Gegenüber herkömmlichen Offshore-Windenergieanlagen (WEA) erschließen „Floater“ ein enormes Windenergiepotenzial, da so viele Offshore-Standorte in tiefen Gewässern erschlossen werden können. Das Fraunhofer IWES entwickelt seit 2017 ein Tool für die automatisierte Optimierung von schwimmenden WEA mit dem Ziel, die Performance des Systems zu steigern und es durch verbesserten Materialverbrauch kostengünstiger sowie wettbewerbsfähiger zu machen.
Unsere Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen arbeiten an und mit einem Modellierungstool für schwimmende WEA, das eine gesamtsystemische Betrachtung von Floatern erlaubt und kontinuierlich weiterentwickelt und verifiziert wird. Mit Hilfe des Tools können nicht nur verschiedenste Standortbedingungen simuliert und das Floater-Design automatisch daran angepasst werden, sondern auch Optimierungen einzelner Systemkomponenten (z.B. schwimmende Tragstruktur oder Regler) mit Blick auf diverse Aspekte (Kosten, Performance, Zuverlässigkeit) durchgeführt werden. Neben der detaillierten Systemoptimierung während der Designphase ist auch die schnelle Kostenschätzung in der Projektierungsphase des schwimmenden Windparks im Fokus der Entwicklung des Tools.
Durch Nutzung verschiedener Optimierungsalgorithmen und die eigens entwickelten und programmierten Tools zur Modellierung sowie automatisierter Simulation und Optimierung, können diverse Zielgrößen je nach Optimierungsproblem und -bedarf flexibel abgebildet und gewichtet werden. Ziel ist es, den Optimierer in die industrielle Anwendung zu bringen und Kunden wie Fundamententwicklern und Windparkbetreibern eine spezifische Auslegung unter Berücksichtigung internationaler Standards zu ermöglichen.
Grundsätzlich sind Optimierungsalgorithmen aufgrund der hohen Komplexität des Gesamtsystems und dessen gekoppelter Dynamik unabdingbar. Sie erlauben nicht nur eine Berechnung der Zielgrößen über den statischen Gleichgewichtszustand hinaus, sondern auch eine detaillierte Betrachtung des vollgekoppelten Gesamtsystemverhaltens. Herkömmliche Ansätze bei der Optimierung von schwimmenden WEA basieren meist auf Vereinfachungen und wurden für spezielle Zielstellungen entwickelt. Mit Hilfe des automatisierten Optimierungstools hingegen ist eine flexibel auf die jeweilige Zielstellung anwendbare Analyse beliebiger (onshore oder offshore, bodenfixierter oder schwimmender) WEA möglich. Bei der Betrachtung einer schwimmenden WEA können somit verschiedene Aspekte in die Optimierung einfließen: das Systemverhalten durch Turmkopfbeschleunigung, die Neigung der gesamten WEA und translatorische Bewegungen, der Materialverbrauch und die Kosten durch Strukturvolumen oder die Handhabbarkeit sowie Herstellbarkeit durch äußeres Abmaß entweder direkt als Zielgröße oder Randbedingungen.
Um die verschiedenen Optimierungsszenarien zu testen, arbeitet das Fraunhofer IWES derzeit mit Daten eines schwimmenden Referenzsystems des Hywind Offshore Windparks. Damit schwimmende WEA beschleunigt im Markt verfügbar sind, müssen noch grundlegende Voraussetzungen erfüllt sein: Kosten müssen reduziert, das Systemverhalten optimiert und eine Standardisierung geschaffen werden. Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des Fraunhofer IWES gestalten diesen neuen Markt aktiv mit. Neben der Entwicklung des Optimierers beteiligt sich das Fraunhofer IWES auch am Forschungsprojekt AFLOWT. Darüber hinaus werden Themen wie Netzintegration und -stabilität sowie Windparkregelung von WEA erforscht, wodurch das schwimmende System ganzheitlich betrachtet werden kann.