Planungssoftware für schwimmende Offshore-Windparks

Im Projekt Floatech bauten die Projektpartner auf eine bestehende Simulationssoftware namens QBlade auf. Das daraus entstandene Planungstool sei nun in der Lage, „alle relevanten Aspekte von schwimmenden Windanlagen“ zu berechnen, heißt es in der Pressemitteilung der TU Berlin. Um die komplexen physikalischen Phänomene und die Interaktionen mit der schwimmenden Windenergieanlagen abzubilden, entwickelten die Forschenden ein hydrodynamisches Modul mit dem Namen QBlade-Ocean. Es soll unterschiedliche Wellen und die dominierenden hydrodynamischen Kräfte simulieren können, einschließlich der Wechselwirkungen von Wellen, Wind und Meeresgrund mit der Windkraftanlage.

Neue Regelung soll Windstromernte der hinteren Anlagen erhöhen

Die neue Simulationssoftware für schwimmende Windenergieanlagen soll sowohl für die wissenschaftliche als auch für die industrielle Anwendung geeignet sein. Mit ihr soll es zum Beispiel möglich werden, die Kosten eines Projekts zu analysieren. Auch Regelungsstrategien für Drehzahl, Einstellung der Turbinenblätter sollen sich so am digitalen Modell durchspielen lassen.

Ein Team der TU Delft entwickelte mit QBlade zudem spezielle Regelungsstrategien für schwimmende Offshore- Windparks weiter. Insbesondere wollten sie die Einbußen reduzieren, die entstehen, wenn die Anlagen sich gegenseitig den Wind wegnehmen. Sie setzen dabei auf das sogenannte Active Wake Mixing (Wake = Wirbelschleppe). Dabei geht es darum, die Bewegung der schwimmenden Anlagen so auszunutzen, dass sich die Windgeschwindigkeit für die hinteren Anlagen möglichst wenig verringert. Unterm Strich soll so eine höhere Windstromernte herauskommen. Mit QBlade soll sich berechnen lassen, wie sich diese Regelstrategien auf die Dynamik des schwimmenden Systems, die Lasten und die Turbinen-Nachlauf-Interaktion auswirken.

Prognose der Wellenbewegung könnte Durchbruch für schwimmende Windparks bringen

Gemeinsam mit dem niederländischen Unternehmen Nextocean haben die Forschenden zudem ein System entwickelt, um die Auswirkung von Wellen besser vorherzusagen. Ein Radar misst dafür die Amplitude der Wellen. Algorithmen werten die Informationen aus, berechnen die entstehenden Kräfte und die Bewegung der schwimmenden Plattform. Auf seiner Webseite wirbt Nextocean damit, exakte Schiffsbewegungen durch Wellen bereits Minuten im Voraus berechnen zu können. „Für schwimmende Windkraftanlagen könnte diese Technologie ein Durchbruch sein, da anhand dieser Informationen die Bewegung der Anlage und damit Lasten oder Leistungsfluktuationen reduziert werden könnten”, erklärt Robert Behrens de Luna, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik und Projektmanager von Floatech. QBlade sei dabei die Schnittstelle, um die Daten der Wellenvorhersage an die Regelung der Windturbine zu übergeben. So lasse sich die Wirksamkeit des Gesamtsystems untersuchen.

Am Wasserbassin-Teststand der Ecole Centrale Nantes entwickelten die Forschenden einen softwaregestützten Versuchsaufbau. So wollen sie ihre Simulationsergebnisse unter realistischen Bedingungen validieren

Schwimmende Offshore-Windparks versprechen hohes Potenzial

Schwimmende Offshore-Windparks sind in den letzten Jahren in erste kommerzielle Anwendung vorgedrungen, wie auch die Berichte auf dem Solarserver zeigen. Die schwimmenden Plattformen sind mit Ankerleinen am Meeresgrund befestigt. Während für feststehende Offshore-Windkraftanlagen bei Wassertiefen von 50 bis 60 Metern Schluss ist, sind die Floating-Anlagen nahezu unabhängig von der Wassertiefe. Laut der Pressemitteilung der TU Berlin werden rund 80 Prozent der Windenergieressourcen auf hoher See an Standorten mit mehr als 60 Metern Wassertiefe verortet. Besonders für Staaten mit steilen Küstenabschnitten wie Spanien, Portugal, Japan und die USA sei die Technologie daher relevant. Da sie keine Betonfundamente brauchen, blieben der Umwelt zudem Lärm und Sedimentschäden erspart. Da sie in größerer Entfernung zur Küste installiert werden können, rechnen die Forschenden auch mit weniger Protesten. Der bisher größte schwimmende Windpark ist laut der TU Berlin Hywind Tampen vor der norwegischen Küste. Zum Projekt gehören mit elf Turbinen und mit einer installierten Leistung von 88 MW.

Einfach wird es aber auch bei den schwimmenden Windenergie-Anlagen nicht gehen. Perspektivisch seien Rotordurchmesser von 240 bis 260 Metern vorgesehen. Um diese zu bauen und zum geplanten Standort zu schleppen, seien massive Investitionen in die Hafeninfrastruktur nötig. Außerdem steigen die Anforderungen an die Windturbinen selbst, da sie nun durch Wellen und Windanregung ständig in Bewegung sind. Daraus ergebe sich eine größere Beanspruchung aller Komponenten, was wiederum die Kosten erhöhe.

Quelle: TU Berlin | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH