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In der Nordsee sind in mehreren Regionen dichte Installationen von Offshore-Windparks geplant. Die daraus resultierenden Nachlaufeffekte großer Offshore-Windpark-Cluster sind für die Berechnung der Energieerträge von großer Bedeutung. Aktuelle Modelle erlauben oft nur eine ungenaue Darstellung dieser Effekte. Im trinationalen Verbundforschungsprojekt EuroWindWakes wollen die Partner aus Deutschland, den Niederlanden und Dänemark die Genauigkeit der Vorhersagen deutlich erhöhen, um eine optimierte maritime Raumplanung und eine zuverlässige Prognose der Stromerzeugung zu ermöglichen.
Zu diesem Zweck hat sich das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES mit seinen Partnern Technische Universität Dänemark, Technische Universität Delft, Deutscher Wetterdienst, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Pondera Consult, EMD International, DHI und den assoziierten Partnern RWE, BP, EnBW und TotalEnergies zusammengeschlossen. Das Forschungsprojekt startete Ende 2024 und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, dem Energy Technology Development and Demonstration Programme (EUDP) in Dänemark und der niederländischen Behörde RVO im Rahmen der EU-Initiative Clean Energy Transition Partnership (CETP) finanziert.
Die europäischen Nordseeanrainerstaaten haben sich ein Ausbauziel für die Offshore-Windenergie gesetzt: Bis 2050 sollen mindestens 260 GW Offshore-Windleistung installiert werden. In Teilen der Nordsee wird die weltweit dichteste Installation von Offshore-Windenergieanlagen erwartet – mit Auswirkungen auf die absehbare Stromproduktion. Sogenannte Nachlaufeffekte werden sehr deutlich spürbar sein. Der Bereich stromabwärts der Rotorfläche wird als Nachlauf bezeichnet. Durch den Impulsentzug aus der Strömung weist dieser Bereich eine reduzierte Windgeschwindigkeit und einen erhöhten Turbulenzgrad durch die Vermischung mit der ungestörten Strömung auf. Dies reduziert die Stromerträge in den abgeschatteten Windparks erheblich. Das Projektteam von EuroWindWakes arbeitet an Modellen, die helfen, Effizienzverluste von Offshore-Windenergieanlagen durch eine optimierte Windparkplanung zu minimieren.
Aktuelle Modelle zur Berechnung von Energieerträgen können diese Nachlaufeffekte nur mit großen Unsicherheiten abbilden. Die Projektpartner wollen die Ungenauigkeit der Vorhersagen durch die Verbesserung und Validierung bestehender Methoden von 20-30 Prozent auf 10 Prozent reduzieren. Diese erhöhte Prognosegenauigkeit ermöglicht eine optimierte transnationale maritime Raumplanung und eine genauere Vorhersage der Stromerzeugung. Das EuroWindWakes-Team schafft eine wesentliche Voraussetzung für die Nutzung des enormen Potenzials der Offshore-Windenergie. Es ist auch ein wichtiger Einflussfaktor für die Wirtschaft, da die Unsicherheit über die Leistung von Windenergieanlagen und Windparks einen erheblichen Einfluss auf die Rentabilität von Offshore-Standorten hat.
»Alle drei beteiligten Länder haben bereits groß angelegte Untersuchungen zu Nachlaufströmungen in kleinerem Maßstab durchgeführt. EuroWindWakes reduziert die Unsicherheit bei der Bewertung von Nachlaufeffekten über große Entfernungen in der Nordsee und ermöglicht so eine optimale Standortbestimmung für Anwendungen wie die maritimen Raumplanung«, sagt Dr. rer. nat. Bernhard Stoevesandt, Projektkoordinator am Fraunhofer IWES.
Das Projekt schafft eine geografisch fokussierte Zusammenarbeit zu diesem wichtigen Thema. Jake Badger, Leiter der Abteilung für Ressourcenbewertung und Meteorologie bei DTU Wind and Energy Systems, Technische Universität Dänemark, fügt hinzu: »Die Tatsache, dass die kooperierenden Länder Nachbarn an der Nordsee sind, eröffnet die Möglichkeit, wirklich an den grenzübergreifenden Auswirkungen von Windparks zu arbeiten und Interessengruppen, einschließlich Behörden, zusammenzubringen, um unsere Methoden und Ergebnisse im Hinblick auf die langfristige Planung zu nutzen.«
Anja Schönnebeck, nationale Projektkoordinatorin bei Pondera Consult, betont: »Die Vorhersage der Auswirkungen benachbarter Windparks auf den Energieertrag eines Offshore-Windparks variiert je nach gewähltem Nachlaufmodell erheblich. Diese Variation führt zu hohen Unsicherheiten bei der Finanzplanung von Offshore-Windparks. Das Projekt EuroWindWakes zielt darauf ab, diese Unsicherheiten zu verringern und die Zuverlässigkeit von Energieertragsprognosen zu verbessern.«
Beim Kick-off-Meeting im Februar 2025 trafen sich die Projektpartner, um die nächsten Schritte im Projekt zu besprechen. Das Fraunhofer IWES ist für die Koordination des Gesamtprojekts verantwortlich. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren.
