochskalieren lassen. Drei Hydrogen Labs mit unterschiedlichen Schwerpunkten Auch die Einbettung ins Energiesystem sowie in industrielle Prozesse stellen Herausforderungen an das Einsatzverhalten und an die Betriebsmodelle. Das Fraunhofer IWES unterhält daher Hydrogen Labs für Test und Validierung wasserstoff- relevanter Komponenten entlang der Wertschöpfungskette: von der Erzeugung mittels Elektrolyse, über Speicherung und Anwendung in Power-to-X-Prozessen oder Brennstoff- zellen – mit einer Gesamtanschlussleistung bis zu 26 MW. Somit unterstützt das Fraunhofer IWES die Industrie bei der Etablierung einer nachhaltigen Wasserstoffwirtschaft. Die Hydrogen Labs weisen unterschiedliche Schwerpunkte auf: Im Hydrogen Lab Leuna kann durch die Integration in einen Chemiestandort die Defossilisierung von Prozessen der chemischen Industrie praxisnah erprobt werden. In Bremerhaven wird die Kopplung von Wasserstofferzeu- gung und Windenergiegewinnung sowie die Netzkom- patibilität von Elektrolyseuren untersucht. Die Versor- gungssicherheit kann somit auch bei einem hohen Anteil erneuerbarer Energien im Netz sichergestellt werden. Die Defossilierung der herstellenden Industrie ist Schwer- punkt des Hydrogen Labs Görlitz. Prototypen jeder Stufe der Power-to-X-to-Power-Wertschöpfungskette können getestet und mit Rückschlüssen auf entsprechende Produktionsprozesse durch die Kooperation mit dem Fraunhofer IWU ergänzt werden. Prüfangebote unterschiedlicher Größenordnungen und Belastungen Das Angebot reicht von der Zell- über die Stack-Prüfung im Bereich von 3,5 kW bis zu einer Prüfkapazität von mehreren MW für den Betrieb unter Realbedingungen bis hin zur kompletten Systemprüfung mit allen notwendigen Neben- aggregaten. Dynamische Belastungen werden ebenso nach- gestellt wie Umweltbedingungen und mechanische Lasten. Digitale Simulationen begleiten den Prozess, beschreiben Vorgänge und dienen der Optimierung techno-ökonomi- scher Kennzahlen. Übergreifend finden Analysen statt, um Methoden und Testabläufe für Elektrolyseur-Materialien sowie Komponenten zu entwickeln und im Labormaßstab anzuwenden. Auch Echtzeitüberwachung von H2- und O2 -Reinheit, GC-MS-Spurenanalytik von Stoffströmen, elektrochemische Bewertung von Komponenten und Fehler- diagnostik sind Teile des Angebots. Das Fraunhofer IWES kann auf die langjährige Expertise in Validierung und Standardisierung im Windbereich zurückgreifen. Die Partnerschaften mit und das Know- how von wegweisenden Institutionen und Unternehmen ermöglichen es dem Fraunhofer IWES, auch standardisierte Prüfabläufe für Wasserstofftechnologien zu entwickeln. +

Fokusthema Digitalisierung Lösungen für jeden Forschungsbereich Die Digitalisierung ist ein rasanter, deutlich spürbarer Prozess in der Industrie – auch in der Windenergie- und Wasserstoff- branche. Durch seine komplexen Forschungsthemen bietet das Fraunhofer IWES in jedem Bereich digitale Lösungen. Neben Standards wie Data Monitoring haben auch Themen wie Big Data und der digitale Zwilling Einzug in die For- schung gehalten. Sie werden in vielen unterschiedlichen wissenschaftlichen Themenbereichen genutzt und weiter- entwickelt. Digitale Prüfstände für nicht-physische Prüfmethoden Ein großer Fokus des Fraunhofer IWES liegt unter anderem auf den digitalen Prüfständen. Die physischen Prüfstände werden genutzt, um numerische Modelle zu entwickeln und mit experimentellen Tests vollständig zu validieren. Das ermöglicht die Entwicklung neuer, nicht-physisch möglicher Prüfmethoden. Im Dynamic Nacelle Testing Laboratory (DyNaLab) beispiels- weise kann ein mechanischer Test beschrieben werden. Der parallel entwickelte virtuelle Gondelprüfstand stellt dabei die Gondel, die umgebende Prüfinfrastruktur und die Hilfssysteme dar. Der virtuelle Gondelprüfstand kann auch die Auswirkungen elektrischer Tests auf die mechanische Struktur abbilden. Optimierungsszenarien mit Open Source Software von Fraunhofer IWES Neben unterschiedlicher intern genutzter Software stellt das Fraunhofer IWES externen Nutzern Open Source Software zur Strömungsdynamik bereit. Die Software FOXES, eine modulare Windpark-Simulations- und Nachlaufmodellie- rungstoolbox, sowie iwopy, ein Framework zur Kopplung verschiedener Optimierungsmodule, bilden zusammen die Basis zur Berechnung verschiedener Optimierungsszenarien der Windenergienutzung. Die Anwendungsfälle reichen von der Windparkoptimierung (z. B. Layoutoptimierung oder Nachlaufsteuerung) über Post- Construction-Analysen bis hin zu Studien, Vergleichen und der Validierung von Wake-Modellen. Auch in Zukunft sind weitere Open-Source-Veröffentlichungen geplant. FORSCHER geist

Fraunhofer IWES: Angewandte Forschung Das Fraunhofer IWES betreibt Prüfstände für Rotorblätter, Großlager, Tragstrukturen, Gondeln sowie Materialtest- labore, um neue Designs experimentell zu analysieren und mit Computermodellen abzugleichen. Zudem führen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Messungen an Anlagen im Betrieb durch und erfassen Wind, Wellen, Strömung, Stromerträge und die resultierenden Lasten mit innovativen Verfahren. Das Institut unterstützt den benötigten Markthochlauf von Wasserstoff-Technologien und verfügt über Test- und Qualifizierungskapazitäten der dazu notwendigen Elektrolyse- und Brennstoffzellensysteme bis zu 26 MW. Das Fraunhofer IWES gestaltet die Zukunft durch tech- nologischen Fortschritt und steht für eine nachhaltige Entwicklung zum Wohle der Gesellschaft.

T IEFgründig Baugrunderkundung Effiziente Baugrunderkundung für Offshore-Windparkprojekte Das Fraunhofer IWES ist das weltweit führende Institut in der Entwicklung und Durchführung von höchstauflösenden seismischen Vermessungen für Windfarmprojekte sowie der Datenbearbeitung und -interpretation bis hin zur Erstellung von Baugrundmodellen. Die Planung und Installation von Fundamenten für Offshore-Windenergieanlagen verursachen einen signifikanten Anteil der Gesamtkosten von Windparks. Das detaillierte Verständnis des Baugrundes auf See ist Basis für die Wahl von Fundamenttyp, Design und Installationsplanung der Fundamente. Die optimale Abbildung der geologischen Strukturen in den obersten 100-200 m unter dem Meeresboden durch geo- physikalische Methoden steht dabei an erster Stelle. Mittels geotechnischer Beprobung der Schichten wird anschließend ein integriertes Baugrundmodell durch die Verknüpfung seismischer und geotechnischer Daten erstellt. Für die Installation ist zudem die Ausweisung und Reduzierung der Installationsrisiken entscheidend, etwa durch Findlinge in glazialen Ablagerungen. 16

Baugrundmodelle reduzieren die Risiken bei der Installation von Offshore-Windenergieanlagen. Daten verarbeiten wir mit von uns speziell für die UHR-Seis- mik entwickelten Algorithmen. Wachsende Rechenkapazi- täten erlauben bessere Datenbearbeitungsroutinen und höhere Abbildungsqualität. Ein Fokus liegt auf hochauf- lösenden seismischen Datensätzen aus Flachmeergebieten: hochgenaue Rekonstruktion der Aufnahmegeometrie, Kompensation der Wellenbewegungen, optimierte Signal- charakteristika, Unterdrückung von multiplen Reflexionen. Am Ende entsteht ein initiales Untergrundmodell der Wind- parkflächen. Die Praxistauglichkeit des Systems wurde in vielen kommerziellen Vermessungen von Windparkflächen nachgewiesen. Insbesondere wurden alle in Deutschland zentral vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) voruntersuchten Windparkflächen vom Fraunhofer IWES mit diesem Verfahren vermessen. Mehrkanalseismische Vermessungen als Basis der Baugrunderkundung Die Erstellung eines Baugrundmodells beginnt mit der detail- lierten Abbildung des Baugrundes mittels geophysikalischer Methoden. Basis dafür ist eine erstklassige Vermessungs- kampagne mit mehrkanalseismischen Methoden. Das Fraunhofer IWES verfügt über ein spezialisiertes Vermes- sungssystem für die ultra-hochauflösende (UHR) seismische Datenakquisition. Es beinhaltet angepasste und modulare seismische Streamersysteme, hochfrequente seismische Signalquellen (Sparker) und hochgenaue Positionierungs- lösungen. Am Fraunhofer IWES werden seismische Techno- logie und Vermessungstechnik kontinuierlich optimiert. 18

