Der beschleunigte Ausbau der Offshore Windenergie ist ein essenzieller Beitrag zur Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energie an der Stromversorgung und der weiteren Dekarbonisierung der Sektoren der deutschen Energiewirtschaft. Die installierte Leistung Offshore soll von aktuell 7,8 GW auf\u00a040 GW bis 2035 und 70 GW bis 2045 steigen. Eben so wichtig wie die aufgebaute Nennleistung und die bereitgestellte Energiemenge wird zuk\u00fcnftig werden, wie gut die fluktuierende Einspeisung planbar ist und zum momentanen Bedarf im Stromnetz passt.<\/p>\n
Die bisherigen Planungen zum Offshore Ausbau und Prognosen der in den n\u00e4chsten Jahrzehnten erwartenden Energielieferung basieren auf stark vereinfachten Annahmen. Einerseits entwickelt sich die Technologie rasant weiter. Anderseits ist das Verst\u00e4ndnis der nutzbaren Windressource begrenzt, da die dynamischen Prozesse in der marinen atmosph\u00e4rischen Grenzschicht und die r\u00e4umlich konzentrierten, zuk\u00fcnftigen Offshore Windparkcluster interagieren. Wissenschaftlich stellen sich die Fragen, wie diese Prozesse genauer modelliert werden k\u00f6nnen und wie das gewonnene Verst\u00e4ndnis f\u00fcr die Planung neuer Windparks und die Gestaltung der Energiewende strategisch genutzt werden kann.<\/p>\n
Das Promotionsvorhaben soll erforschen, wie Windparkcluster mit unkonventionellen Turbinenkonzepten in der deutschen Nordsee die Einspeisung von gr\u00f6\u00dferen Jahresenergiemengen mit geringeren Fluktuationen erm\u00f6glichen k\u00f6nnten.<\/p>\n
Dies soll in vier Schritten erfolgen.\u00a0Zun\u00e4chst wird durch gro\u00dfskalige\u00a0(mesoskalige) Str\u00f6mungssimulationen von Windparks in der gesamten deutschen Nordsee untersucht, wie die Energieertr\u00e4ge durch unterschiedliche Leistungscharakteristiken, Rotorgr\u00f6\u00dfen und Rotorh\u00f6hen der Windenergieanlagen beeinflusst werden k\u00f6nnen. Dabei wird der Einfluss von zuk\u00fcnftigen Windenergieanlagen entsprechend der aktuell erwarteten Marktentwicklung verglichen mit neuartigen in der Forschung vorgeschlagenen Konzepten, die bei gleicher Nennleistung fast doppelt so gro\u00dfe \u00fcberstrichene Rotorfl\u00e4chen einsetzen w\u00fcrden.<\/p>\n
Im zweiten Schritt soll auf Ebene eines fiktiven Offshore Windparks untersucht werden, wie die Abschattungsverluste durch die neuartigen Turbinenkonzepten\u00a0reduziert werden k\u00f6nnen. Hierzu werden hochaufl\u00f6sende\u00a0Grobstrukutrsimulationen eingesetzt, welche die Turbinenumstr\u00f6mung und -nachl\u00e4ufe\u00a0sowie deren Interaktion mit der atmosph\u00e4rischen Grenzschicht\u00a0genau aufl\u00f6sen k\u00f6nnen.<\/p>\n
Hieraus wird eine verfeinerte Modellierung f\u00fcr weitere mesoskalige\u00a0Simulationen abgeleitet, indem systematisch meteorologische Situationen mit besonders niedriger atmosph\u00e4rischer Grenzschicht untersucht werden, bei denen die Blattspitzen der neuartigen Windturbinen \u00fcber die Grenzschichth\u00f6he hinausreichen.<\/p>\n
Parallel wird in zwei Schritten die Integration\u00a0der Anlagenkonzepte ins\u00a0deutschen bzw. europ\u00e4ischen\u00a0Energiesystem untersucht. Die relativ gesehen h\u00f6here Einspeisung bei niedrigen und mittleren Windgeschwindigkeiten sowie die geringeren zeitlichen Fluktuationen k\u00f6nnten den Bedarf an Reserveleistung durch andere regenerative Energiequellen oder Energiespeicher reduzieren und das Netz stabilisieren.<\/p>\n
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