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Fraunhofer IWES
Das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES betreibt anwendungsorientierte Forschung für eine nachhaltige Zukunft. Die Fokusthemen des Fraunhofer IWES sind: Offshore, Wasserstoff, Prüfinfrastruktur und Digitalisierung. Die Forschungsarbeit in diesen zukunftsrelevanten Schlüsseltechnologien spielt im Innovationsprozess eine zentrale Rolle und stärkt durch den Transfer der Forschungsergebnisse in die Industrie den Wirtschaftsstandort zum Wohle unserer Gesellschaft. Mehr als 400 Mitarbeitende an neun Standorten entwickeln innovative Methoden, um den Ausbau der Windenergie- und Wasserstoffwirtschaft zu beschleunigen, die Risiken zu minimieren und die Kosteneffizienz zu steigern.
Abteilung Wind and Energy Systems, Technische Universität Dänemark, DTU
Die DTU Wind and Energy Systems ist eine der führenden Forschungseinrichtungen für Windenergie weltweit. Mit rund 450 Mitarbeitenden und einem multidisziplinären Portfolio von über 130 Projekten in über 40 Ländern. In der Windenergie-Meteorologie und Strömungsmodellierung hat die Abteilung eine lange Geschichte, z. B. den European Wind Atlas, die weit verbreitete WAsP-Software und -Methodik, der Global Wind Atlas und der New European Wind Atlas. Im Bereich der Nachlaufmodellierung entwickelt die DTU neue Generationen von mesoskaligen Windpark-Parametrisierungen (basierend auf ihrer Explicit Wake Parameterization Methode) und mikroskalige Tools in ihrer pyWake Open-Source-Modellreihe.
Technische Universität Delft
Die TU Delft ist die führende technische Universität der Niederlande. An acht Fakultäten arbeiten 7600 Mitarbeitende, 26 000 Studierende und 3500 Doktoranden. Sie verfügt über eine der größten Forschergruppen Europas im Bereich Windenergie mit 150 Mitarbeitenden und fast 200 Doktoranden, die sich in unterschiedlicher Form mit Windenergieforschung befassen. Das Windenergie-Institut der TU Delft fungiert als Dachorganisation für die Windenergieaktivitäten und umfasst mehrere Gruppen, die in der Windenergieforschung und -lehre tätig sind, darunter die Abteilung Windenergie in der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik, die 70 Mitarbeitende und Doktoranden umfasst.
Im Rahmen des EuroWindWakes-Projekts werden Prof. Simon Watson und sein Team in der Abteilung Windenergie CFD-Kronenmodelle und Mehrschichtmodelle reduzierter Ordnung entwickeln, um die Interaktionen zwischen den großskaligen Nachlaufeffekten (Cluster-Wakes) effektiv und effizient zu berechnen. Darüber hinaus werden sie in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen der Fakultät für Maschinenbau das Potenzial für die Steuerung von Windparks und Clustern untersuchen, um die großflächige Verteilung von Offshore-Windenergie zu verbessern.
Deutscher Wetterdienst
Der Deutsche Wetterdienst (DWD), Deutschlands nationaler meteorologischer Dienst, ist für die Erfüllung der meteorologischen Erfordernisse aller Wirtschafts- und Gesellschaftsbereiche in Deutschland zuständig, einschließlich spezialisierter meteorologischer Informationen für den Sektor der erneuerbaren Energien. Der DWD entwickelt und betreibt eine globale bis regionale Kette numerischer Wettervorhersagesysteme. Mit seinem ICON-Wettervorhersagemodell (ICON global, EU, D2) und seinem Ensemblevorhersagesystem gehört die numerische Wettervorhersage beim DWD zur international führenden Gruppe von Wetter- und Klimamodellierungszentren.
