EuroWindWakes: Multiscale Modelling of European Wind Energy Wake Effects

Auf einen Blick

• Durch die geplante dichte Bebauung der Nordsee mit Offshore-Windparks werden Nachlaufeffekte und der Global-Blockage-Effekt wichtiger für die Berechnung der Stromerträge. Aktuelle Modelle bilden diese nur mit großen Unsicherheiten ab.
• Das internationale Forschungsprojekt EuroWindWakes will diese Unsicherheiten durch Verbesserung und Validierung der Methoden signifikant senken und so eine optimierte maritime Raumplanung sowie eine zuverlässige Vorhersage der Stromerzeugung ermöglichen. Dazu werden die Nachlaufeffekte für die gesamte Nordsee mit einbezogen.
• Das Fraunhofer IWES ist für die Koordination des Gesamtvorhabens und die Entwicklung von industriegeeigneten Modellierungstechniken verantwortlich.

Herausforderung

Die Nordseeanrainer der Europäischen Union haben 2022 gemeinsam mit Norwegen ein Ausbauziel für die Offshore-Windenergie festgelegt: Bis 2050 sollen mindestens 260 GW Offshore-Windleistung installiert werden. Diese weltweit dichteste Installation von Offshore-Windenergieanlagen droht jedoch mit einer Verringerung des Kapazitätsfaktors einherzugehen. Nachlaufeffekte (engl. Wakes) und der Global-Blockage-Effekt können die Stromerträge durch verstärkte Turbulenzen und verringerte Windgeschwindigkeiten deutlich senken.

Die derzeit zumeist verwendeten Modellierungen zur Berechnung der Stromerträge können diese Effekte nur mit großen Unsicherheiten abbilden. Diese Unsicherheiten können sowohl den volkswirtschaftlichen Nutzen durch eine insgesamt geringere Stromerzeugung als auch die wirtschaftliche Rentabilität aufgrund zu optimistischer Gebote in den Ausschreibungen von Offshore-Flächen erheblich beeinflussen.

Lösung

Hier setzt das internationale Forschungsprojekt EuroWindWakes an. Ziel ist es, die Vorhersageunsicherheit von 20 bis 30 Prozent auf weniger als 10 Prozent zu reduzieren. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Kooperationspartner aus Deutschland, Dänemark und den Niederlanden Modellierungsansätze für Nachlaufeffekte auf europäischer Skala verbessern und validieren. Aus den Ergebnissen abgeleitete Handlungsempfehlungen werden über die im Projekt beteiligten Industriepartner allen relevanten Stakeholdern zugänglich gemacht.

Das Fraunhofer IWES ist für die Koordination des Gesamtvorhabens und die Entwicklung von industriegeeigneten Modellierungstechniken für Nachlaufeffekte auf europäischer Skala verantwortlich. Dafür werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter anderem mesoskalige Windparkparametrisierungen und das open-source Industriemodell FOXES für sehr große Windparks weiterentwickeln. Geplant ist, unterschiedliche Modelle miteinander zu koppeln, um Validierung sowie Benchmarking zu ermöglichen und daraus Handlungsempfehlungen abzuleiten.

Mehrwert  

EuroWindWakes ermöglicht eine optimierte maritime Raumplanung und eine zuverlässige Vorhersage der Stromerzeugung. Damit schafft das Projekt eine wesentliche Voraussetzung, um das enorme Potenzial der Offshore-Windenergie auszuschöpfen. Darüber hinaus wird EuroWindWakes dazu beitragen, einen wichtigen Knotenpunkt des entstehenden European Center of Excellence for Wind Energy zu schaffen, eine Initiative der European Energy Research Alliance (EERA JP Wind).