Mit Daten und Modellen die Baugrund- komplexität darstellen Aus dem initialen Untergrundmodell wird mittels Integra- tion lokaler geotechnischer in-situ Daten ein geologisches Baugrundmodell entworfen. Zur lateralen Kartierung geo- logischer Strukturen werden profilhafte seismische Daten mit geotechnischen Daten (z. B. Cone-Penetration-Testing CPT) kombiniert. Ergebnis: die anschauliche Darstellung der Untergrundverhältnisse sowie detaillierte Charakterisierung der Baugrundeigenschaften. Diese Modelle sind wichtige Planungsgrundlagen für die Entwicklung von Offshore-Windparks. In einem integrierten Baugrundmodell können lokale geotechnische Parameter flächendeckend modelliert werden. Demgegenüber erlau- ben Methoden der Inversion die Ableitung geotechnischer Parameter direkt aus den geophysikalischen Datensätzen. Zur Planung und technischen Designanwendung werden synthetische CPT-Profile erzeugt. Geotechnische Labor- ergebnisse können überdies mittels sogenannter standort- spezifischer Korrelationsfunktionen in das Modell integriert werden. So lassen sich weitere designrelevante geotechni- sche Parameter erzeugen. Die Offshore-Windindustrie erhält dadurch zuverlässige geotechnische Baugrund- eigenschaften für das technische Design der Windenergie- anlagen-Fundamente. Die Erstellung synthetischer CPT- Profile zur Unterstützung der Verschiebung von Fundament- Standorten wurde kommerziell durchgeführt und von der Zertifizierungsstelle akzeptiert. Findlingsdetektion: Minimierung von Installationsrisiken im Baugrund MEHR INFO Geologische Risiken zur Installation von Fundamenten treten in vielfältigen Formen auf. Unter anderem sind große Steine aus glazialen Ablagerungen ein signifikantes Installations- hindernis. Zur zuverlässigen Kartierung solcher Findlinge im Baugrund hat das Fraunhofer IWES ein patentiertes System basierend auf Diffraktionsseismik entwickelt. Das neuartige Vermessungssystem nutzt mehrkanalseismische Methoden zur Lokalisierung von Objekten durch die Abbildung von Diffraktionsenergie. Die identifizierten und lokalisierten Objekte werden in ein lokales Baugrundmodell eingebunden und für eine Risiko- kartierung im Nahbereich von geplanten Anlagenstand- orten und Kabelkorridoren (~100 m) mittels Micrositing dokumentiert. Das Fraunhofer IWES hat Vermessungen dieser Art erfolgreich in kommerziellen Projekten in der Ostsee durchgeführt. Die Kartierung von Findlingen im Meeresboden erfolgt passgenau entsprechend der jeweiligen Projektanforderungen. Das Fraunhofer IWES eröffnet mit einer unkonventionellen patentierten Technologie neue Möglichkeiten auf dem Gebiet der Standortbewertung und integrierten Objektdetektion. 19

ANT RIEBS stark Elektrische Komponenten- und Systemvalidierung: Mit IWES-Forschung die Netzverträglichkeit sichern Kontinuierlich wachsende Offshore-Windenergieanlagen bringen bisherige Test- einrichtungen zur Prüfung ihrer Netzeigenschaften an ihre Grenzen. Daher hat das Fraunhofer IWES zur Ermittlung elektrischer Eigenschaften im Multi-Megawatt- Bereich einen Mobile-Grid-Emulator mit einer installierten Umrichterleistung von 88 MVA entwickelt. Zudem betreibt das Fraunhofer IWES – in Kooperation mit dem IALB der Universität Bremen – das HiPE-LAB. Die einzigartige Einrichtung dient dem multimodalen Testen von Umrichtern bis zu 10 MVA unter Überlagerung von klimatischen und elektrischen Lasten, um die notwendige technische Zuverlässigkeit nachzuweisen bzw. zu optimieren.

Systemtechnik Ermittlung elektrischer Eigenschaften im Multi-Megawatt-Bereich MEHR INFO Das Fraunhofer IWES bietet Prüfungen der Netzverträglichkeit zur Zertifizierung der elektri- schen Eigenschaften neuer Windenergieanlagen (z. B. FRT) und ihrer Komponenten an. Zu diesem Zweck bedient es sich eines weltweit einmaligen virtuellen Netzes sowie Nieder- und Mittelspannungsnetz-Emulatoren im Leistungsbereich zwischen 4 - 44 MVA. Durch den Einsatz eines virtuellen Netzes können alle typischen Netzfehler nachgebildet werden. Dieser Ansatz ermöglicht aber ebenso die Durchführung statischer Tests, um zum Beispiel die Wirk- und Blindleistungsabgabe bei unterschiedlichen Netzzuständen zu erfassen und transiente Netzereignisse zu emulieren. 2015 wurde Deutschlands größter Prüfstand für komplette Gondeln von Windenergie- anlagen in Betrieb genommen. Das Dynamic Nacelle Testing Laboratory (DyNaLab) bietet ein realitätsnahes Testumfeld für Gondeln. Der 2021 in Betrieb genommene Prüfstand Hil-GridCop ermöglicht Umrichter-Generator-Tests im Multi-Megawatt-Bereich, durch- geführt als aussagefähige, zertifizierbare Labortests. Mit einer Antriebsleistung von 10 MW werden einmalige Prüfleistungen zur Prototypen-Validierung hier speziell für Onshore-Windenergieanlagen angeboten. Das Fraunhofer IWES verfügt außerdem über die Möglichkeit, elektrische Eigenschaften von Frequenzumrichtern zu analysieren. Der sogenannte PQ4Wind-Prüfstand wird für Vermessungen im höherfrequenten Frequenzbereich zur Bestimmung der Power Quality eingesetzt. Die immer größer werdenden Offshore-Windenergieanlagen bringen bisherige Testeinrichtungen zur Prüfung der Netzeigenschaften an ihre Grenzen. Daher hat das Fraunhofer IWES einen mobil einsetzbaren Netzemulator entwickelt, den Mobile-Grid- Emulator mit einer installierten Umrichterleistung von 88 MVA. Mit dessen Hilfe können die elektrischen Eigenschaften für Windenergieanlagen und ihre Fähigkeiten, das Stromnetz bei Fehlern zu stützen, im Feld überprüft werden (z. B. an Standorten für Prototypen). Der Prüfstand HiL-GridCoP testet Minimalsysteme von Windenergieanlagen und reduziert dank automati- sierter Testdurchführung Zeit- und Kostenaufwand bei der Markteinführung. Unsere Leistungen: Vermessung der elektrischen Eigen- schaften von Windenergieanlagen Hochdynamische Qualifizierung von Umrichtern (bzw. deren Regelung) Vermessung der elektrischen Eigen- schaften von Prototypen im Feld mithilfe eines mobilen Netzemulators

Ein besseres Verständnis der Ausfallursachen ist unabdingbar, um wirkungsvolle Schutzmaßnahmen zu entwickeln, und damit die Wirtschaftlichkeit des Anlagenbetriebs zu verbessern. Unsere Leistungen: Ableitung von Prüfverfahren aus umfangreichen Feldmessungen Identifizierung relevanter Prüfzyklen und Parameter Analyse von Felddaten aus Umrichtern von mehr als 10.000 Windenergieanlagen und vielen Klimazonen Unabhängige Begutachtung und labortechnische Analyse Technische Zuverlässigkeit Anwendungsspezifische Zuverlässigkeitsprüfung von leistungselektronischen Systemen Frequenzumrichter sollten so konstruiert sein, dass sie ihren typischen Betriebsbedingungen standhalten. In der Praxis sind sie jedoch einer Vielzahl von Einflüssen ausgesetzt, die zu frühen Ausfällen führen können. In der Windenergie zum Beispiel liegt die Ausfallrate von Frequenzumrichtern bei bis zu 0,5 schadensbedingten Ausfällen pro Windenergieanlage und Jahr. Da Feuchtigkeit zu den Hauptursachen für Ausfälle von Frequenzumrichtern zählt, haben wir ein Labor eingerichtet, um die Produkte unserer Kunden – von Leistungsmodulen bis zu ganzen Umrichtersystemen – unter möglichst realen, standortspezifischen Bedingungen zu validieren. Bei der Nutzung des HiPe-LAB kooperiert das Fraunhofer IWES eng mit dem Laborbetreiber, dem IALB der Universität Bremen. In der einzigartigen Einrichtung lassen sich Umrichter bis zu 10 MVA unter einer Überlagerung von anwendungsspezifischen klimatischen und elektrischen Lasten testen. MEHR INFO 23

ZUKUNFTSweisend Elektrolyseurvalidierung und -qualifizierung: Wind und Wasserstoff zusammendenken Das Fraunhofer IWES betreibt technologieoffene Testplattformen (Hydrogen Labs) für die Qualifizierung und Optimierung von Elektrolyseuren – von der Zelle über den Industrie- Stack bis zur Gesamtsystemebene – mit einer Gesamtanschlussleistung bis zu 26 MW. Neben Elektrolyseuren werden hier auch wasserstoffverbrauchende Einheiten und Teile der peripheren Infrastruktur getestet. Unter anderem wird die Langzeitstabilität von Materialien und Komponenten bei dynamischer Betriebsweise von Elektrolyseuren in Kopplung mit Windenergieanlagen erprobt. Darüber hinaus steht zur Untersuchung der Netzeigenschaften die weltweit führende Einrichtung für Netzintegrationstests am Dynamic Nacelle Testing Laboratory (DyNaLab) zur Verfügung. Da zukünftige Elektrolyseure als Großverbraucher an das elektrische Netz angeschlossen werden, sind deren netzdienliche Eigenschaften wichtig. Deren Vermessung und Optimierung stehen daher im Fokus von Forschung und Entwicklung. Entsprechend unterstützen wir die Hersteller bei der Weiterentwicklung ihrer Produkte. Ebenso steht eine Testplattform für gekoppelte Power-to-X-Prozesse zur Verfügung, um auch die gesamte Wertschöpfungskette von der regenerativen, lastflexiblen Energiegewinnung über die Wasserstofferzeugung bis zur stofflichen Nutzung abzubilden und im großtechnischen Maßstab zu testen und zu beforschen.

