Europäisches Forschungsprojekt „EXCHANGE-Wind – Experimental & Computational Hybrid Assessment for Resilient, New Generation Floating Wind Farms”
Das Fachgebiet Statik und Dynamik der Tragwerke der RPTU Kaiserslautern-Landau ist aktiv am europäischen Forschungsprojekt „EXCHANGE-Wind” beteiligt. Das Projekt trägt den Titel Experimental & Computational Hybrid Assessment for Resilient, New Generation Floating Wind Farms. In diesem Projekt arbeiten ein internationales Konsortium aus Universitäten, Forschungseinrichtungen und Industriepartnern mit dem gemeinsamen Ziel zusammen, die nächste Generation von Offshore-Windenergieanlagen sicherer, zuverlässiger und widerstandsfähiger zu machen.
Offshore-Windenergie spielt eine zunehmend wichtige Rolle für die Energiewende und den Ausbau nachhaltiger Energiequellen. Windparks auf See bieten ein großes Potenzial, da die Windbedingungen dort häufig stärker und gleichmäßiger sind als an Land. Gleichzeitig sind Offshore-Windenergieanlagen jedoch besonders anspruchsvollen Umgebungsbedingungen ausgesetzt. Sie müssen Wind, Wellen, Stürmen, Korrosion, betrieblichen Lasten sowie in einigen Regionen auch Erdbeben standhalten. Da sich diese Anlagen oft weit entfernt von der Küste befinden, sind Inspektion, Wartung und Reparatur zudem deutlich schwieriger und kostenintensiver.
Diese Herausforderungen sind besonders relevant für schwimmende Offshore-Windenergieanlagen, die zukünftig eine zentrale Rolle in tieferen Gewässern spielen sollen. Schwimmende Systeme ermöglichen die Nutzung von Standorten, an denen klassische, fest gegründete Fundamente technisch oder wirtschaftlich nicht mehr geeignet sind. Gleichzeitig ist ihr Verhalten sehr komplex, da Turbine, schwimmende Plattform, Verankerungssystem, Anker, Meeresboden, Wind und Wellen miteinander wechselwirken. Eine zuverlässige Bewertung dieser Systeme erfordert daher eine enge Verknüpfung von experimentellen Untersuchungen, numerischer Modellierung, Monitoring-Technologien und probabilistischer Risikoanalyse.
Das Hauptziel des Projekts EXCHANGE-Wind besteht darin, das Verhalten von Offshore-Windenergieanlagen und Windparks unter Betriebsbedingungen sowie bei extremen Einwirkungen besser zu verstehen und ihre Widerstandsfähigkeit zu erhöhen. Das Projekt betrachtet diese Fragestellung auf mehreren Ebenen: von einzelnen Bauteilen wie geschweißten Stahlverbindungen und Ankern über vollständige Offshore-Windenergieanlagen bis hin zu gesamten Windparks als vernetzte Infrastruktursysteme. Dieser ganzheitliche Ansatz ist wichtig, da die Sicherheit und Leistungsfähigkeit eines Windparks nicht nur vom Verhalten einzelner Turbinen, sondern auch von der Reaktion des gesamten Systems im Normalbetrieb und nach extremen Ereignissen abhängt.
Die Methodik des Projekts kombiniert experimentelle, numerische und probabilistische Ansätze. In Laborversuchen werden zentrale physikalische Phänomene untersucht, darunter die Ermüdung von Stahlbauteilen, die zyklische Degradation von Böden, das Verhalten von Ankern sowie die dynamische Antwort von fest gegründeten und schwimmenden Offshore-Windenergieanlagen. Die experimentellen Ergebnisse liefern wichtige Daten zur Validierung numerischer Modelle und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit ingenieurwissenschaftlicher Vorhersagen.
Parallel dazu werden fortgeschrittene numerische Modelle entwickelt, mit denen sich das Verhalten von Offshore-Windenergieanlagen unter kombinierten Belastungen simulieren lässt. Dabei werden insbesondere die Boden-Bauwerk- sowie die Boden-Fluid-Bauwerk-Interaktion berücksichtigt. Diese Aspekte sind entscheidend, um zu verstehen, wie sich Turbine, Fundament, Meeresboden und die umgebende Umwelt gegenseitig beeinflussen. Zusätzlich sollen vereinfachte Modelle und Ersatzmodelle entwickelt werden, um eine große Anzahl von Simulationen effizient durchführen zu können. Dadurch werden probabilistische Bewertungen der Verwundbarkeit, des Risikos und der Resilienz von Offshore-Windparks ermöglicht.
Ein zentraler Bestandteil von EXCHANGE-Wind ist die Berücksichtigung mehrerer Gefährdungen. Offshore-Windenergieanlagen sind während ihrer Lebensdauer nämlich nicht nur einer einzelnen Einwirkung ausgesetzt. Wind, Wellen, Betriebsbelastungen, Stürme und Erdbeben können in unterschiedlichen Kombinationen auftreten und die strukturelle Antwort der Anlage beeinflussen. Das Projekt verfolgt daher das Ziel, Methoden zu entwickeln, die diese kombinierten Einwirkungen realistisch erfassen und eine zuverlässigere Bewertung der Leistungsfähigkeit von Offshore-Windenergiesystemen ermöglichen.
