AIRE: Advanced study of the atmospheric flow Integrating REal climate conditions to enhance wind farm and wind turbine power production and increase components durability

Auf einen Blick

• Aktuelle Designs von Windenergieanlagen, ihren Komponenten und Windparks berücksichtigen lediglich den Wind als Belastungsfaktor.
• Mit zunehmenden Höhen und neuen Standorten werden weitere Faktoren wie Sand, Niederschläge und Wakes wichtiger.
• Um die Planung von Windparks, ihre Betriebsführung und das Design der Anlagenkomponenten an diese Belastungen anzupassen, untersuchen die Partner des Projektes AIRE deren Einflüsse anhand von klimatischen Bedingungen sowie neuen numerischen Modellen und entwickeln resiliente Lösungen.
• Das Fraunhofer IWES ist unter anderem für die Weiterentwicklung von numerischen Modellen und Design-Tools sowie für die Erarbeitung von Fallstudien für angepasstes Windparkdesign zuständig.

Herausforderung

Der enorme Bedarf Europas an grünem Strom in der Zukunft erfordert die Nutzung von Flächen an Land und auf See, die herausforderndere Bedingungen aufweisen als aktuelle Standorte von Windparks. Gleichzeitig entwickelt sich die Anlagengröße immer weiter, so dass Turbinen neue Höhen und größere Rotoren aufweisen werden. Damit sind die Komponenten von Windenergieanlagen, vor allem die Rotorblätter, neuen und größeren Belastungen ausgesetzt, als es derzeit der Fall ist.

Momentan berücksichtigen das Design und die Betriebsführung von Windparks lediglich den Wind als Belastungskomponente, welcher in großen Höhen anders wirkt. Zusätzlich wirken, abhängig vom Standort, aber Einflussfaktoren wie Niederschläge und Sand, die wiederum Wake-Effekte beeinflussen können. Doch das Wissen um den Einfluss ist lückenhaft.

Lösung

Im Forschungsprojekt AIRE schließen die Projektpartner diese Wissenslücken. Daten realer Bedingungen von vier Versuchsstandorten mit unterschiedlichen Bedingungen bilden die Basis für neue numerische Modelle und Werkzeuge für das Design von Windenergieanlagen sowie die Planung und Steuerung von Windparks. Die Wirksamkeit der Modelle wird anhand von Daten aus vier kommerziellen Windparks (on- und offshore) validiert. Ziel ist, Komponenten von Turbinen, das Design der Parks und ihre Betriebsführung an diese Bedingungen anpassen zu können.

Mehrwert

Das Fraunhofer IWES ist im Projekt unter anderem für die (Weiter)Entwicklung eines Erosionsatlas und Gesamtanlagenströmungssimulationen unter Niederschlagsbedingungen verantwortlich. So bringt das IWES sein öffentlich zugängliches Simulations-Tool FOXES ein, das im Projekt weiterentwickelt wird. Zudem verantwortet das IWES die Erarbeitung von Fallstudien für Offshore-Windparkdesigns, die die neuen Belastungen berücksichtigen.