EMUwind: Erweiterte Modellierung und Unsicherheitsbetrachtung von atmosphärischen Windfeldern auf Basis hochaufgelöster Messungen

Auf einen Blick

• Ein zentraler Faktor für die Auslegung einer Windenergieanlage sind simulierte Windbedingungen, die mit Hilfe eines vereinfachten Standards (IEC61400-1) dargestellt werden.
• Angesichts neuer Erkenntnisse aus Windmessungen und der wachsenden Anlagengröße kann dieser Standard die Komplexität des Windes nur mit höherer Unsicherheit abbilden.
• Die Partner im Projekt EMUwind erarbeiten verbesserte Windfeldmodelle, in die neue Forschungsergebnisse, aktuelle Messdaten und vorhandene Modelle einfließen, um eine verbesserte Auslegung von Windenergieanlagen zu ermöglichen.
• In einem Teilprojekt ist das Fraunhofer IWES unter anderem für die Methodenentwicklung zur quantitativen Darstellung der Windfeldunsicherheiten und Windfeldsimulationen zuständig.

Herausforderung

Windenergieanlagen sind in ihrer Betriebszeit den Turbulenzen des Windes ausgesetzt, die eine erhebliche Belastung der verschiedenen Bauteile bedeuten. Je besser das Verständnis und die Simulation von Windfeldern ist, desto passgenauer können Windenergieanlagen designt werden.

Derzeit findet für die Auslegung von Windenergieanlagen der Standard IEC61400-1 Anwendung. Dieser Standard enthält allerdings aufgrund der Komplexität des Windes zahlreiche Vereinfachungen, die zu Unsicherheiten in den Lastsimulationen führen.

Lösung

Im Forschungsprojekt EMUwind haben sich die Projektpartner zum Ziel gesetzt, die Themenfelder raumzeitlicher Turbulenzstrukturen und Extrembedingungen aufzugreifen. Ziel ist, mit Hilfe quantitativer Bestimmung von Unsicherheiten, systematischer Planung und Durchführung von Windfeldmessungen, Erstellung von neuen Windfeldmodellen sowie Quantifizierung von Verbesserungen diese Wissenslücken zu schließen.

Mehrwert

Das Fraunhofer IWES ist dabei in einem Teilprojekt unter anderem für die Methodenentwicklung zur quantitativen Darstellung der Windfeldunsicherheiten verantwortlich, die durch Lastrechnungen und hochauflösende numerische Strömungssimulationsrechnungen (CFD-Rechnungen, von Computational Fluid Dynamics) erfolgen. Gleichzeitig soll die Expertise in Bezug auf die Windfeldrekonstruktion und -simulation erweitert werden, um den Einfluss der Windfelder auf die Anlagen zu untersuchen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Abschätzung von Extremwinden.

Ziel ist auch, die Ergebnisse der von den Projektpartnern betriebenen Grundlagenforschung in eine Form zu bringen, die in der Industrie Anwendung finden und in den zuständigen Normungsgremien der IEC-61400 diskutiert werden kann.