Abbildung der gesamten Wertschöpfungskette Das Fraunhofer IWES betrachtet die gesamte Wasserstoff- wertschöpfungskette, von der Erzeugung bis zur Nutzung. Für spezifische Fragestellungen werden die Kompetenzen und Infrastrukturen verwandter Institute hinzugezogen. Unsere Kunden sind sowohl global agierende Konzerne als auch der regionale Mittelstand. Auch können Modellprozesse der Sektorenkopplung demonstriert und erprobt werden. Dies ist bei fluktuieren- der Energiezufuhr aus regenerativen Quellen besonders wichtig, um Versorgungssicherheit zu gewährleisten und die Speicherung von Leistungsüberschüssen zu ermöglichen. Betriebsstrategien für Insellösungen werden systemüber- greifend entwickelt und unter techno-ökonomischen Aspekten optimiert. Upscaling in neue Leistungsklassen – aber sicher! Der Markthochlauf des grünen Wasserstoffs benötigt verlässliche, sichere und kostenoptimierte Systeme und Komponenten entlang der gesamten Wertschöpfungs- kette zur breiten Anwendung in Industrie und Wirtschaft. Die Kosten spielen dabei neben der Betriebssicherheit eine zentrale Rolle. Die Entwicklung leistungsfähiger, kostengüns- tiger und zuverlässiger Komponenten sowie die Etablierung einer Serienfertigung für Elektrolyseure und Brennstoffzellen erschließen Einsparpotenziale. Experimentelles Testen und darauf aufbauende Modellie- rungen reduzieren das Risiko, das durch das Upscaling von Elektrolyseuren in neue Leistungsklassen und Einsatzbereiche entsteht, die unter anderem für Offshore-Anwendungen unumgänglich sind. Hierbei weist das Fraunhofer IWES Kern- kompetenzen im Bereich der elektrochemischen Analytik auf und testet Zellen und Stacks auf der mikroskopischen Ebene. In den Hydrogen Labs sind Stack- und Systemtests bis in den industriellen Maßstab darstellbar. Dies erlaubt, in mikrosopi- schem Maßstab erworbenes Wissen in großskalige Systeme zu übertragen. Ebenso ist die umgekehrte Richtung denk- bar, die Rückführung von im Gesamtsystem beobachteten Effekten auf die mikroskopische Ebene. Dieses Wechselspiel von System- und Einzelkomponententests ermöglicht eine ganzheitliche Optimierung. Die Hydrogen Labs des Fraunhofer IWES unterstützen den Markthochlauf von grünem Wasserstoff und damit den Weg zu einer CO2-neutralen Industrie. 26

Im Hydrogen Lab Leuna können Elektrolyseure im Industriemaßstab jeglichen Typs – ob PEM, AEL, AEM oder SOEC – im Dauerbetrieb 24/7 erprobt werden. Kernkompetenz Netzintegrationstests Für die Versorgungssicherheit ist ein stabiles Netz grundle- gend. Nicht immer sind die Netze für hochgradig dezentrale Einspeisepunkte mit netzseitiger Umrichteranbindung und fluktuierende Energiezufuhr ausgelegt. Bei einem Überangebot erneuerbarer Energien im Netz werden Windenergieanlagen oft abgeschaltet, um das Netz nicht zu überlasten – oder der Strom wird unter Preis ins Ausland verkauft. Eine Option ist, mithilfe des sogenann- ten »Überschuss-Stroms« Wasserstoff herzustellen, der als chemischer Energiespeicher dient. Mit steigender netzgekop- pelter Elektrolyseurkapazität werden diese »Verbraucher« zukünftig, genauso wie auf der Erzeugerseite, Netzsystem- dienstleistungen erbringen müssen. Die Durchführung von sogenannten Netzintegrationstests in den Hydrogen Labs helfen, diese Systemeigenschaften vor der großflächigen Marktintegration zu validieren. Co-Simulation von Nutzungsszenarien Schlüsselkomponenten der Wasserstoffwertschöpfungskette werden modellbasiert abgebildet. Es wird ein kohärenter Daten- und Modellraum zur Co-Simulation von Nutzungssze- narien für eine zukünftige Wasserstoffwirtschaft aufgebaut. Wir arbeiten daran, eine Referenzarchitektur für digitale Zwillinge so zu erweitern, dass sie die Modularität erneuer- barer Energiesysteme abbilden kann und eingetragene Ver- änderungen am System berücksichtigt. Damit wird die Basis für einen umfassenden generischen digitalen Zwilling von Wind- und Wasserstoffenergiesystemen geschaffen. Unsere Leistungen: Vollumfängliche Validierung von Stack- komponenten bis hin zu gesamten Elektro- lysesystemen, peripherer Infrastruktur und nachgelagerten Power-to-X-Prozessen Beschleunigte Lebensdauertests und Unter- suchung des dynamischen Betriebsverhaltens Unabhängige Effizienzmessung Validierung von Entsalzungsanlagen Modellierung von Systemen, Unterstützung in der Auslegung und Betriebsführung von Elektrolyseuren im Zusammenspiel mit erneuerbaren Energiequellen Analyse der eingesetzten Elektrolyten sowie der entstehenden Produktgase Techno-ökonomische Betrachtungen des Gesamtsystems Modellierung und Regelung dezentraler und lokaler Energiesysteme Das Fraunhofer-Anwendungszentrum ILES des Fraunhofer IWES untersucht darüber hinaus gemeinsam mit den Partnern Competence Center für Erneuerbare Energien und EnergieEffizienz (CC4E) und der Hochschule für Ange- wandte Wissenschaft Hamburg systematische Aspekte der Herstellung von grünem Wasserstoff mittels Elektrolyse. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Modellierung und Rege- lung dezentraler und lokaler Energiesysteme. Diese Betrach- tungen helfen, die technische Zuverlässigkeit und Systemwir- kungsgrade zu verbessern und somit Kosten einzusparen. MEHR INFO 27

V IELfältig Gesamtanlagenvermessung und Simulationen: Wie das Fraunhofer IWES Windenergiesysteme optimiert und die Schifffahrt nachhaltiger gestaltet Zuverlässige Aussagen zu Effizienz, Funktionstüchtigkeit und Lebens- dauer von Windenergieanlagen sind für ihre Realisierung unverzichtbar. Zu diesem Zweck vermisst das Fraunhofer IWES im Anwendungszentrum für Windenergie-Feldmessungen (AWF) laufende Anlagen, prüft mechanische Beanspruchungen und bestimmt ihr Leistungsverhalten. Zur Erforschung der aero-servo-hydro-elastischen Simulation von Wind- energieanlagen programmiert das Fraunhofer IWES das sogenannte MoWiT-Gesamtanlagensimulationsmodell zur Lastrechnung und Echt- zeitsimulation. Das MoWiT dient der Optimierung von Windenergie- systemen und Entwicklung von KI-Modellen. Zudem unterstützt das Fraunhofer IWES die Entwicklung einer nachhaltigen Schifffahrt. In Kooperation mit der Hochschule Emden/Leer liegt der Fokus auf Windantriebssystemen, Designkonzepten und Emissionsreduzierung. 28

