Schwimmende Windräder haben das Potenzial, die Ausbeute an Windenergie um
ein Vielfaches zu erhöhen. Das EU-Projekt FlOATECH erforscht, wie diese
Technologie einem wirtschaftlichen Durchbruch näher gebracht werden kann

Die Technologie der schwimmenden Offshore-Windenergieanlagen hat in den
letzten Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Im Gegensatz zu herkömmlichen
Offshore-Turbinen werden sie auf schwimmenden Plattformen gebaut, die mit
Ankerleinen im Meeresgrund befestigt werden. Sind feststehende Offshore-
Windkraftanlagen auf eine Tiefe von circa 50 bis 60 Metern Tiefe
beschränkt, unterliegen schwimmende (floating) Windräder dieser
Limitierung nicht. Das hat den Vorteil, dass Standorte mit idealen
Windverhältnissen nahezu unabhängig von der Meerestiefe erschlossen werden
können. Die Motivation, unabhängig von der Meerestiefe zu sein, beruht
darauf, dass 80 Prozent der Windressourcen auf hoher See bei einer
Meerestiefe von über 60 Metern liegen. Die Technologie der schwimmenden
Windräder ist damit besonders für Staaten mit steilen Küstenabschnitten
wie Spanien, Portugal, Japan und den USA relevant und öffnet ein Tor, um
auch hier Offshore-Windparks zu bauen.

Zusätzlich sind die Auswirkungen der schwimmenden Windräder auf die Umwelt
geringer. Es müssen keine Betonfundamente in den Meeresboden eingelassen
werden, was mit erheblichen Lärmemissionen und Sedimentschäden verbunden
ist, und sie können nach dem Ende ihrer Lebensdauer rückstandsfrei
entfernt werden. Die Anlagen können zudem weiter von den Küsten entfernt
installiert werden und sind somit weniger dem Gegenwind, also Protesten
der Küstenbevölkerung ausgesetzt.

Rotordurchmesser von 240 bis 260 Metern

Trotz der vielen Vorteile haben jedoch erst wenige Projekte den
Pilotstatus überschritten. Der wohl größte derzeitige schwimmende Windpark
steht vor der Küste Norwegens (Hywind Tampen, elf Windräder mit einer
installierten Leistung von 88 Megawatt). Die Hauptgründe für den
Pilotstatus vieler Projekte sind die noch relativ unausgereiften Konzepte
der schwimmenden Tragstrukturen und die damit verbundenen Gesamtkosten.
Die Hafeninfrastruktur weltweit, insbesondere in Europa, benötigt massive
Investitionen, um die riesigen Windräder mit einem angestrebten
Rotordurchmesser von 240 bis 260 Metern zu bauen und mit einem
Schleppschiff an den vorgesehenen Standort zu schleppen. Außerdem steigen
die Anforderungen an die Windturbinen selbst, da sie nun durch Wellen und
Windanregung ständig in Bewegung sind und sich daraus eine größere
Beanspruchung aller Komponenten ergibt, was wiederum die Kosten treibt.

Von TU-Wissenschaftlern erdacht und umgesetzt

Das Projekt FLOATECH, das von der TU Berlin unter der Leitung von Dr.
Navid Nayeri koordiniert und von 2020 bis 2023 im Horizon2020-Programm der
EU in einer ersten Phase gefördert wurde, hatte folgende Ziele, die
erfolgreich umgesetzt wurden:

• Entwicklung einer effizienten und präzisen Software, die alle relevanten
Aspekte von schwimmenden Windanlagen berechnen kann,

• Anwendung und Analyse von Regelungsstrategien, die speziell auf das
Umfeld von schwimmenden Windkraftanlagen angepasst sind und die Effizienz
erhöhen, beziehungsweise die Belastungen der Struktur reduzieren können,

• Entwicklung eines Kostenanalyse-Tools, um potentielle Kosteneinsparung
durch die Regelungsstrategien zu evaluieren.

