Newsletter Uni Tübingen aktuell Nr. 2/2022: Forschung
Meteorologische Messdaten für die Planung neuer Windparks
Tübinger Umweltphysiker forschen mit unbemannten Luftfahrtsystemen auf hoher See vor Helgoland
Externer Inhalt
Hier wäre eigentlich ein Video zu sehen. Damit Sie diesen Inhalt (Quelle: www.xyz.de) sehen können, klicken Sie bitte auf "Akzeptieren". Wir möchten Sie darauf hinweisen, dass durch die Anzeige dieses Videos Daten an Dritte übertragen oder Cookies gespeichert werden könnten.
Weitere Informationen finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.
Die Pläne der Bundesregierung für die Energiewende sehen vor, dass erneuerbare Energien bis zum Jahr 2030 einen Anteil von mindestens 80 Prozent des Stromverbrauchs decken sollen. Eine wesentliche Säule ist hierbei die Offshore-Windenergie. Werden Windparks errichtet, beeinflussen sie jedoch die Windströmungen über dem Meer.
Das Projekt X-Wakes
Aufgrund der begrenzten nutzbaren Flächen werden Offshore-Windparks in Gruppen, sogenannten Clustern, errichtet. Als Folge beeinflussen sich die Windparks und die einzelnen Anlagen gegenseitig. Im Windschatten hinter den Anlagen entstehen Nachlaufströmungen (Wakes) mit geringeren Windgeschwindigkeiten und stärkeren Turbulenzen. Ziel des vom Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES) koordinierten Projekts X-Wakes ist eine Erfassung der Veränderungen der Windbedingungen für den Betrieb von Offshore-Windparkclustern bei großflächigem Ausbau. Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz,
Damit die Auswirkungen eines großflächigen Ausbaus von Offshore-Windparks auf die zukünftigen Windverhältnisse messbar werden, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Tübingen über der Nordsee meteorologische Daten erhoben: Wind, Turbulenz, Temperatur und Luftfeuchte, jeweils in hoher Auflösung. Ziel war die Validierung der Algorithmen, die zur Berechnung von Winddaten aus Satellitenüberflügen verwendet werden. Leiter dieses Teilvorhaben im Projekt X-Wakes ist Dr. Andreas Platis. Er ist Postdoc an der Universität Tübingen in der Arbeitsgruppe Umweltphysik von Professor Jens Bange. Mit Unterstützung des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen kam für die Messungen ein unbemanntes Flugsystem zum Einsatz. Durchgeführt wurden die Datenerhebungen am Testzentrum für Maritime Technologien auf Helgoland, zu deren Betreibern das IFAM gehört.
„Um die für das Projekt erforderlichen geringen Flughöhen zu erreichen sowie aus Effizienzgründen, haben wir uns für die Nutzung eines unbemannten Luftfahrzeugs entschieden. Das Fraunhofer IFAM hat uns im Vorfeld bei der Planung unterstützt und vor Ort auf Helgoland die Koordination übernommen. Wir selbst konnten uns so mehr auf das fliegende System, die Messdatenerfassung und die Flugmission konzentrieren. Das Messsystem wurde von der Arbeitsgruppe Umweltphysik selbst entwickelt. Im Zentrum stehen eine präzise Messung der Luftströmung, sowie des Flugzustandes. Darüber hinaus nutzen wir selbst entwickelte Temperatur- und Feuchtesensoren. Alle Komponenten müssen sehr leicht sein im Vergleich zu traditionellen meteorologischen Flugmessungen und eine hohe zeitliche Auflösung haben“, erläutert Ines Weber, Doktorandin der Umweltphysik und im Projekt für die Aktivitäten der Unbemannten Flugssysteme (UAS) verantwortlich.
„Die Umsetzung solcher Flugkampagnen erfordert eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen, die mit den vielfältigen Nutzern des Luftraums in der Deutschen Bucht zusammenhängen und mit engen Betriebsabsprachen der luftfahrtechnischen Stellen vor Ort einhergehen “, berichtet Tim Strohbach, Projektleiter in der Abteilung Qualitätssicherung und Cyber-Physische Systeme am Fraunhofer IFAM. “Während der Messreihen wurde von dem unbemannten Luftfahrzeug pro Einsatz eine Strecke von über 70 Kilometern zurückgelegt. Die maximale Entfernung vom Startplatz entsprach dabei etwas mehr als 12 Kilometern. Ein Großteil des Fluges erfolgte in einer Höhe von etwa 30 Metern über See. Zusätzlich begleitete das Forschungsschiff „Joseph von Fraunhofer“ der Fraunhofer-Gesellschaft das Luftfahrzeug in der ersten Flugphase, um bei potenziellen Problemen schnell reagieren zu können. Auch der Naturschutzverein „Jordsand“ war mit an Bord, um mögliche Einflüsse auf Seevögel zu beobachten“, beschreibt Strohbach das Vorhaben.
„Insgesamt konnten wir während der gesamten Messkampagne alle Flüge unkompliziert durchführen und die relevanten Daten reibungslos erfassen. Auf dieser Basis können wir nun Modelle für künftige Ausbauszenarien von Offshore-Windparks entwickeln“, freut sich Doktorandin Weber über die Ergebnisse.
Pressemitteilung des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung
Ausführliche Reportage zum Projekt
Projekt X-Wakes
Das Projekt X-Wakes (gesprochen „Cross-Wakes“) untersucht seit 2019, wie der Ausbau von Offshore-Windparks Windbedingungen in der Deutschen Bucht ändert. Sieben Arbeitsgruppen folgender Institutionen forschen hier zusammen: Universität Tübingen, Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES), Technische Universität Braunschweig, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Universität Oldenburg mit dem Zentrum für Windenergieforschung (ForWind), Helmholtz-Zentrum Geesthacht und UL International GmbH. Gefördert wird X-Wakes vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über drei Jahre mit 3,4 Millionen Euro. Windparkbetreiber unterstützen das Projekt mit Daten und Zugang zur Offshore-Infrastruktur.
Der Deutsche Wetterdienst (DWD) und das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) beraten die Forschenden.
Testzentrum für Maritime Technologien auf Helgoland
Das Testzentrum für Maritime Technologien auf Helgoland bietet für solche Vorhaben eine ideale Umgebung. Neben den Forschungsarealen auf dem Festland und im Hafen steht ein drei Quadratkilometer großes und 45 Meter tiefes Testfeld für Über- und Unterwasseranwendungen nur wenige Seemeilen von der Nordseeinsel entfernt zur Verfügung. Forschende und Partner aus der Industrie haben hier alle Möglichkeiten, ihre Entwicklungen unter harschen Offshore-Bedingungen sowohl in Langzeitversuchen als auch in kurzzeitigen Prüfszenarien zu erproben. Gleichzeitig können Einsätze mit unbemannten Luftfahrzeugen durch die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Testzentrums professional vorbereitet und von der Insel aus durchgeführt werden.