MEHR INFO Umfangreiche Mess- und Modelldaten helfen bei der Verbesserung von Anlagendesigns. Unsere Leistungen: Vermessung von Windenergieanlagen Akkreditierte Last- und Leistungs- messungen (IEC61400-12 und 61400-13) nach ISO 17025 Kundenspezifische Messungen an einzelnen Komponenten von Windenergieanlagen Windenergie-Feldmessungen Kundenspezifische und akkreditierte Vermessung von Windenergieanlagen Der rasant wachsende Wettbewerb in der Windenergie verlangt hochqualitative, effiziente Prozesse, mit denen Prototypen und Altanlagen im Feld vermessen, analysiert und optimiert werden können. Entwickler, Hersteller, Betreiber und technische Dienstleister benötigen ebenso wie Banken und Versicherungen zuverlässige Aussagen über die Effizienz, Funktionstüchtigkeit und Lebensdauer- perspektive ihrer Anlagen. Das Anwendungszentrum für Windenergie-Feldmessungen (AWF), eine Kooperation des Fraunhofer IWES und der fk-wind: Institut für Windenergie der Hochschule Bremerhaven, führt Vermessungen laufender Anlagen im Feld durch, insbesondere als Partner in Forschungs- und Entwicklungsprojekten. Das AWF verfügt über hochqualifiziertes wissenschaftliches und technisches Personal und ist als Prüflaboratorium nach ISO 17025 für die Prüfung mechanischer Beanspruchungen und die Bestimmung des Leistungsverhaltens von Wind- energieanlagen akkreditiert. Zudem kann auf die einzigartige Test- und Prüfinfrastruktur des gesamten Fraunhofer IWES zurückgegriffen werden. Das AWF am Fraunhofer IWES plant Vermessungen von Windenergieanlagen und führt diese durch. Dabei werden nach Absprache mit dem Kunden die relevanten nationalen und internationalen Normen und Richtlinien angewendet. Erfasst werden zum Beispiel meteorologische Größen und die produzierte Leistung nach IEC 61400-12 und/oder Beanspruchungsgrößen nach IEC 61400-13. Neben den normspezifischen Messungen der Gesamtanlage werden insbesondere auch Messungen von spezifischen Komponen- ten der Windenergieanlagen (z. B. Lager, Rotorblätter etc.) durchgeführt. Zur Auswertung und Interpretation der Mess- daten werden außerdem die wichtigsten Betriebsdaten der Windenergieanlage, wie z. B. Azimutposition und Drehzahl, miterfasst. 29

Gesamtanlagendynamik Simulative Analyse der Systemdynamik, Lasten und Frequenzen von Windenergieanlagen Die Gruppe Gesamtanlagendynamik am Fraunhofer IWES forscht auf dem Gebiet der aero-servo-hydro-elastischen Simulation von Windenergieanlagen. Im Fokus steht die Ver- besserung von Simulations- und Validierungsmethoden für On- und Offshore sowie für schwimmende Windenergiean- lagen. Dafür wurde das MoWiT-Simulationsmodell (Modelica library for Wind Turbines) für die Lastrechnung und die Echt- zeitsimulation programmiert. MoWiT bildet die Grundlage zur Optimierung von Windenergiesystemen mittels eines eigens entwickelten Python-basierten Optimierungs- und Automati- sierungsframeworks sowie zur Entwicklung von KI-Modellen. Durch kundenspezifische Simulationsstudien werden Fragen, wie die Fähigkeit schwimmender Windenergieanlagen zur Selbstausrichtung und Rückwirkung auf den Energieertrag, beantwortet und der Gültigkeitsbereich aktueller Simula- tionsmodelle durch Anwendung neuer Validierungsmethoden abgesichert. Das Fraunhofer IWES forscht auf dem Gebiet der schwimmenden Windenergieanlagen und bietet Dienstleistungen von der Modellierung bis zur Validierung numerischer Simulationsmodelle an. Simulation einer schwim- menden Halbtaucher Offshore-Windenergie- anlage in MoWiT Unsere Leistungen: Kundenspezifische Simulationsstudien von On- und Offshore-Windenergieanlagen Analyse der gekoppelten Systemdynamik, Lasten und Frequenzen auch für künftige Anlagengrößen Bewertung des Gültigkeitsbereichs von Simulationsmodellen Erstellung von echtzeitfähigen Systemmodellen Halbtaucher Holmboje Spannbein-Plattform MEHR INFO 30

Angesichts der Klimaschutzziele muss auch die Schifffahrt Emissionen reduzieren. Möglich wird dies durch Hybridschiffe mit Segelsystemen und wasserstoffbasierten Antrieben. Nachhaltige Maritime Mobilität Entwicklung, Bau und Betrieb zukunftsweisender Windantriebssysteme für die Schifffahrt MEHR INFO Die Fraunhofer Arbeitsgruppe »Nachhaltige Maritime Mobi- lität« (NMM) des Fraunhofer IWES stärkt die Forschung und Entwicklung für eine nachhaltige Schifffahrt. Unter gemein- samer Leitung konzentrieren sich die Teams der Hochschule Emden/Leer in Leer und des Fraunhofer IWES in Bremerha- ven auf Windantriebssysteme, Designkonzepte und wissen- schaftliche Studien für eine emissionsfreie Schifffahrt. Systemunabhängige Forschungs- und Beratungsleis- tungen für die Berufsschifffahrt Die Arbeitsgruppe NMM liefert systemunabhängige For- schungs- und Beratungsleistungen zu allen diskutierten Windantriebssystemen für die Berufsschifffahrt. Das Spek- trum reicht von Flettnerrotoren, Wing- oder Dyna-Riggs bis zu Membran- und klassischen Tuchsegeln. Im experimentel- len Bereich bildet das Maritime Technikum in Leer das Herzstück. Die einzigartige Prüfinfrastruktur der weiteren Standorte des Fraunhofer IWES ergänzen die Validierungsmöglichkeiten bis zum Originalmaßstab. Durch die langjährige Erfahrung aus dem Bereich der Offshore-Windenergie werden in der Arbeitsgruppe Synergien geschaffen. Expertise durch Crossover- und Upscaling-Effekte Die gemeinsamen methodischen Schwerpunkte liegen im Bereich der maritimen Hydro- und Aerodynamik, der Automatisierungs- und Systemtechnik und der Werkstoff- technologie. Hybride Modellkonzepte ergeben sich aus der Verschneidung leistungsfähiger Modellierung und Simulation mit Messtechnologie im Labor und auf See. Eine besondere gemeinsame Expertise liegt in der Nutzung sogenannter Crossover- und Upscaling-Effekte zwischen Segeltechnologie und klassischen Windenergiesystemen. Unsere Leistungen: Umfassende Modellierungsexpertise (CFD, FEM, FSI, MBS) Verfügbarkeit von Großlaboratorien für vielfältige ingenieurwissenschaftliche Fragestellungen im Bereich der Schifffahrt und maritimen Technologie Hybride Modellkonzepte zur Leistungsprognose von Segelsystemen Schiffsführungssimulation für Schiffe mit Windantrieben Technische Risikoanalyse für Investoren, Banken und Versicherungsunternehmen MEHR INFO 31

Prüfung und Systemvalidierung mechanischer Großkomponenten: Fraunhofer IWES steigert die Zuverlässigkeit von Windenergie- anlagenkomponenten Stochastische Lasten, Schmierstoffeigenschaften variierenden Drehzahlen, Schnittstellen mit komplexen Steifigkeitsprofilen: Die Lebens- dauer von Wälzlagern in Windenergieanlagen hängt von zahlreichen Einflüssen ab. Mit dem Large Bearing Laboratory (LBL) verfügt das Fraunhofer IWES über eine einzigartige Methoden- kompetenz sowie Prüf- und Forschungsinfrastruk- tur zur Zuverlässigkeitssteigerung der Großlager. Zur Absicherung von Produkteigenschaften kompletter mechanischer Windenergieanlagen- Antriebsstränge entwickelt und realisiert das Fraunhofer IWES Validierungsstrategien, Prüf- konzepte, Prüfstände, Messmethoden, Prüfkam- pagnen, CAE-Modelle uvm. Für die Absicherung der Standsicherheit der Turbine müssen bei den Windenergieanlagen-Tragstrukturen – z. B. Turm, Fundamente und notwendige Anbauteile – Design und Fertigung entsprechend der wachsenden Betriebslasten optimiert werden. Das Fraunhofer IWES entwickelt Angebote zur Reduzierung der wirtschaftlichen und technischen Risiken künftiger Tragstrukturen. Für großmaßstäbliche Gondelprüfungen verfügt das Fraunhofer IWES mit dem Dynamic Nacelle Testing Laboratory über einen funktional welt- weit einzigartigen Prüfstand. Er besitzt u.a. ein leistungsstarkes Lasteinleitungssystem (LAS), das als Hexapod mit einem großen Momenten- lager ausgestattet ist, und ermöglicht für aus- sagefähige Labortests ein realitätsnahes Test- umfeld im Multi-Megawatt-Bereich. Ausfälle von Triebstrangkomponenten zählen zu den Hauptursachen von Stillstandszeiten. Virtualisierte Tests mittels Simulationsmodell und validierter Messdaten lassen bereits im Entwicklungsprozess kritische Belastungen erkennen. In der Erhebung und Verarbeitung entsprechender Messdaten bietet das Fraunhofer IWES außergewöhnliche Erfahrung.

