Forschungsprojekt WINSENT (Wind Science and Engineering in Complex Terrain)

Ziel des Projekts ist es, ein besseres Verständnis des Strömungsfeldes und der Leistungsgenerierung von Windenergie im komplexen Gelände zu erhalten. Das Testgelände befindet sich direkt auf der Höhe am Albtrauf gelegen, und die Umgebung ist charakterisiert durch sehr unterschiedliche Landschaftsnutzungen wie Bebauungen, Wald und landwirtschaftliche Nutzung (Abbildung 2). Innerhalb des Projektes werden zwei Forschungswindenergieanlagen mit einer Nabenhöhe von ca. 75 Metern und einem Rotordurchmesser von ca. 50 Metern installiert. Es werden Messungen und Simulationen vor und nach Errichtung der beiden Windenergieanlagen durchgeführt, um Veränderungen des Windes im Testfeld zu bestimmen.

Eine Methode zu räumlich und zeitlich hochaufgelösten, dreidimensionalen Simulationen der Windverhältnisse an Standorten für Windkraftanlagen wird entwickelt. Für die Simulationen wird eine durchgängige, gekoppelte Modellkette mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung aufgebaut, die zusammen mit detaillierten Messungen die genaue Charakterisierung der Strömungsfelder auf dem Testgelände ermöglichen soll. Die Aufgabe der Hochschule Esslingen im Projekt WINSENT ist die Brücke zwischen den groß und mesoskaligen Modellen der Projektpartner KIT und den mikroskaligen Modellen der Projektpartner IAG zur Beschreibung der Anströmung der Forschungswindenergieanlagen zu schlagen. Zum Aufbau eines Simulationsmodells auf der meso- und mikroskaligen Betrachtungsebene werden wichtige physikalische und numerisch Aspekte bezüglich der Simulation von Windströmungen in komplexem Gelände implementiert wie z.B.

  • den Einfluss durch land- und forstwirtschaftlich genutzten Flächen auf die Windströmung im jahreszeitlichen Verlauf
  • die Schichtung der Atmosphäre durch Strahlungswärmeaustausch, konvektive Wärmeübertragung und die Luftfeuchtigkeit
  • die Wellenbildung (Schwerewellen) durch Ablenkung der Strömung.

FINANZIERUNG

WINSENT wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft gefördet.

  • Projektnummer: 0324129A-F
  • Projekt Laufzeit  12.2016 – 05.2020

   

Forschungsprojekt Pragmatische Windmodellierung

Der Ausbau der Windenergie als erneuerbare, klimafreundliche Energiequelle schreitet rund um den Globus voran. Zunehmend werden auch hügelige und bergige sowie bewaldete Gebiete erschlossen, in denen es aufgrund der Geländestruktur und Landschaftsnutzung zu unregelmäßigen Windströmungen und Turbulenz kommt. Die Suche nach geeigneten Standorten für Windkraftanlagen in diesen Gebieten erfordert die Entwicklung innovativer Simulationsmethoden zur detaillierten Beschreibung dieser meso- und mikroskalischen Strömungsphänomene in der atmosphärischen Grenzschicht. Es gibt viele Modelle, die dafür zur Verfügung stehen; einige sind als Dienste verfügbar, andere sind als Forschungswerkzeuge gedacht. Sie können verschiedene physikalische Prozesse auflösen und mit unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Auflösungen laufen. Jede Entscheidung über den Aufbau und die Auflösung des Modells, die getroffen wird, beeinflusst die Kosten für den Betrieb dieses Modells – und die Genauigkeit der Ausgabe.

Also, welche Modelle sind die besten? Wie können wir den Kosten-Nutzen-Verhältnis einer Reihe von Modellen beurteilen? Und  welche Faktoren beeinflussen die Ergebnisse?

Diese Fragen bilden den Kern der Forschung in zwei aufeinander abgestimmten deutschen und schweizerischen Forschungsprojekten. Die Projektpartner werden mehrere verschiedene Modelle durchführen und die Genauigkeit anhand von Daten aus der WINSENT-Anlage (Abbildung 1) und mehreren anderen Standorten in Deutschland und der Schweiz bewerten.

Die Ergebnisse werden für die Jahre 2019 und 2020 erwartet.

Finanzierung

Die Hochschule Esslingen  wird vom Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert:

  • Projektnummer 34933/01
  • Projekt Laufzeit 06.03.2019 – 06.09.2020

Projektpartner

Rechnerinfrastruktur

Die Simulation von Standorten für Windkraftanlagen stellen höchste Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der Rechnerinfrastruktur. Zum Einsatz kommen Hochleistungsrechner, welche mit Hilfe verteilten Rechnens auf einer Vielzahl an CPUs vertretbare Antwortzeiten ermöglichen. Durch die hochschuleigene Rechencluster GRID01 und bwUniCluster wird eine sehr gute Grundausstattung bereitgestellt. Für mehr Informationen: Klick mich

Veröffentlichungen

[1] Knaus, H.; A. Rautenberg; J. Bange: Model comparison of two different nonhydrostatic formulations for the NavierStokes equations simulating wind flow in complex terrain. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics  2017, 169, pp. 290-3.

[2]  Knaus, H.; Hofsäß, M.; Rautenberg, A.; Bange, J. Application of Different Turbulence Models Simulating Wind Flow in Complex Terrain: A Case Study for the WindForS Test Site. Computation 20186, 43.

[3] El Bahlouli, A.; Rautenberg, A.; Schön, M.; zum Berge, K.; Bange, J.; Knaus, H. Comparison of CFD Simulation to UAS Measurements for Wind Flows in Complex Terrain: Application to the WINSENT Test Site. Energies 201912, 1992.

Ansprechpartner

Hermann Knaus

Prof. Dr.-Ing. Hermann Knaus

Anschrift :

Campus Esslingen Stadtmitte
Raum: S 05.203
Kanalstraße 33
73728 Esslingen

Tel:
Mobil:

+49 711 397-3418
+49 049 151 40 177 885

Mitarbeiter

Dipl.-Ing. Asmae El Bahlouli

Anschrift :

Campus Esslingen Stadtmitte
Raum: S 18.007
Kanalstraße 33
73728 Esslingen

Tel:

+49 711 397-3484

Andreas Rumpf, B.Sc., M.Sc.

Anschrift :

Campus Esslingen Stadtmitte
Raum: S 18.005
Kanalstraße 33
73728 Esslingen

Tel:

+49 711 397-3476

Hossein Torkashvand, B.Sc., M.Sc.

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Campus Esslingen Stadtmitte
Kanalstraße 33
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Tel:

+49 711 397-3644

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