Windräder, die der Strömung folgen

Wind ist unberechenbar. Stimmt nicht, ist ein Forschungsteam des IET Institut für Energietechnik an der OST überzeugt. Zusammen mit der ETH Zürich und französischen Partnerorganisationen wollen sie eine Recheneinheit entwickeln, mit der Windenergieanlagen sekundengenau die Strömung um die Rotorblätter berechnen können. Damit wäre eine jederzeit optimale Steuerung und dadurch günstigere und effizientere Energie aus Windenergieanlagen möglich. Das Projekt wird mit insgesamt 2 Millionen Franken vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und seinem französischen Pendant ANR finanziert.

Willi Meissner 20.02.2023

Auf der ganzen Welt schiessen Windparks aus dem Boden, um mehr erneuerbaren Strom aus Windenergie zu produzieren. Was genau mit einer Windenergieanlage passiert, wenn die Rotorblätter Strömungen von bis zu 250 Kilometern pro Stunde ausgesetzt sind, ist jedoch bis heute nicht experimentell untersucht. Das will ein Forschungsteam des IET an der OST ändern. «Für eine optimale Steuerung müsste eine Windkraftanlage sich sekundengenau an die Windströmungen um die Blätter anpassen können – bis heute ist es jedoch nicht möglich, diese Strömungen schnell genug im Voraus zu berechnen», erklärt Ingenieur Julien Deparday vom IET.

Zusammen mit vier weiteren Forschungsgruppen in der Schweiz und in Frankreich arbeiten die Forschenden an der OST deshalb bis 2027 an diesem grossen Schritt für die erneuerbare Energiewende: ein Gehirn für Windenergieanlagen, das die Strömungen für alle Windanlagen-Typen exakt berechnen und diese immer optimal auf die Windverhältnisse ausrichten kann.

Die Grafik zeigt die verschiedenen Komponenten und ihr Zusammenwirken.
Die Systemarchitektur zeigt, wie eine optimale Steuerung der Windräder aussehen könnte.

Vorarbeit an der OST ermöglicht Projekt

Das Projekt basiert auf einem fast abgeschlossenen, ebenfalls vom SNF geförderten Projekt am IET namens Aerosense, bei dem untersucht wurde, wie sich mithilfe von Drucksensoren die Windströmungen um eine Windenergieanlage exakt messen lassen. «Das ist ein Riesenerfolg für unser Forschungsteam», freut sich IET-Fachbereichsleiterin Sarah Barber, die sich seit Jahren mit dem Forschungsnetzwerk The Swiss Wind Energy R&D Network für mehr Zusammenarbeit in der Branche einsetzt.

Diese Vorarbeit an der OST soll nun im SNF-Folgeprojekt in der Praxis anwendbare Früchte tragen. Arbeitsteilung steht im Zentrum der insgesamt fünf Forschungsgruppen, wovon vier von Frauen geleitet werden. Das IET an der OST entwickelt vor allem die physikalischen Modelle und Simulationen, die der Berechnung der Windströmungen dienen. Ziel ist ein Edge-Computing-Modell, um eine ressourcenarme Datenverarbeitung mit günstigen Hardwarekomponenten zu ermöglichen.

In dieser Grafik sind die verschiedenen Phasen des Projekts dargestellt.
Der grobe Ablauf mit den verschiedenen Phasen des Projekts.

Viel Energie zu tiefen Kosten

Dafür werden die Forschenden der OST zwischen März 2023 und 2027 zusammen mit der ETH Zürich zahlreiche Tests in einem riesigen Windkanal des französischen Partners Scientific and Technical Center for Building (CSTB) durchführen. «Ziel ist es, aus den Testdaten ein aerodynamisches Modell zu entwickeln und dieses auf einem Prozessor zu implementieren. Damit kann eine Windenergieanlage mit nur wenigen Sensoren immer das Beste aus den aktuellen Windverhältnissen herausholen und gleichzeitig den Verschleiss minimieren», erklärt Barber. Wie immer in der Energiebranche geht es also darum, möglichst viel Energie zu möglichst tiefen Kosten zu produzieren.

Kontakt

Dr. Julien Deparday
IET Institut für Energietechnik
+41 58 257 43 34
julien.deparday@ost.ch

Dr. Sarah Barber
IET Institut für Energietechnik
Fachbereichsleiterin Wind Energy Innovation
+41 58 257 42 62
sarah.barber@ost.ch

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