Tragstrukturen Prüfung und Validierung von Tragstrukturen und Methoden Unsere Leistungen: Prüfung von Tragstrukturen und Komponenten – experimentell und virtuell Validierung von Bemessungsansätzen und Designmethoden Unterstützung bei der Entwicklung und Marktein- führung (inkl. Zertifizierung) neuer Technologien Die Tragstrukturen einer Windenergieanlage umfassen alle Komponenten, die die Statik der Turbine sicherstellen: Turm, Fundamente und notwendige Anbauteile, den sogenannten Secondary Steel. Sowohl onshore als auch offshore steigen dabei die mechanischen Abmessungen und die Nennleistungen der Anlagen kontinuierlich weiter und damit auch die Betriebslasten, die über die Tragstrukturen aufgenommen werden müssen. Die Komponenten, aus denen diese zusammengesetzt sind, gehören mittlerweile zu den größten Stahlbauteilen überhaupt. Hersteller und Designer sehen sich dabei mit einer Reihe von Herausforderungen konfrontiert: Beispielsweise müssen schwingfeste Schweißverbindungen mit sehr hoher Wandstärke (> 100 mm) sicher hergestellt und das Verhalten des Baugrunds über die Lebensdauer einer Anlage von mindestens 25 Jahren vorausgesagt werden. Das Fraunhofer IWES entwickelt hierfür viele Angebote, die das wirtschaftliche und technische Risiko von Tragstrukturen der nächsten und übernächsten Generation entscheidend senken können. Mit den steigenden Nennleistungen von Windenergieanlagen nehmen auch die Anforderungen an deren Tragstrukturen kontinuierlich zu. Hersteller sind gefordert, für die wachsenden Betriebslasten Design und Fertigung der notwendigen Bauteile anzupassen. Das Fraunhofer IWES entwickelt zu diesem Zweck zahlreiche methodische Ansätze, die wirtschaftliche und technische Risiken von künftigen Tragstrukturen signifikant verringern können. Im Fokus dabei stehen ein fertigungs- wie anwendungsgerechtes Design, z. B. Untersuchungen des spezifischen Tragverhaltens von Saugeimer- gründungen – sogenannte Suction Caissons – sowie die Entwicklung und Validierung von Materialmodellen, mit deren Hilfe sich der Baugrund z. B. in der Nordsee modellieren lässt. Design und Fertigung einer Tragstruktur für eine Windenergieanlage sind aufgrund der enormen Dimensionen dieser Bauteile immer eine Herausforderung. Wir unterstützen Kunden bei den Installationen on- und offshore. Strukturanalysen an Komponenten und Großmodellen MEHR INFO

Großwälzlager Mit innovativen Testmethoden und Systemverständnis zu höherer Zuverlässigkeit Wälzlager erreichen in den meisten industriellen Anwendun- gen eine sehr hohe Lebensdauer. Die Einsatzbedingungen für und die Anforderungen an die Wälzlager von Wind- energieanlagen unterscheiden sich jedoch maßgeblich von Standardanwendungen: Hohe stochastische Lasten, oszillierende Schwenkbewegungen, ständig variierende Drehzahlen und Schnittstellen mit komplexen Steifigkeits- profilen erschweren die Auslegung und können dazu führen, dass Ausfälle weit vor Ende der berechneten Lebensdauer nicht ungewöhnlich sind. Insbesondere im Bereich der Rotorblattlager betreibt das Team des Fraunhofer IWES mit dem Large Bearing Labo- ratory (LBL) eine einzigartige Forschungsinfrastruktur und hat entsprechende Methodenkompetenz aufgebaut. Von validierten Berechnungsmethoden, der Ausfallursachen- analyse bis zu skalierten, realmaßstäblichen und dabei stets anwendungsnahen Prüfungen bietet das LBL alles an, um die Windenergiebranche bei Auslegung, Betrieb und Eigen- schaftsvalidierung im Bereich dieser anspruchsvollen Kom- ponenten zu unterstützen. Mit dem BEAT 6.1 prüft das Fraunhofer IWES Wälzlager mit 6 m Lagerdurchmesser. Unsere Leistungen: Anwendungsnahe Forschung und Entwicklung im Bereich großer Wälz- lager von Windenergieanlagen Planung und Durchführung von Test- kampagnen auf erprobter Prüfinfra- struktur mit mehr als 300 getesteten Lager von 0,2 m bis 6 m Durchmesser Entwicklung individueller Lösungen und Testmethoden für Großwälzlager Unterstützung bei Entwicklung des gesamten Blattverstellsystems, Berechnungsmethoden, Datenanalyse und Modellbildung MEHR INFO

Unsere Leistungen: Planung und Durchführung von Testkampagnen für direktgetriebene Generatoren, komplette Antriebstränge und Gondeln Leistungsdaten DyNaLab: nominelles Drehmoment 8,6 MNm, Antriebsleistung 10 MW, Lasteinleitung zur Emulation parasitärer Belastungen, bis zu 20 MNm Biegemomente und 2 MN Schubkraft, Eigengewichtsemulation, 44 MVA elektronische Netznachbildung Mehr als 600 synchron aufzeichnende hochauflösende Messkanäle Supraleitender Generator auf dem Prüfstand MEHR INFO Mechanische und elektrische Gondeleigenschaften Untersuchung und Prüfung Wettbewerbsdruck und zunehmende Professionalisierung der Branche erhöhen die Anforderungen an Windenergie- anlagengondeln. Neue Designs der Anlagen müssen bereits mit dem Serienstart zuverlässig laufen. Vor der Finanzierungszusage verlangen Investoren zu- meist den Nachweis umfangreicher Betriebserfahrung. Für Hersteller bedeuten Modifikationen sowie Neuentwick- lungen erhebliche wirtschaftliche Risiken. Eine experimen- telle Validierung von Prototypen und Nullserienanlagen auf Großprüfständen verringert diese Risiken, beschleunigt die Zertifizierung und sorgt für bessere Planbarkeit. Der höhere Anteil regenerativer Quellen in den Verteil- und Übertragungsnetzstrukturen lässt die Anforderungen an die Netzintegration von Windenergieanlagen weiter steigen. Normen und Richtlinien müssen diese Entwicklung berück- sichtigen. Zwingend erforderliche Anlagenzertifikate für Neu- und Weiterentwicklungen gewährleisten einen netz- konformen Betrieb und garantieren den dauerhaften Netz- anschluss und Erhalt von Einspeisevergütungen. Mit effizienten Testmethoden unterstützt das Fraunhofer IWES Anlagenhersteller dabei, steigenden Anforderungen gerecht zu werden. Das DyNaLab bietet realitätsnahe Prüf- bedingungen im Multimegawattbereich. Die Kombination aus mechanischen Tests mit einem Netzemulator zur Prüfung von Windenergieanlagen mit einer Nennleistung von bis zu 10 MW ist in dieser Konfiguration weltweit einzigartig. 36

Antriebstrang Modellentwicklung, -validierung und virtuelle Prüfung von Triebsträngen von Windenergieanlagen MEHR INFO Antriebstränge von Windenergieanlagen sind im Betrieb komplexen dynamischen Belastungen ausgesetzt. Ausfälle in diesem komplexen Teilsystem zählen zu den Hauptursa- chen von Stillstandszeiten. Moderne Simulationswerkzeuge wie Mehrkörpersimulation (MKS), finite Elemente Methode (FEM) sowie die Integration Multi-Domain-Modelle erhöhen das Systemverständnis. Auslegungsprozesse können so ver- bessert, die Zuverlässigkeit des Triebstrangs erhöht werden. Virtuelle Tests mittels Simulation lassen bereits im Entwick- lungsprozess Belastungen erkennen. Kostenintensive physi- kalische Prüfungen lassen sich so ergänzen, gegebenenfalls erweitern und Optimierungsansätze mit Hilfe von Parameter- variationen überprüfen. Zur Sicherstellung der Gültigkeit der verwendeten Modelle ist eine Validierung mit Messdaten wichtig. Das Fraunhofer IWES greift dazu auf jahrelange Erfahrung in der Erhebung und Verarbeitung entsprechen- der Messdaten zurück. Nur validierte Simulationsmodelle erlauben verlässliche Aussagen über bestehende und neue Triebstrangkonzepte. Aufgrund des ständigen Leistungs- und Größenwachstums von Anlagen und ihren Antriebsträngen, sind viele der heute noch aktuellen Systemprüfstände in immer kürzeren Zeit- räumen in einigen ihrer technischen Parameter nicht mehr ausreichend, um die zukünftigen Turbinen in ihrem gesam- ten Betriebsbereich vollständig zu testen. Um dieser Heraus- forderung zu begegnen, entwickeln wir am Fraunhofer IWES den methodischen Ansatz des hybriden Testens. Dieser kom- biniert physikalische Prüfungen mit modernen Simulations- methoden, um so z. B. die komplette Prüfung von Antrieb- strängen auch oberhalb der Maximallast des Prüfstands zu ermöglichen. Unsere Leistungen: Entwicklung und Validierung detaillierter Simulationsmodelle von Triebsträngen Untersuchung von Triebstrangdynamik und -belastung auf Basis virtueller Prüfungen Virtualisierung von Prüfungen und neuartige Prüfansätze wie z. B. das hybride Testen Entwicklung neuer Prüfstände und Messmethoden Planung und Durchführung von Prüfkampagnen und messtechnischen Auswertungen Versuchsbegleitende CAE-Modellentwicklung und -validierung Unterstützung bei der Bauteiloptimierung (konstruktiver Leichtbau usw.) Zur Steigerung der Zuverlässigkeit von Antriebsträngen ist ein genaues Verständnis der wirkenden dynamischen Belastungen und Betriebszustände erforderlich. 37

