MOUSE: Multiskalen- und multiphysikalische MOdelle Und Simulation für die WindEnergie

Auf einen Blick

• Im Design und im Betrieb von Windenergieanlagen spielen Simulationen eine immer größere Rolle.
• Die Simulation von komplexen Strömungssystemen, wie sie an Windenergieanlagen auftreten, sind mit einem hohen und teuren Rechenaufwand verbunden.
• Im Forschungsprojekt MOUSE untersuchen die Wissenschaftler*innen neue mathematische Methoden für die Nutzung in der Windenergie.
• Ziel ist, mehrskalige Strömungssimulationen mit höherer Genauigkeit in kürzerer Zeit zu berechnen.

Herausforderung

Numerische Strömungssimulationen (CFD) sind ein entscheidendes Werkzeug, um immer größere Windenergieanlagen konstruieren und betreiben zu können. Bisher sind jedoch derartige hochauflösende Strömungsrechnungen immer nur für einzelne Fälle möglich oder werden nur an Subkomponenten, wie beispielsweise Tragflächenprofilen durchgeführt. Dabei sind die Windverhältnisse an Windenergieanlagen ein herausragendes Beispiel für ein Problem auf sehr vielen Größenskalen – sie reichen von mesokaligen Wettersystemen bis hin zu Turbulenzen an der einzelnen Anlage. Allerdings sind CFD derzeit mit einem hohen Rechenaufwand verbunden, was sie aufwändig und teuer macht. 

Lösung

Im Forschungsprojekt MOUSE untersuchen Wissenschaftler*innen neue mathematische Methoden der Strömungssimulation auf ihre Funktionsweise und Eignung für die Nutzung in der Windenergie. Ziel ist, ein verbessertes Zusammenführen der verschiedenen Skalen bei einer gleichen oder auch höheren Genauigkeit in kürzerer Rechenzeit zu erlauben. Dabei kommen auch Methoden des Maschinellen Lernens zum Einsatz.

In einem Teilprojekt testet das Fraunhofer IWES die neuen Ansätze auf ihre praktische Eignung für die Windenergieindustrie. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts sollen die technische Entwicklung von Windenergieanlagen beschleunigen. Eine Anwendung wäre, diese im Betrieb digital in Echtzeit besser überwachen zu können.

Mehrwert

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. Dadurch entfallen hohe Risikoaufschläge im Design. Betreiber profitieren, indem sie den Windpark in Echtzeit entsprechend der Belastungen fahren können und so das Material schonen und den Stromertrag optimieren. Die Folge sind niedrigere Stromgestehungskosten von Offshore-Windstrom.