Projekt WINSENT Standortsuche für Windkraftanlagen
Beim Projekt WINSENT (Wind Science and Engineering in Complex Terrain) handelt es sich um ein Verbundprojekt, an dem die Universit?t Tübingen, das Karlsruher Institut für Technologie, die Technische Universit?t München, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg und die Hochschule Esslingen beteiligt sind. Es wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem F?rderkennzeichen 0324129A-F und vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft des Landes Baden-Württemberg gef?rdert. Ziel des Vorhabens ist die Realisierung und Charakterisierung einer süddeutschen Forschungsplattform für Windenergie im bergig-komplexen Gel?nde. Das Testgel?nde befindet sich in der N?he von Donzdorf in unmittelbarer N?he des Albtraufs (Abbildung 1). Die Umgebung ist charakterisiert durch sehr unterschiedliche Landschaftsnutzungen, wie Bebauungen, Wald und landwirtschaftliche Nutzung (Abbildung 3).
Innerhalb des Projektes werden zwei Forschungswindenergieanlagen mit einer Nabenh?he von 75 m und einem Rotordurchmesser von 50 m bei einer Leistung von 750 kW installiert. Neben der Errichtung des Testfelds wird eine Methode zur r?umlich und zeitlich hochaufgel?sten, dreidimensionalen Simulation der Windverh?ltnisse an 老虎机游戏_老虎机游戏下载@n für Windkraftanlagen im komplexen Gel?nde entwickelt. Dazu wird eine durchg?ngige, gekoppelte Modellkette mit hoher zeitlicher und r?umlicher Aufl?sung aufgebaut, die zusammen mit detaillierten Messungen die genaue Charakterisierung der Str?mungsfelder auf dem Testgel?nde erm?glichen wird. Einen ?berblick über die Elemente der Modellkette ist in Abbildung 4 dargestellt.
Im Einzelnen werden von der Hochschule Esslingen die folgenden wissenschaftlichen Arbeitsziele verfolgt:
- Physikalische Modellierung meso- und mikroskaliger klimatischer Ph?nomene mit den folgenden Arbeitsschwerpunkten:
- Abbildung der Oberfl?chenrauigkeit
- Turbulenzmodellierung
- Modellierung des Strahlungsw?rmeaustauschs
- Berücksichtigung der Luftfeuchtigkeit im Modell
- Modellierung der Wellenbildung durch Ablenkung der Str?mung an Hindernissen im komplexen Gel?nde
- Verifizierung und Validierung der Modelle
- Verknüpfung der Modelle zur Beschreibung der meso- und mikroskaligen klimatischen Ph?nomene auf 老虎机游戏_老虎机游戏下载@bene mit den Wettermodellen, welche gro?- und mesoskalige klimatische Ph?nomene beschreiben, sowie den mikroskaligen Modellen, welche die Anstr?mung der Forschungs-Windenergieanlage beschreiben, zu einem gekoppelten Modellsystem
- mikroklimatischen Charakterisierung des Windenergie-Forschungsstandorts
Einige Berechnungsergebnisse sind in Abbildung 5 & 6 dargestellt.
Projektpartner (WindForS-Institutionen)
FINANZIERUNG
WINSENT wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft gef?rdet.