GROSSartig Rotorblätter Von innovativen Testmethoden bis zum effizienten Prozess Rotorblätter großer Offshore-Windenergieanlagen haben mittlerweile die 100-Meter-Marke deutlich über- schritten. Weiteres Wachstum bringt die strukturellen Lastreserven der Designs an ihre Grenzen. Das gründliche Verständnis des komplexen mechanischen Verhaltens von Verbundwerkstoffen unter Ermüdungsbeanspruchung ist daher unerlässlich. Für die zuverlässige, effiziente Fertigung von Rotorblättern dieser Größenordnung sind Fortschritte in den Produktionstechniken und in der Automatisierung erforderlich. Das Fraunhofer IWES kann mit Hilfe seiner einzigartigen Forschungsinfrastruktur die Windenergiebranche skalen- übergreifend und in allen technischen Domänen unter- stützen. Das Institut bietet alles, was für die Froschung an und Entwicklung von Rotorblättern benötigt wird. Von den Micro-CT-Scans der Faserorientierung bis zur Ganzblattprüfung der Rotorblätter, von innovativen Fertigungstechnologien bis zur Wiederverwertung von End-of-Lifetime (EoL)-Rotorblättern und vieles mehr. Der moderne Prüfstand bietet umfassende Testmöglichkeiten für Rotorblätter mit einer Länge von mehr als 115 Metern. Hohe Verlässlichkeit dank intensiver Validierung Um zu gewährleisten, dass Windenergieanlagen-Rotorblätter mehr als 20, 25 oder sogar 40 Jahre verlässlich funktionie- ren, ist eine skalenübergreifende intensive Validierung erfor- derlich. Das Fraunhofer IWES betreibt ein IECRE-anerkanntes Labor zur Prüfung von Rotorblättern, das mit drei Prüf- ständen für Zertifizierungstests nach IEC 61400-23 ausge- stattet ist. Der größte Prüfstand ist dabei für eine maximale Amplitude von 140 MNm für das Ermüdungsbiegemoment ausgelegt. Nach mehr als 40 erfolgreich abgeschlossenen Ganzblatt- prüfkampagnen ist das Fraunhofer IWES branchenweit für sein hohes Maß an Verlässlichkeit, Flexibilität und Reaktions- fähigkeit bekannt. Unter den führenden Forschungsinstituten ist das Fraunhofer IWES Pionier bei der Anwendung inno- vativer Methoden zum Testen von Rotorblättern. So steht z. B das biaxiale Testen in einer 1:1-elliptischen Exzitation für kommerzielle Tests zur Verfügung. Gleiches gilt für den sequenziellen Ansatz zur segmentierten Prüfung von sehr langen Rotorblättern. Modulare Prüfstände, die verschiedene Blattspitzenseg- ment- und 1:1-Subkomponentenprüfungen ermöglichen, komplettieren das Dienstleistungsportfolio. Bei der Ent- wicklung neuer Testmethoden setzt das Fraunhofer IWES ein selbstentwickeltes Softwaretool zur Vorbereitung und Optimierung der Prüfaufbauten ein. Dieses Tool steht auch unseren Kunden zur Verfügung. 39

Tiefes Verständnis von Werkstoffen und Fertigungsprozessen Die präzise Vorhersage des Ermüdungsverhaltens von Verbundwerkstoffen erfordert ein tiefes Verständnis von Werkstoff und Fertigungsprozessen. Das Fraunhofer IWES betreibt daher ein DAkkS-akkreditiertes Werkstofflabor. Natürlich bieten wir auch Standard-Werkstoffprüfungen an, unsere eigentliche Stärke ist allerdings die Entwicklung neuer Prüfaufbauten für Sonderanforderungen. Im Leading Edge Lab (LEP) werden Systeme bezüglich Regenerosion und der Entstehung von Eisansatz getestet. Das Fraunhofer IWES ist das einzige Institut, das Prüfkörper von der Größe eines Coupons bis hin zu einem Ganzblatt fertigen kann. Dies hilft bei der Aufgabe, die Verarbei- tung neuartiger Werkstoffe zu prüfen, und unterstützt die reibungslose Markteinführung. Gleichzeitig ermöglicht die Fertigung großer Komponenten die Validierung fertigungs- zentrierter Werkstoffmodelle, wie z. B. fortgeschrittenere Modelle der Aushärtungskinetik. Unterstützung kundenspezifischer Lösungen Automatisierte Fertigungsprozesse sind bei Windenergiean- lagen-Rotorblättern stets eine fallbasierte Entscheidung. Es kommt dabei insbesondere darauf an, eine optimale Balance zwischen Investitionskosten, Fertigungsgeschwindigkeit, Flexibilität der Fertigung, Betriebskosten und Verlässlichkeit des Rotorblattes im Feld zu erzielen. Das Fraunhofer IWES bietet Unterstützung bei der Suche nach optimalen Lösungen für Fertigungsherausforderungen. Dabei kombinieren und integrieren wir existente kom- merzielle Produkte unter Berücksichtigung individueller, kundenspezifischer technologischer Entwicklungen. Das BladeMaker-Demonstrationszentrum ist eine ideale Ent- wicklungslandschaft sowohl für uns als auch für unsere Kunden. Zusätzlich arbeitet das Fraunhofer IWES selbst- ständig an Prozessentwicklungen, wie z. B. der einstell- baren Klebstoffführung. 40

WINDschnit tig Windmessung und -modellierung: Standorte bewerten – von der punktuellen Windmessung bis hin zur Modellierung großskaliger Windfelder Onshore wie offshore sind Windenergieanlagen komplexen Bedingungen ausgesetzt. Entsprechend unterschiedlich sind die Herausforderungen an die numerische Simulation und Bewertung potenzieller Standorte, entsprechend unverzichtbar sind exakte Modellierungen von Windfeldern. Das Fraunhofer IWES ist bei der Optimierung numerischer Methoden und Datensätze auf allen relevanten Skalen aktiv, um den Anforderungen der Industrie gerecht zu werden. So beeinflussen die Windparameter etwa bei der Errichtung von Offshore-Wind- parks Design und Auslegung der Windenergieanlagen sowie ihrer Komponenten inklusive der Fundamente und Türme. Um die numerischen Modelle passgenau für die Standorte zu machen, führt das Fraunhofer IWES Offshore-Lidar-Messungen durch. Dafür haben wir Lidar-Messbojen entwickelt, die auf hoher See meteorologische und ozeanografische Messdaten aufnehmen. Mit innovativen Messkonzepten – unter Verwendung verschiedener Remote-Sensing-Technologien – erfasst das Fraunhofer IWES die Windverhältnisse.

Unsere Leistungen: Validierte Multiskalensimulation von Nach- laufeffekten sehr großer Windparkcluster Automatisierte CFD-Simulation von Windpark- standorten im komplexen Gelände Methoden des maschinellen Lernens zur Unsicherheitsbestimmung und -reduktion im Langzeitbezug auch unter Berücksichtigung von Klimaprojektionen Berechnung von Windpark-Atmosphäre-Inter- aktionen und der Einflüsse auf Windparkerträge Hands-On-Schulungen zur Modellierung von Windfeldern und Nachlaufeffekten mit den vom Fraunhofer IWES verwendeten und entwickelten Simulationswerkzeugen Mittels Mesoskalen-Simulationen erzeugt das Fraunhofer IWES präzise Zeitreihendaten zur Erforschung des Ein- flusses meteorologischer Bedingungen auf Windparks. Aerodynamik Windfeldmodellierung: Multiskalensimulation von Wind- und Nachlaufeffekten MEHR INFO Die numerische Simulation von Windenergiestandorten erfordert die Anwendung unterschiedlicher Methoden, um den Anforderungen der Industrie an Genauigkeit und Geschwindigkeit, aber auch den unterschiedlichen assozi- ierten Skalen gerecht zu werden. Zu diesem Zweck wurden am Fraunhofer IWES in den vergangenen Jahren verschie- dene Werkzeuge zur numerischen Standortbewertung zur Berechnung von Windfeldern und Windparkerträgen bei komplexen Geländegeometrien sowie zur Berechnung von Windenergieanlagen und Windparknachläufen entwickelt. Der globale Ausbau der Windenergie findet unter unter- schiedlichen Umweltbedingungen statt. Während an Land, onshore, Windparks vermehrt in sehr komplexem Gelände geplant und gebaut werden, werden auf See, offshore, große „Kraftwerke“ mit mehreren hunderten von Windener- gieanlagen errichtet, die mit der marinen atmosphärischen Grenzschicht interagieren. Die Herausforderungen in der numerischen Simulation und Bewertung der Standorte sind entsprechend unterschiedlich. Die Modellierung von Windfeldern wird vor allem zur Ergänzung von Windmess- und Ertragsdaten in Raum und Zeit oder aber zur Simulation zukünftiger Planungszustände benötigt. Das Fraunhofer IWES ist seit mehr als zehn Jahren in der Weiterentwicklung, Verbesserung und Anwendung von numerischen Methoden und Datensätzen auf allen rele- vanten Skalen aktiv. Dabei werden vor allem Open-Source- Modelle und Methoden verwendet. 44

