Strömungsverhältnisse besser simulieren

Für eine schnellere Planung von Windkraftanlagen

1. August 2022, 10:28 Uhr | Kathrin Veigel
Universität Oldenburg Windkraftanlagen Simulation
Numerische Simulationsrechnungen in der Windenergieforschung benötigen enorme Rechenpower. Daher dient ein Teil der Fördermittel für das Projekt MOUSE dazu, einen Hochleistungs-Rechencluster an der Uni Oldenburg noch zu erweitern.
© Universität Oldenburg

Mit Methoden der Künstlichen Intelligenz wollen Forscher der Universität Oldenburg und des Fraunhofer-Instituts IWES die mathematische Simulation von Windströmungen verbessern. So will das Team dazu beitragen, dass neue Windenergieanlagen in Zukunft schneller entworfen werden können.

Simulationsrechnungen sind ein entscheidendes Werkzeug, um immer größere Windenergieanlagen planen und betreiben zu können.Das Verbundvorhaben MOUSE (Multiskalen- und multiphysikalische Modelle und Simulation für die Windenergie) unter Leitung von Prof. Dr. Laura Lukassen, Windphysikerin an der Universität Oldenburg, soll solche Computermodelle nun entscheidend verbessern: Die Forscher planen, verschiedene physikalische Phänomene gemeinsam über mehrere Größenordnungen und Zeitskalen hinweg zu betrachten und dabei auch Methoden des maschinellen Lernens einzusetzen. Neben der Universität Oldenburg ist das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES) in Oldenburg an dem Projekt beteiligt.

Das Team der Universität Oldenburg will die Berechnungen einsetzen, um zum Beispiel neue Methoden zur Regelung von Windparks und einzelner Anlagen zu entwickeln, so dass sich diese sich noch besser an wechselnde Strömungsverhältnisse anpassen können. Das Teilvorhaben des Fraunhofer IWES verfolgt das Ziel, die neuen Ansätze auf ihre praktische Eignung für die Windenergieindustrie zu testen. Insgesamt sollen die Ergebnisse des Projekts den Entwurf von Windenergieanlagen beschleunigen und langfristig dabei helfen, diese im Betrieb digital zu überwachen.

Ein Teil der Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) dient dazu, einen Hochleistungs-Rechencluster zu erweitern, für den Lukassen im Dezember 2021 bereits rund 1,5 Millionen Euro beim Niedersächsischen Wissenschaftsministerium (MWK) für ForWind eingeworben hatte, das gemeinsame Zentrum für Windenergieforschung der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen. »Die numerischen Simulationsrechnungen, die wir im Projekt MOUSE planen, benötigen eine enorme Rechenleistung«, sagt Lukassen, Juniorprofessorin für numerische Fluiddynamik mit dem Schwerpunkt Windphysik.

Bei sogenannten numerischen Simulationen werden die Lösungen komplexer physikalischer Gleichungen näherungsweise berechnet. Im Projekt sollen atmosphärische Luftströmungen und ihre Interaktion mit dem Ozean gemeinsam betrachtet werden, wobei die Forscher außerdem gleichzeitig die elastische Verformung der Windenergieanlagen untersuchen. Dabei verbinden die Rechnungen physikalische Prozesse auf verschiedenen Größenordnungen miteinander: Sie sollen große Wettersysteme mit Ausmaßen von Hunderten Kilometern gemeinsam mit kleinräumigen Verwirbelungen simulieren, die nur wenige Minuten stabil bleiben.

»Um die Qualität der Simulationen noch weiter zu verbessern, kombinieren wir sie mit Methoden der Künstlichen Intelligenz, etwa dem maschinellen Lernen«, betont Lukassen. Ziel sei es, dadurch die Rechenzeit zu verringern und die Präzision der Simulationen weiter zu verbessern.


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