Die rasante Entwicklung der Gesellschaft seit der zweiten industriellen Revolution hat das Ökosystem der Erde in eine kritische Lage geführt.Aufgrund des gestiegenen Klimabewusstseins ist die Reduktion der CO2-Emissionen zur Begrenzung der Erderwärmung eines der aktuellsten Themen weltweit.In den letzten Jahren haben die wissenschaftliche Gemeinschaft und die öffentliche Meinung dazu beigetragen, dass der Klimawandel von internationalen Regierungen stärker priorisiert wurde.Dies hat dazu geführt, dass sich zum Beispiel die EU verpflichtet hat, bis 2050 klimaneutral zu werden: mit dem Europäischen Klimagesetz, Teil des europäischen Grünen Deals, wird das Emissionsreduktionsziel der EU für 2030 von 40 Prozent auf mindestens 55 Prozent angehoben und die Klimaneutralität bis 2050 rechtsverbindlich gemacht.
Da die Verbrennung von fossilen Brennstoffen für mehr als drei Viertel der Treibhausgasemissionen in der EU verantwortlich ist, spielt die Windenergie eine entscheidende Rolle in der Bekämpfung des Klimawandels, insbesondere in Deutschland, wo Offshore-Windparks einen wichtigen Teil der Energieproduktion liefern könnten.
Aus diesem Grund ist es keine Überraschung, dass die Energievorschriften der Europäischen Union die Integration erneuerbarer Offshore-Energie in bestehende Stromnetze betonen und dabei insbesondere auf schwimmende Offshore-Windkraftanlagen (FOWT) als Schlüsseltechnologie identifizieren.Die bauliche Gestaltung dieser schwimmende Anlagen ist aus vielen Gründen herausfordernd, insbesondere auch wegen den unterschiedlichen Strömungseigenschaften im Vergleich zu Onshore-Windanlagen.
In diesen Windparks ist ein tiefgreifendes Verständnis der Nachlaufströmung, die sich hinter den einzelnen Windkraftanlagen ausbildet, entscheidend für die Optimierung der Effizienz der gesamten Anlage. Insbesondere ist die Kontrolle der ersten Reihe wichtig, weil ein Großteil der darauffolgenden Anlagen von ihr beeinträchtigt wird. Obwohl die prinzipiellen Strömungsphänomene von fixierten Windkraftanlagen bereits relativ gut verstanden sind, ist dies bei schimmenden Anlagen jedoch nur unvollständig, da die zusätzlichen Freiheitsgrade, die durch die Bewegung auf dem Wasser entstehen, die Nachlaufeigenschaften entscheidend ändern können.
Um die Entwicklung des Nachlaufs vorherzusagen, sind hochaufgelösete Simulationen und spezifische Stabilitätsanalysen notwendig. In der aktuellen Literatur gibt es nur zwei Studien zu diesem Thema, die jedoch noch nicht alle wichtigen Elemente analysiert haben. Entweder wurde nur ein Freiheitsgrad betrachtet, oder das Profil der atmosphärische Grenzschicht als auch die Anströmturbulenz wurden nicht miteinbezogen. Schließlich wurde in diesen Studien die Kopplung zwischen Aerodynamik und Hydrodynamik nicht berücksichtigt.
Im vorliegenden Projektvorschlag wird eine vollständige Strömungssimulation und Stabilitätsanlyse des Nachlaufs für schwimmende Plattformen durchgeführt.Zuerst wird die Bewegung entlang der einzelnen Freiheitsgrade a priori wie in den Voruntersuchungen auferlegt. In einem zweiten Schritt wird die Bewegung jedoch frei aus den Wasserwellen resultieren. Beide Schritte sollen mittels Experimente, die ebenfalls Teil der Studie sind, validiert werden.
Der erstellte neuartige Datensatz wird danach für die Entwicklung eines KI-basierten dynamischen Modells verwendet, um die Rechenkosten bei der Nachlaufprognose zu senken. Dies ermöglicht danach eine Optimierungsstudie zur Anordnung der Windanlagen, um die Energieproduktion zu steigern.Diese Optimierung würde insbesondere für die Gewinnung von Investitoren in diesem Sektor von großer Bedeutung sein. Damit kann ein Beitrag zur Erreichung der CO2-Emissionsziele Deutschlands geleistet werden.