Windmessung Punktuelle Windmessung MEHR INFO Offshore-Windparks werden zunehmend an Standorten meist fernab der Küste errichtet, an denen die Windverhältnisse nicht in ausreichender Genauigkeit bekannt sind. Selbst an in der Vergangenheit vermessenen Standorten führen nachträglich gebaute Windparks mit ihren Nachlaufeffek- ten zu einer Veränderung der vorherrschenden Windressource. Die verschie- denen Windparameter sind nicht nur zur Bestimmung des Windpotenzials notwendig und somit für die Wirtschaftlichkeitsberechnung eines Wind- parks, sondern auch für das Design bzw. die Auslegung der Windenergiean- lage und ihrer Komponenten inklusive der Fundamente und Türme. Genaue Messdaten, geringe Messunsicherheiten und zudem eine hohe Verfügbar- keit sind meist unverzichtbar. Das Fraunhofer IWES hat hierfür eine eigene Messboje entwickelt, welche auf hoher See für die Windindustrie relevante meteorologische und ozeanografische Messdaten aufnimmt. Ebenso erstellt das Fraunhofer IWES innovative Messkonzepte unter der Verwendung einer Vielzahl verschiedener Remote-Sensing-Technologien. Das Fraunhofer IWES beschäftigt sich seit 2009 mit der Entwicklung von Floating-Lidar-Systemen sowie mit Methodiken zur Korrektur der Mess- datenverfälschung aufgrund der Eigenbewegung der Lidar-Boje. Der erste Prototyp der Fraunhofer IWES Wind-Lidar-Boje wurde 2013 erstmals offshore getestet und seit 2017 auch für die kommerzielle Messung zur Bestimmung des Offshore-Windpotenzials eingesetzt. Das Fraunhofer IWES übernimmt neben der Datenanalyse auch die Planung der Messkampagne samt Installation, Betrieb und Wartung der Lidar-Boje. Messkampagne mit einer Lidar-Boje zur Windpotenzialermittlung Unsere Leistungen: Innovative Messkonzepte und Messstrategien Durchführung von komplexen Messkampagnen Charakterisierung von Windfeldern Lidar-Bojen-Technologie 45

W EIT reichend Zuverlässigkeit, Monitoring und Ertragsanalyse: Wie das Fraunhofer IWES die Effizienz von Offshore-Windparks signifikant steigert Gemeinsam mit anderen Akteuren hat das Fraunhofer IWES die Installation und den Betrieb zahlreicher Windenergieanlagen unterstützt. Dabei ist, neben der einmaligen Expertise, eine einzigartige Felddatensammlung entstanden. Sie trägt wesentlich dazu bei, die Zuverlässig- keit von Windenergieanlagen-Komponenten signifikant zu steigern, Kosten und Risiken effektiv zu verringern, OPEX-Modellierungen und Kosten-Nutzen-Analysen zu realisieren. Wir entwickeln für die Ausfallfrüherkennung und eine Restlebendauerabschätzung, gekop- pelte physikalische und felddatenbasierte Modelle und Methoden. Das Fraunhofer IWES realisiert zudem numerische Strömungssimulationen (CFD) zum Schutz der elastischen Rotor- blätter. So lassen sich Anfälligkeiten der Blätter für Schwingungen – etwa bei Stillstand oder Trudeln der Anlage – erkennen und reduzieren. Für ein leistungsfähiges Projekt- und Risiko- management bietet das Fraunhofer IWES Projektplan- und Wetterrisikoanalysen an, um frühzeitig potenzielle Risiken zu bewerten. Mittels Post-Construction- und Performance- Analysen beurteilt das Fraunhofer IWES Leistung und Effizienz bestehender Offshore-Wind- parks. Ebenfalls im Portfolio: optimierte Instandhaltungskonzepte, Beurteilung bestehender Konzepte und Optimierung der O&M-Logistik, um maßgeschneiderte, kosteneffiziente Lösungen zu kreieren. Die intelligente und optimierte Steuerung führt zu mehr Energieerträgen im Windpark.

Technische Zuverlässigkeit Besseres Verständnis und Verbesserung von O&M-Aktivitäten MEHR INFO Das Fraunhofer IWES weist eine lange Erfolgsgeschichte bei öffentlich geförderten Projekten zu den Themen Zuverlässigkeit von Leistungsumrichtern, Ursachenanalyse, Zustandsüber- wachung und Digitalisierung von O&M-Daten vor. Zusätzlich verfügt das Fraunhofer IWES über Erfahrungen in der O&M-Modellierung, Kosten-Nutzenanalyse und Optimierung von O&M-Strategien auf der Basis von Felddaten. Verlässlichere Komponenten dank einzigartiger Felddatensammlung Durch viele Jahre Forschung hat das Fraunhofer IWES eine umfangreiche Fachkompetenz im Bereich der Untersuchung von Ausfallursachen von Komponenten erworben. Dies ge- schieht in enger Zusammenarbeit mit Akteuren aus allen Teilen der Wertschöpfungskette. Ziel dabei ist, die Zuverlässigkeit zu verbessern und sowohl Kosten als auch verknüpfte Risiken zu verringern. In Projekten hat das Fraunhofer IWES eine umfangreiche, stetig wachsende Sammlung an Felddaten von mehr als 10.000 Windenergieanlagen generiert. Aufgrund seiner Größe, Vielfalt und Aktualität ist dieser Datensatz einzigartig und deckt eine Vielzahl von Wind- energieanlagen-Altersklassen, -Herstellern und -Aufstellungsorten ab. Auf Basis dieses Datensatzes liefert das Fraunhofer IWES Zuverlässigkeitsdaten für die OPEX-Modellierung und Kosten-Nutzen-Analyse. Zusätzlich bietet das Fraunhofer IWES Lösungen für die Aus- fallfrüherkennung und führt Ausfallursachenanalysen auf der Basis von Felddaten durch. Die Post-Construction-Analyse liefert zusätzlich Ertrags- und Performanceinformationen. Durch die Kombination von Windpark-Ertragsdatenanalysen mit numerischen Methoden und Modellen können die Ursachen für die Performance eines Windparks isoliert betrachtet werden. Unsere Leistungen: Beständig wachsender Datenpool von aktuell mehr als als 10.000 Windenergieanlagen, um die Erfahrungen beim Betrieb von Windparks zu vergleichen und auszuwerten Untersuchung der Ausfallursachen von Windenergieanlagen-Komponenten O&M-Modellierung, Kosten-Nutzenanalyse und Optimierung von O&M-Strategien auf der Basis von Felddaten Unabhängige und vertrauenswürdige Datenanalytik und Beratung

Das Fraunhofer IWES nutzt sein langjähriges Know-how im Bereich der Hochleistungsrechnungen, um die CFD- Berechnungen optimiert und effizient durchzuführen. Unsere Leistungen: Komplexe aeroelastische Systemanalysen Simulation von im Stillstand schwingender Rotorblätter Untersuchungen von Schwingungen an trudelnden Anlagen Simulationsbasierte Validierung von technischen Konzeption zur Schwingungsreduktion Umfassende, praxisnahe Schulungen zur Nutzung von OpenFoam für Strömungsanalysen in gekoppelten Systemen MEHR INFO Numerische Ertrags- und Standortanalyse Gegenmaßnahmen bei zu starken Schwingungen: Anfälligkeiten von Rotorblättern identifizieren Ein Stillstand oder Ausfall einer Windenergieanlage kann zum Trudeln der Anlage führen. Dies wiederum kann zur Folge haben, dass Wind bei sehr hohen Anstellwinkeln auf die Rotorblätter trifft. Dabei kommt es zu Wirbelablösungen, welche stark wechselnde Lasten an den Blättern auslösen und die Rotorblätter in Schwingungen versetzen können. Je nach Intensität der Schwingungen können sie das Blatt oder die Anlage beschädigen oder gar zerstören. Weil es für diesen Vorgang noch keine zuverlässigen Modelle gibt, führt das Fraunhofer IWES numerische Strömungssimulationen (engl. Computational Fluid Dynamics – CFD) an elastischen Rotorblättern durch. Damit wird es möglich, die Anfälligkeit eines Rotorblattes für solche Schwingungen unter bestimm- ten Szenarien zu identifizieren und ggf. Gegenmaßnahmen einzuleiten. Numerische Strömungssimulation als Lösungsansatz Rotorblätter von Windenergieanlagen werden aktuell schlank und flexibel gebaut. Dies hat verschiedene, auch aerodynamische, Vorteile. Ein Nachteil ist, dass sich durch die Flexibilität ungewünschte Schwingungen aufbauen können. In der Auslegung der Blätter kann für den Standard- betrieb der Anlagen das Verhalten der Rotorblätter recht gut bestimmt und berechnet werden. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn das Strömungsverhalten an den Blättern stark instationär wird, z. B. aufgrund von Wirbelablösungen. Das passiert bei hohen Windgeschwindigkeiten oder in Fällen, in denen die Anlage nicht im Betrieb ist oder, im Extremfall, nicht mehr gesteuert werden kann. Numerische Strömungs- simulationen erlauben genau dieses Problem durch einen physik-basierten Ansatz der Strömungsrechnung zu unter- suchen. Das Fraunhofer IWES hat in dem Open-Source-Code OpenFoam die Möglichkeit einer Strömungsstruktur- gekoppelten Simulation geschaffen. 48

