Identifizierung der effizientesten windgünstigen Standorte
Wind, eine kostenlose, saubere und reichlich vorhandene Energiequelle, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann, machte im Jahr 2021 über ein Drittel der gesamten Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen in der EU aus. Kontinuierliche Verbesserungen in der Herstellung und im Windkraftanlagendesign haben dazu beigetragen, die Kosten kontinuierlich zu senken, was die Windenergie zu einer zunehmend attraktiven Option erneuerbarer Energiequellen macht. Dennoch gibt es einige anhaltende Herausforderungen, die den effizienten Ausbau der Windenergie einschränken. Eine dieser Herausforderungen ist der Mangel an genauen und detaillierten Informationen über die Bedingungen an potenziellen Windparkstandorten. Solche Informationen werden jedoch benötigt, um die von einem Windpark erzeugte Leistung zu maximieren und die Lärmbelastung zu minimieren. „Die Wissenslücke in diesem Bereich ist besonders kritisch, wenn es um den möglichen Einsatz von Windkraftanlagen in Städten geht“, erklärt der Koordinator des Projekts zEPHYR, Christophe Schram vom Von Karman Institut für Strömungsmechanik in Belgien. „Diese Windkraftanlagen zielen darauf ab, die spezifischen Windeigenschaften über der Stadthindernisschicht (d. h. über Straßendächern und zwischen Gebäuden) zu nutzen. Ein weiterer wichtiger Aspekt, der die volle Nutzung der Windenergie – wiederum insbesondere in der städtischen Umwelt – behindert, ist die gesellschaftliche Akzeptanz von Windkraftanlagen.“
Entwicklung fortgeschrittener atmosphärischer Modelle
Das über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützte Projekt zEPHYR hatte zum Ziel, Methoden und Instrumente zu ermitteln und zu entwickeln, die politischen Entscheidungstragenden und Interessengruppen bei der Entscheidung darüber helfen, wo Windkraftanlagen aufgestellt werden sollten, um eine maximale Energieerzeugung zu erzielen. Dazu brachte das Projekt eine Gruppe von Nachwuchsforschende zusammen, die fortgeschrittene atmosphärische Modelle in verschiedenen Maßstäben untersuchten und entwickelten. „Wir stellten zunächst fest, dass es notwendig ist, Werkzeuge zu entwickeln, um genaue, zeit- und maßstabsaufgelöste Winddaten für bestimmte Geländeformen und atmosphärische Verhältnisse zu erzeugen“, so Schram. „Der zweite Bedarf bestand in der Verbesserung der modernsten Werkzeuge und Methoden zur Vorhersage der Windenergieernte, des Verhaltens und der Ermüdung der Windkraftanlagenstruktur sowie des strömungsinduzierten Lärms. Auf der gesellschaftlichen Seite mussten auch die verschiedenen Auswirkungen von Windkraftanlagen in Bezug auf den Nutzen für die Anwohnenden sowie die visuellen oder akustischen Auswirkungen untersucht werden.“
Online-Repository für Windforschung
Das Projektteam verbrachte viel Zeit mit theoretischen und numerischen Untersuchungen, um diese Simulationswerkzeuge zu validieren und zu optimieren. Diese experimentellen Arbeiten wurden dann durch Windkanaltests sowie durch die Analyse städtischer Vertikalachsen-Windkraftanlagen in Originalgröße ergänzt, um sicherzustellen, dass diese theoretischen Modelle genau sind. „Es wurden auch Feldstudien durchgeführt, um die gesellschaftlichen Aspekte zu erfassen und zu bewerten, die mit der Aufstellung von städtischen Windkraftanlagen verbunden sind“, sagt Schram. Das Projektteam war in der Lage, Simulationswerkzeuge für die aerodynamische Leistung, die Strukturdynamik und die Lärmbelastung gegeneinander abzugleichen. „Wir hoffen, dass dies zukünftige Entwicklungen der Wissenschaftsgemeinde im Bereich der Windenergie unterstützen wird“, so Schram.
Leistungsstärkere und leisere Windkraftanlagen
Zu den nächsten Schritten gehört die Nutzung der im Rahmen des Projekts zEPHYR erfassten Daten zur Verbesserung von Windkraftanlagen, insbesondere in der städtischen Umwelt. Dies könnte zu leistungsfähigeren und leiseren Windkraftanlagen sowohl in der ländlichen als auch in der städtischen Umwelt führen und damit Europas Notwendigkeit unterstützen, die Energielandschaft zu dekarbonisieren. „Einige der Werkzeuge für die atmosphärische Simulation könnten auch in anderen Bereichen eingesetzt werden, z. B. für die Bewertung der Sicherheit, des Lärms und schließlich der gesellschaftlichen Akzeptanz neuer Dienste wie Lieferdrohnen oder der urbanen Luftmobilität“, sagt Schram. „Ein Nachfolgeprojekt im Rahmen der Marie-Sklodowska-Curie-Maßnahmen in dieser Richtung ist eingereicht worden.“
Schlüsselbegriffe
zEPHYR, Windenergie, Windkraftanlagen, erneuerbare Energiequelle, Dekarbonisierung, Energie, Stadt, städtisch, urban
