X-Wakes

Interaktion der Nachläufe großer Offshore-Windparks und Windparkcluster mit der marinen atmosphärischen Grenzschicht

In der Energieversorgung mit erneuerbaren Energien spielt die Offshore-Windenergie eine tragende Rolle. Angesichts der begrenzten nutzbaren Flächen werden Offshore-Windparks in Gruppen, so genannten Clustern errichtet. Als Folge beeinflussen sich die Windparks und die einzelnen Anlagen gegenseitig. Im Windschatten der Anlagen entstehen sogenannte Nachlaufströmungen (Wakes) mit geringeren Windgeschwindigkeiten und stärkeren Turbulenzen. Ziel des Projekts X-Wakes ist eine Erfassung der Veränderungen der Windbedingungen für den Betrieb von Offshore-Windparkclustern beim zukünftigen großflächigen Ausbau.

Projektleitung:
Dr. Martin Dörenkämper (Projektkoordination)
Dr. Astrid Lampert (Wissenschaftliche Sprecherin)
 
Laufzeit des Projektes:
01.11.2019-31.10.2022

  

Fragestellungen/ Projektziele/ Forschungsschwerpunkte

  • Ziel des Projekts X-Wakes ist eine Erfassung der Veränderungen der Windbedingungen für den Betrieb von großen Offshore-Windparkclustern.
  • Im Projekt X-Wakes finden verschiedene Methoden zur Datenerfassung Anwendung, unter anderem werden mit LiDAR, mit unbemannten und bemannten Flugzeugen und Satelliten Messdaten aufgezeichnet.
  • Mit Hilfe dieser Daten sollen im Projekt weiterentwickelte Werkzeuge zur genauen Abbildung großer Windparkflächen in Industriemodellen und hochauflösenden Strömungsmodellen validiert werden.
  • Neben der Untersuchung der Interaktion der Nachläufe von mehreren Windparks untereinander wird vor allem die Interaktion mit der atmosphärischen Grenzschicht und mit Küsteneffekten untersucht.

Die Pläne der Bundesregierung für die Energiewende sehen vor, dass erneuerbare Energien bis zum Jahr 2050 einen Anteil von mindestens 80 Prozent des Bruttostromverbrauchs decken sollen. Eine wesentliche Säule ist hierbei die Offshore-Windenergie. Doch die für Windenergie nutzbare Fläche in der Deutschen Bucht ist begrenzt, daher werden die Windparks meist in Gruppen, sogenannten Windparkclustern, gebaut. Solche Cluster können aus mehreren hundert Windturbinen bestehen. Im Windschatten hinter den Anlagen entstehen Nachlaufströmungen (Wakes) mit geringeren Windgeschwindigkeiten und stärkeren Turbulenzen. Unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen können sich diese Nachlaufströmungen über Entfernungen von mehr als 50 Kilometern erstrecken.

Im Forschungsprojekt X-Wakes werden Nachläufe und andere kumulative Effekte, wie der „Global Blockage Effect“ untersucht um herauszufinden, wie sich die Windparkcluster gegenseitig beeinflussen und welche Auswirkungen ein großflächiger Ausbau der Offshore-Windparks auf die zukünftigen Windverhältnisse haben wird. Mit den Messergebnissen des Projekts werden Computermodelle weiterentwickelt, um mit diesen die Erträge der Windparks für künftige Ausbauszenarien unter realistischen Bedingungen vorhersagen zu können.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten dabei mit einer Kombination aus sich ergänzenden Methoden: Stationäre Messungen per LiDAR an verschiedenen Standorten in der Deutschen Bucht liefern kontinuierlich meteorologische Daten. Mit Hilfe von satellitenbasierten Fernerkundungsdaten wird die Ausdehnung der Nachläufe großflächig analysiert. Messkampagnen mit einem Forschungsflugzeug in geringer Flughöhe liefern zusätzlich hochaufgelöste meteorologische Daten.

Die assoziierten Partner des Projekts liefern Informationen zur Planung des weiteren Ausbaus der Deutschen Bucht sowie wertvolle Windparkproduktionsdaten, die eine Ausrichtung der Projektziele auf den derzeitigen und zukünftigen Windparkbetrieb sicherstellen.

Projektkoordination:  Fraunhofer IWES, Dr. Martin Dörenkämper

Wissenschaftlicher Sprecherin: TU Braunschweig, Dr. Astrid Lampert

 

Kontakte und Partner

Dr. Martin Dörenkämper (Projektkoordination)
Tel.: +49 441 798 5014
Mail: martin.doerenkaemper@iwes.fraunhofer.de

Weitere geförderte Partner:

Karlsruher Institut für Technologie
ForWind – Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
Eberhard Karls Universität Tübingen
Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH
UL International GmbH

Assoziierte Partner:

Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, Deutscher Wetterdienst, EnBW, Merkur Offshore, Nordsee One, Ørsted, RWE Renewables, TenneT, Trianel, Vattenfall