Numerische Strömungssimulationen sind für den weiteren Ausbau der Windenergie besonders relevant. Bislang existieren Modellierungs- und Simulationsmethoden auf unterschiedlichen Größenskalen. Sie reichen von komplexen Wettersystemen mit Ausmaßen von Hunderten Kilometern bis zu kleinräumigen Turbulenzen an einer Windenergieanlage oder an einzelnen Komponenten, die nur wenige Minuten stabil bleiben. Diese Simulationen über mehrere Skalen hinweg sind allerdings sehr rechenaufwändig und zeitintensiv.
Im Forschungsprojekt MOUSE arbeiten ForWind – Zentrum für Windenergieforschung an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg und das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES zusammen, um mehrskalige Strömungssimulationen miteinander zu verknüpfen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über seine Laufzeit bis Juni 2026 gefördert. Die Forschungspartner wollen unter anderem eine Verbesserung von Methoden der Wind-/Windleistungsvorhersage und der Windpotenzialanalyse erzielen und die neuen Ansätze auf ihre praktische Eignung für die Windenergieindustrie zu testen. Insgesamt sollen die Ergebnisse des Projekts den Entwurf von Windenergieanlagen und Windparks beschleunigen und verbessern und langfristig, diese im Betrieb zu überwachen.
Neue digitale Methoden erlauben neue Tiefe in der Forschung
In einzelnen Teilprojekten werden im Projekt MOUSE stochastische Methoden und Methoden der Künstlichen Intelligenz erforscht. Die Dynamik der Lasten an einer Windenergieanlage wird auf verschiedenen Skalen erforscht, um so zu einer adaptiven Windparkregelung basierend auf KI-Methoden zu gelangen. Neue numerische Techniken und Methoden für Strömungssimulationen sollen dabei auf die Verbesserung der Simulationsbedingungen und Rechenzeiten hin untersucht werden. Diese reichen von kleinskaligen Anwendungen aus der Aerodynamik bis hin zu großskaligen Anwendungen im Bereich von Windpark- oder Standortsimulationen.
Auf diese Weise lässt sich eine präzisere Abbildung der physikalischen Eigenschaften der Windströmung mit dem Windpark- und Anlagenverhalten erreichen. Zusätzlich wird die Möglichkeit für eine Kopplung des physikalischen Verhaltens von Atmosphäre, Ozean und Windenergieanlagen in einer numerischen Simulationsumgebung eröffnet. Je genauer die Einflüsse von Strömungen an und auf Windenergieanlagen simuliert werden können, desto besser können Hersteller das Design der Maschinen an die Gegebenheiten anpassen. Betreiber profitieren, indem sie Windparks entsprechend der Belastungen regeln können und so das Material schonen und den Stromertrag optimieren. Die Folge sind niedrigere Stromgestehungskosten von Offshore-Windstrom.
Neuer Hochleistungsrechner für die Windenergieforschung
Um diesen komplexen Anforderungen gerecht zu werden, wurde an der Universität Oldenburg ein Hochleistungsrechner der neuesten Generation in Betrieb genommen. Unter der Beteiligung der Abteilung Wissenschaftliches Rechnen der Universität Oldenburg ist dieses System speziell für die Windenergieforschung im Projekt MOUSE erweitert und mit der entsprechenden Hardware ergänzt worden, da die numerischen Simulationsrechnungen eine enorme Rechenleistung benötigen.
Das Forschungsprojekt MOUSE wird von ForWind an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg koordiniert. ForWind ist das gemeinsame Zentrum für Windenergieforschung der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen. ForWind bündelt die Windenergieforschung im Nordwesten und verbindet 30 Institute und Arbeitsgruppen der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen. Verbundpartner im Projekt ist das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES. Das Fraunhofer IWES sichert Investitionen in technologische Weiterentwicklungen durch Validierung ab, verkürzt Innovationszyklen, beschleunigt Zertifizierungsvorgänge und erhöht die Planungsgenauigkeit durch innovative Messmethoden im Bereich der Wind- und Wasserstofftechnologie.
Ansprechpartner ForWind:
Projektleitung:
Prof. Dr. Joachim Peinke
Telefon: +49 (0)441 798-5050
E-Mail: joachim.peinke@forwind.de
Projektkoordination:
Dr. Hendrik Heißelmann
Telefon: +49 (0)441 798-5085
E-Mail: hendrik.heisselmann@forwind.de
Ansprechpartner Fraunhofer IWES:
Dr. Bernhard Stoevesandt
Telefon: +49 (0)441 798-5011
E-Mail: bernhard.stoevesandt@iwes.fraunhofer.de
