Interaktion und Dynamiken von Nachlaufströmungen schwimmender Windenergieanlagen

• Antragsteller: Dr. Michael Hölling
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 529978479

Mit dem Übergang zu schwimmenden Offshore-Windparks ergeben sich neue Herausforderungen bei der Untersuchung der turbulenten Nachläufe von Windenergieanlagen (WEA). Die zusätzliche schwimmende Bewegung der Plattformen wirkt sich auf die Wechselwirkung der WEA mit dem vorherrschenden Windfeld und damit auf die Entstehung der Nachläufe aus, die in ihrer Entwicklung und Struktur bereits bei bodenfesten WEA komplex sind. Die verschiedenen Plattformtypen weisen eine bauartspezifische Dämpfung ihrer Bewegung auf, die durch die umgebenden Meereswellen und die Wechselwirkung der WEA mit dem turbulenten einströmenden Windfeld hervorgerufen wird. Dies führt zu periodischen Bewegungsmustern, die sich auch auf die Dynamik der Nachläufe (Nachlaufzentrum) auswirken und sogar eine schnellere Erholung des Nachlaufs auslösen. In jedem Fall treffen diese Nachläufe in Windparkkonfigurationen auf andere schwimmende WEA und haben Auswirkungen auf deren Leistung und Schwimmdynamik. Für die Optimierung des Parklayouts und zur Verringerung von Ermüdungslasten ist es daher wichtig, die Nachlaufdynamik schwimmender WEA zu verstehen. Bei der Untersuchung der Nachlaufdynamik von WEA ist die Bedeutung von Windkanalexperimenten weithin anerkannt. Im Projekt FLORIDA schlagen wir daher vor, die Untersuchungen auf schwimmende WEA auszudehnen, indem Anlagenmodelle mit vordefinierten Bewegungen sowohl unter realistischen als auch unter benutzerdefinierten turbulenten Anströmbedingungen untersucht werden. Ziel ist es, die Auswirkungen der schwimmenden Bewegung in verschiedenen Freiheitsgraden auf die Nachlaufdynamik zu ermitteln, wobei der Schwerpunkt auf dem Mäandern des Nachlaufs liegt. Zusätzlich werden spezielle turbulente Anströmbedingungen verwendet, um den Einfluss verschiedener Längenskalen auf das Mäandern selektiv zu untersuchen. Basierend auf den experimentellen Daten werden neue Nachlaufmodelle für schwimmende WEA entwickelt, das die Dynamik des Nachlaufmäanderns erfassen. Der Ansatz umfasst sowohl die Weiterentwicklung bestehender dynamischer Modelle als auch die Erweiterung mit stochastischen Methoden. Die Modelle werden zur Erzeugung von dynamischen Windfeldern mit realistischen Nachlaufeigenschaften schwimmender Anlagen als Input für voll gekoppelte Simulationen und Software-in-the-Loop-Experimente im Wellentank verwendet, bei denen (1) eine Software die auf die schwimmende WEA wirkenden aerodynamischen Lasten mit solchen dynamischen Windfeldern berechnet und (2) die aerodynamischen Lasten mit Aktoren mit 6 Freiheitsgraden nachgestellt werden. Zusätzlich wird der Einfluss dieser Windfelder auf das Verhalten des Schwimmkörpers der WEA untersucht. Beide Partner werden ihre Fachkenntnisse in den Bereichen dynamische Nachlaufmodellierung (LHEEA und UOLD), Bewegung schwimmender Plattformen und Software-in-the-Loop-Wellentank-Experimente (LHEEA) sowie Modell-WEA und Erzeugung von Turbulenzen mit benutzerdefinierten Eigenschaften (UOLD) kombinieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Sandrine Aubrun