ACTIVEWINDFARMS für die Optimierung bei der Gewinnung von Energie aus der Atmosphäre
Die EU plant, innerhalb der nächsten 8 Jahre zu gewährleisten, dass 20 % seiner Energie aus alternativen Quellen stammen. Das hat in den Mitgliedstaaten zu einer verstärkten Unterstützung und Nutzung von Windkraft geführt, sodass Windenergieparks immer weiter ausgebaut werden. Experten behaupten jedoch, dass Windenergieparks mit einer Leistungskapazität von mehr als einem Gigawatt - die über große Flächen genutzt werden - die atmosphärische Grenzschicht, d. h. den untersten Bereich der Troposphäre, verlangsamen und auf diese Weise ihre Leistung verringern. Das von der EU finanzierte Projekt ACTIVEWINDFARMS will sich mit diesem Problem befassen. Die atmosphärische Grenzschicht wird durch die Erdoberfläche beeinflusst, so treten Turbulenzen in der Grenzschicht auf, wenn der Wind über die Oberfläche weht oder wenn Aufwinde durch die Sonne oder Wolken erzeugt werden. Turbulenzen verteilen Wärme und Feuchtigkeit und stellen einen Widerstand für den Wind in der Grenzschicht dar. Durch ein unausgeglichenes System werden die Wetterkomponenten beeinträchtigt: Windstärke, Temperatur, Luftqualität und Luftfeuchtigkeit. ACTIVEWINDFARMS (Active wind farms: optimization and control of atmospheric energy extraction in gigawatt wind farms) untersucht Möglichkeiten, mit denen sich optimale Verfahren zur besseren Kontrolle der Wechselwirkung zwischen großen Windparks und der atmosphärischen Grenzschicht einsetzen lassen. ACTIVEWINDFARMS wird von Professor Johan Meyers von der Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven) in Belgien geleitet, der unter dem Siebten EU-Rahmenprogramm (RP7) eine Förderung vom Europäischen Forschungsrat (ERC) in Höhe von 1,5 Mio. erhielt. In der Vergangenheit konzentrierten sich die Entwickler von Windparks auf einen "Bottom-Up-Ansatz": eine durch Klima und Wetter bestimmte atmosphärische Windverfügbarkeit. Wenn die atmosphärische Grenzschicht jedoch verlangsamt wird, geht auch die Windverfügbarkeit auf Nabenhöhe zurück. Daher hat in Dänemark dieser Effekt beispielsweise dazu geführt, dass die Turbinen der Offshore-Windparks nur 45 % von dem leisten, was die gleichen Turbinen in Windparks an Land erzielen. Prof. Meyers arbeitet im Rahmen von ACTIVEWINDFARMS an der Entwicklung optimaler Steuerverfahren in Verbindung mit zeitaufgelösten, dreidimensionalen Simulationen turbulenter Strömungen der Wechselwirkung zwischen Windparks und atmosphärischer Grenzschicht und Multiskalenmodellen. Er führt Simulationen an Hochleistungsrechnerplattformen aus. Einzelne Turbinen werden als Durchflussregler - Messwandler, die ein elektrisches Signal in eine gewünschte physikalische Eigenschaft umwandeln - indem ihre Rotorblätter mit Hilfe von Zeitskalen im Bereich von 10 bis 500 Sekunden dynamisch eingestellt werden. Daher könnten die Verbraucher in zweierlei Hinsicht profitieren: Die Windparks würden positiv auf die turbulente Atmosphäre reagieren und sie könnten für eine aktive Kontrolle atmosphärischer Bedingungen genutzt werden. Das Endergebnis wären Windparks mit einem höheren Wirkungsgrad. Die vom ERC unterstützen Forscher nutzen die Simulationen auch, um die Windkanalvalidierung der optimalen Turbinenplatzierung und Strategien der Turbinenregelung zu testen. Daraus ergibt sich eine bessere Kontrolle basierend auf Strukturmechanik und eine verbesserte Stromqualität und Reglerstruktur. ACTIVEWINDFARMS wurde 2012 gestartet und läuft voraussichtlich bis Ende 2017. Durch die Erzeugung von Energie durch Wind-, Sonnen-, Wasser- und Gezeitenkraft kann die EU beispielsweise Treibhausgasemissionen senken. Außderdem wird die stärkere Nutzung alternativer Energiequellen dazu beitragen, dass die EU ihre Abhängigkeit von Energieimporten verringern kann. Mit der Erforschung der atmosphärischen Grenzschicht können die Forscher Windvorhersagen für den Industriezweig der erneuerbaren Windenergie verbessern.Weitere Informationen sind abrufbar unter: KU Leuven: http://www.kuleuven.be/english/ ERC: http://erc.europa.eu/
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Belgien