- Projektnummer: 0324129A-F
- Projekt Laufzeit 12.2016 – 05.2020
Projekt 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 Gel?ndestruktur und Landschaftsnutzung zu unregelm??igen Windstr?mungen und Turbulenz kommt. Die Suche nach geeigneten 老虎机游戏_老虎机游戏下载@n für Windkraftanlagen in diesen Gebieten erfordert die Entwicklung innovativer Simulationsmethoden zur detaillierten Beschreibung dieser meso- und mikroskalischen Str?mungsph?nomene in der atmosph?rischen Grenzschicht und für die Prognose der Ertr?ge. Es gibt viele Modelle, die dafür zur Verfügung stehen; einige sind als Dienste verfügbar, andere sind als Forschungswerkzeuge gedacht. Sie k?nnen verschiedene physikalische Prozesse aufl?sen und mit unterschiedlichen r?umlichen und zeitlichen Aufl?sungen laufen. Jede Entscheidung über den Aufbau und die Aufl?sung 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 k?nnen wir das Kosten-Nutzen-Verh?ltnis 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 Simulationen mit mehreren verschiedene Modellen durchführen und die Genauigkeit anhand von Daten vom Windtestfeld (Abbildung 1) und mehreren anderen 老虎机游戏_老虎机游戏下载@n 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) gef?rdert:
- Projektnummer 34933/01
- Projekt Laufzeit 06.03.2019 – 06.09.2020
Rechnerinfrastruktur
Die Simulation von 老虎机游戏_老虎机游戏下载@n für Windkraftanlagen stellen h?chste Anforderungen an die Leistungsf?higkeit der Rechnerinfrastruktur. Zum Einsatz kommen Hochleistungsrechner, welche mithilfe des verteilten Rechnens auf einer Vielzahl von CPUs für praktische Anwendungen vertretbare Antwortzeiten erm?glichen. Durch die Einbindung der Hochschule in den Rechnerverbund bwHPC und durch das hochschuleigene Rechencluster wird eine sehr gute Grundausstattung bereitgestellt.
Für mehr Informationen gibt es die Webseite der HSE zum High Performance Computing
Ver?ffentlichungen
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.
Knaus, H.; Hofs??, 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 2018, 6, 43.
El Bahlouli, A.; Rautenberg, A.; Sch?n, 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 2019, 12, 1992.
El Bahlouli, A.; Leukauf, D.; Platis, A.; Berge, K. Z.; Bange, J.; Knaus, H.: Validating CFD predictions of flow over an escarpment using ground-based and airborne measurement devices. Energies 2020, 13, 4688; doi:10.3390/en13184688
Letzgus, P; El Bahlouli, A; Leukauf, D.; Hofs??, M.; Lutz, T.; Kr?mer, E: Microscale CFD Simulations of a Wind Energy Test Site in the Swabian Alps with Mesoscale Based Inflow Data. J. Phys.: Conf. Ser. 1618 (2020), doi:10.1088/1742-6596/1618/6/062021
S. Barber, A. Schubiger, S. Koller, A. Rumpf, H. Knaus and H. Nordborg: Actual Total Cost reduction of commercial CFD modelling tools for Wind Resource Assessment in complex terrain. J. Phys.: Conf. Ser. 1618 (2020)
zum Berge, K., Schoen, M., Mauz, M. Platis, A., van Kesteren, B., ·Leukauf, D., · El Bahlouli, A. · Letzgus, P., Knaus, H, Bange,J.: A Two-Day Case Study: Comparison of Turbulence Data from an Unmanned Aircraft System with a Model Chain for Complex Terrain. Boundary-Layer Meteorol (2021). https://doi.org/10.1007/s10546-021-00608-2
Barber, S.; Schubiger, A.; Koller, S.; Eggli, D.; Radi, A.; Rumpf, A.; Knaus, H. A New Decision Process for Choosing the Wind Resource Assessment Workflow with the Best Compromise between Accuracy and costs for a Given Project in Complex Terrain. Energies 2022, 15, 1110. https://doi.org/10.3390/en15031110
S. Barber, A. Schubiger, S. Koller, D. Eggli, A. Radi, A. Rumpf, H. Knaus: The wide range of factors contributing to wind resource assessment accuracy in complex terrain. Wind Energ. Sci., 7, 1503–1525, 2022, https://doi.org/10.5194/wes-7-1503-202.
zum Berge, K., Gaiser, A., Platis, A., Knaus, H. and Bange, J. (2022) Seasonal Changes in Boundary-Layer Flow over a Forested Escarpment Measured by an Uncrewed Aircraft System, Boundary Layer Meteorology, https://doi.org/10.1007/s10546-022-00743-4
Hasan Mashni, Hermann Knaus, Andreas Platis and Jens Bange: Development of an airfoil-based passive volumetric air sampling and flow control system for fixed-wing UAS. Bulletin of Atmospheric Science and Technology 2023, https://doi.org/10.1007/s42865-023-00057-4
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