TP V.2 Auswirkung von Offshore-Windenergie auf die marine Umwelt

Ein Teilprojekt im Innovationsbereich V – Marine Belastungsgrenzen und kumulierte ökologische Folgewirkungen

Es werden die Auswirkungen von veränderten räumlichen Strömungs- und Wellenfeldern auf die Meeresumwelt und die biologische Vielfalt untersucht. Dabei werden Veränderungen der Hydrodynamik, der Wasserqualität, der Schichtung und des Sedimenttransports betrachtet.

Zur Erfassung dieser Prozesse werden im Rahmen von seegehenden Messkampagnen sowohl kurzzeitige und langfristige als auch ereignisgesteuerte Messstrategien geplant und durchgeführt.

TP IV.5 Auslegung und Regelung von Offshore-Windpark-Clustern

Ein Teilprojekt im Innovationsbereich IV – Systemdienliche Integration und Aerodynamik von Offshore Windenergieanlagen und -parks

Zur Integration der über Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) angebundenen Offshore-Windparks in das Stromnetz müssen diese zukünftig die Bereitstellung von Systemdienstleistungen für das Onshore-Übertragungsnetz übernehmen.

Weiterhin wird erwartet, dass in Zukunft netzbildende Umrichter auch in OWPs eingesetzt werden, wodurch sich das durch die Regelung bestimmte Einspeiseverhalten und damit auch die Erbringung von Systemdienstleistungen durch die Windparks grundlegend ändert bzw. teilweise erst ermöglicht wird.

Entwickelt werden somit Regelungen für die Bereitstellung von Wirkleistung insbesondere zur Frequenzregelung mit netzstützenden oder netzbildenden Umrichtern zur Sicherung der Netzstabilität durch Anpassung der mechanischen Leistung und gleichzeitigen mechanischen Entlastung der einzelnen WEA zur Verbesserung der Wartung und Verlängerung der Lebensdauer. Dabei müssen die HGÜ diese Erbringungen für das Onshore-Übertragungsnetz ermöglichen.

TP IV.4 Kohärente Strömungsstrukturen in Windparks

Ein Teilprojekt im Innovationsbereich IV – Systemdienliche Integration und Aerodynamik von Offshore Windenergieanlagen und -parks

Die Strömungsbedingungen, Belastungen und abgegebene Leistung eines Windparks werden unter anderem durch kohärente Strukturen in der Einströmung beeinflusst.

Ein verbessertes Verständnis des Zusammenspiels dieser Strukturen mit den Anlagen ist nötig, um zukünftige Windparks effizienter und langlebiger zu gestalten.

Ziel dieses Teilprojekts ist es, zu untersuchen, wie sich kohärente Strömungsstrukturen durch einen Windpark hindurchbewegen.

TP IV.3 Strömungsbedingungen zukünftiger Windenergieanlagen

Ein Teilprojekt im Innovationsbereich IV – Systemdienliche Integration und Aerodynamik von Offshore Windenergieanlagen und -parks

Offshore-Windenergieanlagen werden immer höher und erreichen bald atmosphärisch gänzlich andere Windbedingungen.

Wie sich diese laminar-turbulenten Winde anstelle der bekannten turbulenten Winde auf die Anlagenleistung und -lasten sowie die Nachläufe auswirken, ist nahezu unbekannt.

Ziel ist es, die komplexen Strömungsdynamiken zu erfassen, erste Prognosen für Leistung, Lasten und insbesondere Nachläufe zu erstellen und schließlich zu überprüfen.

TP IV.2 Rekonstruktion der Dynamik von Offshore-Windpark-Clustern

Ein Teilprojekt im Innovationsbereich IV – Systemdienliche Integration und Aerodynamik von Offshore Windenergieanlagen und -parks

Fluktuationen der Windströmung, besonders Windrampen, behindern den systemdienlichen Windparkbetrieb und Stromhandel. Beobachtergestützte Prognosen im Minutenbereich können deren Vorhersage unterstützen.

Hochaufgelöste Lidar-Windmessungen ermöglichen die Erforschung der Vorhersage der lokalen Winddynamik in kürzeren, hochfrequenten Zeitskalen. So könnten nachlaufinduzierte Ertragsverluste und Lasten reduziert und Systemdienstleistungen genauer bereitgestellt werden. 

TP IV.1 Offshore-Messkampagnen in Windpark-Clustern

Ein Teilprojekt im Innovationsbereich IV – Systemdienliche Integration und Aerodynamik von Offshore Windenergieanlagen und -parks

Zwei meteorologische Messkampagnen und die hochaufgelösten Windparkbetriebsdaten (SCADA) bilden die Grundlage für die weiteren Teilprojekte sowie die Unterstützung des Structural Health Monitoring im IB III und der ozeanographischen Messungen im IB V.

Auf Basis der mit den Stakeholdern erarbeiten Messspezifikation werden die Messungen durchgeführt.

TP II.5 Abbildung von Unsicherheiten der Klimamodellierung

Teilprojekt im Innovationsbereich II – Nachhaltige maritime Raumplanung und -nutzung der Deutschen Bucht

Der Entwurf einer nachhaltigen maritimen Raumplanung für die Deutsche Bucht sollte auch Unsicherheiten, die sich aus der weiteren Entwicklung des Klimas für die Windressourcen in der Deutschen Bucht ergeben, berücksichtigen.

Im Rahmen des TP soll eine Methode entwickelt werden, mit der entsprechende Unsicherheiten abgeleitet werden können.

TP II.4 Dynamische Modelle für die Windressourcenbewertung

Teilprojekt im Innovationsbereich II – Nachhaltige maritime Raumplanung und -nutzung der Deutschen Bucht

Die Untersuchungen zur nachhaltigen Raum- und Flächenplanung erfordern akkurate Informationen über die Windressourcen aus mesoskaligen Simulationen.

Eine präzisere Modellierung küstennaher Prozesse und die erstmalige Analyse von Betriebsstrategien von Offshore-Windparks und Co-Nutzungskonzepten auf der Mesoskala fehlen hierzu.

Gemeinsam mit den Stakeholdern werden die Fragestellungen und Modellanforderungen identifiziert.

Teilprojekt I.2 Gestaltung der notwendigen Beteiligungsprozesse

Teilprojekt im Innovationsbereich I – Gesellschaftswissenschaftliche und ökonomische Fragen des Ausbaus der Offshore-Windenergie

Das Teilprojekt zielt auf eine frühzeitige Kommunikation und Partizipation von relevanten Akteursgruppen, um Präferenzen zu klären, Konflikte zu identifizieren und Lösungen zu entwickeln. Dadurch sollen die gesellschaftliche Unterstützung und Akzeptanz in der Gesellschaft gefördert und die kollaborative Erarbeitung innovativer Lösungen und transformativer Strategien für die Energiewende ermöglicht werden.

Ein weiteres Forschungsziel liegt in der Identifikation von förderlichen und hemmenden Faktoren für den Offshore-Windenergie-Ausbau.