Im Rahmen des EuroWindWakes-Projekts wird das Team des DWD an der Darstellung der Nachlaufeffekte von Windparks in der Vorhersagekette arbeiten und die Auswirkungen großer Offshore-Windpark-Cluster auf Wetter und Klima bewerten.
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
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. Damit bildet ForWind einen bundesweit einmaligen Forschungsverbund und deckt ein breites Spektrum wissenschaftlicher Themen ab. Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Ingenieurwissenschaften, Physik und Meteorologie, Informatik und Wirtschaftswissenschaften. Der Bereich Windphysik ist Teil des Instituts für Physik der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Arbeitsgruppe Windenergiesysteme dieses Instituts beteiligen sich am EuroWindWakes-Projekt. Ihr Hauptbeitrag zum Projekt wird darin bestehen, Daten aus hochgenauen Simulationen der Wechselwirkung zwischen atmosphärischen Strömungen und Windpark-Clustern für die Weiterentwicklung und Validierung von rechnerisch günstigeren Strömungsmodellen bereitzustellen.
Pondera Consult B.V.
Pondera bietet Fachwissen und Tools zur Bewältigung komplexer Herausforderungen im Zusammenhang mit der Energiewende. Sie entwickeln innovative, zuverlässige Lösungen für zukünftige Energiesysteme. Ihr Schwerpunkt lag bisher hauptsächlich auf Wind- und Solarenergie, hat sich aber in den letzten Jahren auf die Integration von grünem Wasserstoff und Batteriespeicherung ausgeweitet. Als Teil von Royal HaskoningDHV integrieren sie Ingenieurwesen, Design und Technologie, um weltweit nachhaltige Innovationen zu liefern.
EMD International A/S
EMD wurde 1986 mit dem Ziel gegründet, Wissen, Forschung und Technologie zu verbreiten und zu entwickeln, die den Ressourcenverbrauch reduzieren und den ökologischen Wandel unterstützen können. Das Unternehmen unterstützt den Übergang zu erneuerbaren Energien durch die Entwicklung von Software und Modellierungswerkzeugen, Daten- und Berechnungsdiensten sowie Beratung. EMD stellt das marktführende Software-Tool windPRO für alle Aspekte der Windparkplanung und -entwicklungsphase vor der Installation her. EMD bietet mit energyPRO Tools für die Betriebsphase von Windparks sowie für die Analyse und die optimale Gestaltung und den Betrieb von Energiesystemen an.
DHI A/S
DHI ist eine unabhängige, internationale Beratungs- und Forschungsorganisation mit Niederlassungen in 26 Ländern, Kunden in 114 Ländern und mehr als 1100 Mitarbeitendem. Seit über 30 Jahren trägt DHI zur Entwicklung von Offshore-Windenergieanlagen weltweit bei. DHI hat 80% der in Auftrag gegebenen Offshore-Windparks weltweit unterstützt. Das Segment Offshore Wind Engineering ist unter anderem in der Untersuchung der mesoskaligen Modellierung extremer und normaler Bedingungen von Wind, Wellen und Meeresströmungen tätig, wobei der Schwerpunkt auf der Modellierung der Wechselwirkung zwischen Luft und Meer mit der weltweit anerkannten Modellierungssoftware von DHI, MIKE Powered by DHI, liegt.
Förderhinweis:
Diese Forschung wurde von CETPartnership, der Clean Energy Transition Partnerschaft im Rahmen der gemeinsamen Aufforderung zur Einreichung von Forschungsvorhaben 2023, kofinanziert von der Europäischen Kommission (GA 101 069750) und mit den unter https://cetpart-nership.eu/funding-agencies-and-call-modules aufgeführten Förderorganisationen. Das Projekt wird gefördert durch EUDP – The Energy Technology Development and Demonstration Programme, Projektnummer: 640245-522075.
Ansprechpartner Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme IWES
Projektkoordination
Dr. rer. nat. Bernhard Stoevesandt
Abteilungsleiter Aerodynamik und numerische Windenergiemeteorologie
Telefon +49 441 798-5011
E-Mail: bernhard.stoevesandt@iwes.fraunhofer.de
Das Projektkonsortium EuroWindWakes beim Kick-off Meeting im Februar 2025.
©ForWind - Universität Oldenburg
Das EuroWindWakes-Projektlogo.
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Energy, Environment / ecology, Geosciences, Oceanology / climate
transregional, national
Cooperation agreements, Research projects
German
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