Offshore-Logistik Projekt- und Risikomanagement für Offshore-Windparks: Kosten minimieren und Effizienz steigern Unsere Leistungen: Projektplananalysen und qualitative Beurteilung von Ablaufplanungen in der Projektlogistik Identifizierung, Analyse und Bewertung von Wetterrisiken Post-Construction- und Performance-Analysen sowie KPI-Evaluierung von Offshore-Windparks und deren Assets Beurteilung und Optimierung der O&M-Prozesse eines Offshore-Windparks Consulting im Bieter- und Claim-Management von Offshore-Projekten Ein leistungsfähiges Projekt- und Risikomanagement bildet die Grundlage für eine erfolgreiche und kosteneffiziente Planung, Errichtung und Betrieb von Offshore-Windparks. In der Planungs- und Ausführungsphase bietet das Fraunhofer IWES Projektplan- und Wetterrisikoanalysen an, um potenzielle Risiken frühzeitig zu identifizieren und zu bewerten. Dank seiner Expertise kann das Fraunhofer IWES dabei helfen, Risiken zu minimieren und die Effizienz der Projektlogistik zu optimieren. Für bereits errichtete Offshore-Windparks lassen sich mit den Post-Construction- und Performance-Analysen Leistung und Effizienz des Parks bewerten. Basierend auf den Ergeb- nissen kann das Fraunhofer IWES Empfehlungen zur Opti- mierung geben. Durch die konzeptionelle Auslegung von Instandhaltungskonzepten für Offshore-Windparks sowie die Beurteilung bestehender Konzepte hilft das Fraunhofer IWES, die optimale Betriebsstrategie für Windparks zu finden und Kosten zu minimieren. Darüber hinaus bietet das Fraunhofer IWES die Optimierung der O&M-Logistik an, um Betrieb und Instandhaltung der Offshore-Windparks effizienter zu gestalten. Das Fraunhofer IWES analysiert die logistischen Prozesse und entwickelt maßgeschneiderte Lösungen, um die Verfüg- barkeit der Turbinen zu maximieren und die Betriebs- und Instandhaltungskosten zu optimieren. Das Projekt- und Risikomanagement von Offshore-Windparks minimiert Kosten und steigert die Effizienz. MEHR INFO

Angewandte Forschung für Kunden Das Fraunhofer IWES steht für starke Kooperationen und inhaltliche Zusammenarbeit. Wir haben stehts die Lösung des Problems und die Einführung der Innovation in den Betrieb oder in den Markt zum Ziel. Passende Lösungsansätze für Unternehmen mit technologischen Herausforderungen zu entwickeln, ist unsere Stärke. Gern unterstützen wir Sie bei allen Fragen rund um die Planung, Realisierung und Optimierung von Wind- energieanlagen oder der Wasserstofferzeugung. Sprechen Sie uns an! Machen Sie sich auf die Suche nach den passenden Kartenpaaren. Einfach ausschneiden und losspielen. Beim Fraunhofer IWES ist jeder Match ein Treffer. WISSENs bar stark FORSCHER MESS gründig voll ANT RIEBs WIND geist

Impressum Herausgeber Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES Am Seedeich 45 | 27572 Bremerhaven info@iwes.fraunhofer.de www.iwes.fraunhofer.de Das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES ist eine rechtlich nicht selbstständige Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. Hansastraße 27 c | 80686 München www.fraunhofer.de Stand: August 2024 Bildnachweis Seite 1: Paul Langrock Seite 2-5: Fraunhofer IWES Seite 6: Timo Lutz Seite 7: Jens Meier Seite 8/9: Fraunhofer IWES/gobasil Seite 10: Fraunhofer IWES/Gerrit Wolken-Möhlmann Seite 11: Frank S. Bauer, Frank S. Bauer Seite 12: Fraunhofer IWES Seite 13: Brazhyk - stock.adobe.com Seite 14/15: Paul Langrock Seite 17-19: Frank S. Bauer Seite 20/21: Fraunhofer IWES Seite 22: Frank S. Bauer Seite 23: Windenergieanlage - istockphoto instamatics, Seite 25: iStock_inkoly klein von links oben nach rechts unten: Jan Meier, Hermann Kolbeck, Marcus Heine, Fraunhofer IWES/Thomas Viergutz, Diagramm - Pixabay Buffik Redaktion Inna Eck, Leiterin Kommunikation Layout Fraunhofer IWES Druck UmweltDruckhaus Hannover GmbH | 30851 Langenhagen www.umweltdruckhaus.de Gedruckt im Offsetdruck mit Bio-Farben auf Circle Offset Premium Whitematt 100 % Altpapier www.blauer-engel.de/uz195 · ressourcenschonend und umweltfreundlich hergestellt · emissionsarm gedruckt · hauptsächlich aus Altpapier HO3 Hydrogen Lab Fraunhofer IWES Seite 26: Wenger Engineering GmbH Seite 27: Till Schuster/Linde GmbH - Anlage in Leuna, Seite 29: Jens Meier Seite 30: Fraunhofer IWES Seite 31: HSEL/Tobias Trapp Seite 32/33: Fraunhofer IWES/Gerrit Wolken-Möhlmann Seite 34: Fraunhofer IWES Seite 35: Marcus Heine Seite 36/37: Jan Meier Seite 38: Fraunhofer IWES Pages 40/41: PORT OF ESBJERG-CHRISTER HOLTE Seite 41: Jan Meier Seite 43: Fraunhofer IWES Seite 44: Fraunhofer IWES, erstellt mit ParaView Seite 45: Fraunhofer IWES Seite 47: Paul Langrock Seite 48: Fraunhofer IWES Seite 49: Paul Langrock Seite 51+54: taviphoto/photocase 55

Zertifizierung Unser Qualitäts-, Arbeitsschutz- und Umweltmanagementsystem ist zertifiziert gemäß ISO 9001, ISO 45001 und ISO 14001. Akkreditierung Unser akkreditiertes Labor mit den Bereichen Rotorblatt, Materiallabor und Feldmessungen ist von der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) nach ISO/IEC 17025 mit flexiblem Geltungsbereich der Akkreditierung Kategorie III* und Kategorie I** akkreditiert. Damit erhalten unsere akkreditierten Laborbereiche einen objektiven und international anerkannten Nachweis über ihre Kompetenz. * Kategorie III: In diesem Bereich ist es dem Labor gestattet − ohne vorheriger Zustimmung der DAkkS − die in der Urkunde gelisteten Prüfverfahren mit unterschiedlichen Ausgabeständen der Normen anzuwenden. ** Kategorie I: Diese nächsthöhere Kategorie erlaubt dem Labor − ohne vorheriger Zustimmung der DAkkS − die freie Auswahl von genormten oder ihnen gleichzusetzenden Prüfverfahren innerhalb des definierten Prüfbereiches. 56

Die Fraunhofer-Gesellschaft Das Fraunhofer IWES ist eins von 76 Instituten und Forschungseinrichtungen der Fraunhofer-Gesellschaft mit Sitz in Deutschland und ist eine der führenden Organisationen für anwendungsorientierte Forschung. Im Innovationsprozess spielt sie eine zentrale Rolle – mit Forschungsschwerpunkten in zukunftsrelevanten Schlüsseltechnologien und dem Transfer von Forschungsergebnissen in die Industrie zur Stärkung unseres Wirtschaftsstand- orts und zum Wohle unserer Gesellschaft. Die Fraunhofer-Gesellschaft gehört zu den beliebtesten Arbeitgebern Die aktuellen Studien von Randstad, trendence und Universum belegen: Fraunhofer steht nicht nur für Forschung auf Spitzenniveau, sondern gehört auch zu den beliebtesten Arbeitgebern in Deutschland. Fraunhofer ist stolz auf die vorderen Plätze in den Rankings und tut alles dafür, noch besser zu werden. Gute Gründe für das Arbeiten am Fraunhofer IWES gibt es genug! Am Fraunhofer IWES warten spannende Forschungsfragen auf dich. Das Institut verfügt über einzigartige Prüfstände und Messinfrastruktur sowie modernste Technologien. Bei uns realisierst du experimentelle Versuche und Tests und genießt bei der Gestaltung deiner Projekte Freiheiten. In Sachen Wind- und Wasserstofftechnologien finden wir gemeinsam Lösungen für aktuelle und künftige Herausforderungen. Zu diesem Zweck arbeitest du eng mit unseren Kundinnen und Kunden sowie Partnerinnen und Partnern zusammen und bringst innovative Lösungen mit deinen Kolleginnen und Kollegen in die Anwendung. Veränderung startet mit uns! MEHR INFO 57