Grundlage für die Software, die alle relevanten Aspekte von schwimmenden
Windanlagen berechnen kann, war die Simulationssoftware QBlade. Ihre
Weiterentwicklung durch das Fachgebiet Experimentelle Strömungsmechanik
stand im Mittelpunkt des Projekts FLOATECH. QBlade wurde erweitert, um
alle komplexen physikalischen Phänomene und deren Interaktionen rund um
schwimmende Windenergieanlagen abzudecken. Solch eine Software ist
essentiell, um zum Beispiel speziell auf schwimmende Turbinen
zugeschnittene Regelungsstrategien – also das Regeln der Turbinenleistung
durch Anpassung der Drehzahl und Rotation der Turbinenblätter um die
eigene Achse – erforschen und exakte Kostenanalysen durchführen zu können.

Dazu wurde ein hydrodynamisches Modul namens QBlade-Ocean entwickelt.
QBlade-Ocean ermöglicht, die Simulation verschiedenster Wellenzustände und
berechnet die dominierenden hydrodynamischen Kräfte, um die Interaktion
zwischen schwimmender Windkraftanlage und ihrer Umgebung (Wellen,
Meeresgrund, Wind) analysieren zu können. Dadurch, dass QBlade zuvor
bereits alle Voraussetzungen erfüllte, um Onshore-Windkraftanlagen zu
simulieren, entsteht durch die Kopplung des neuen Moduls eine
Simulationssoftware, die für wissenschaftliche und industrielle
Anwendungen im Bereich schwimmender Windkraftanlagen geeignet ist.

QBlade wurde im weiteren Verlauf von FLOATECH von Forschern an der TU
Delft verwendet, um innovative Regelungsstrategien speziell für
schwimmende Windkraftanlagen zu entwickeln und sie zu perfektionieren
(Active Wake Mixing). Diese Strategien zielen darauf ab, die schwimmende
Bewegung so auszunutzen, dass ein Windrad, das in einem Windpark je nach
Windrichtung auch einmal hinter einem anderen stehen kann, nur wenig
Einbußen bei der Windgeschwindigkeit hinnehmen muss. Dadurch soll die
jährliche Energieproduktion von Windparks erhöht werden. QBlade ermöglicht
eine umfassende Vorhersage des Einflusses dieser Strategien auf die
Dynamik des schwimmenden Systems, die Lasten und die Turbinen-Nachlauf-
Interaktion.

Vorhersage von Wellen und ihren Kräften

Ein weiterer vielversprechender Ansatz zur Verbesserung der
wirtschaftlichen Realisierbarkeit von schwimmenden Windtechnologien wurde
im Rahmen einer Kooperation zwischen NextOcean, der TU Delft und der TU
Berlin verfolgt: Die Idee ist, Wellen und ihre Wellenkräfte vorherzusagen,
bevor sie eine schwimmende Plattform treffen. Realisiert wird dies durch
ein Radar, das die Wellenamplituden misst. Parallel laufende Algorithmen
werten diese Informationen aus und sagen die Kräfte sowie daraus
resultierend die Bewegung der schwimmenden Plattform voraus. „Für
schwimmende Windkraftanlagen könnte diese Technologie ein Durchbruch sein,
da anhand dieser Informationen die Bewegung der Anlage und damit Lasten
oder Leistungsfluktuationen reduziert werden könnten”, erklärt Robert
Behrens de Luna, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet
Experimentelle Strömungsmechanik und Projektmanager von FLOATECH. QBlade
spielt dabei eine Schlüsselrolle in der Entwicklung, indem es eine
Schnittstelle für die Übertragung der Wellenvorhersagedaten an den
Windturbinenregler bereitstellt und so die Wirksamkeit des Gesamtkonzepts
untersucht werden kann.

Um die Simulationsergebnisse unter realistischen Bedingungen zu
validieren, wurde am Wasserbassin-Teststand der Ecole Centrale Nantes ein
softwaregestützter Versuchsaufbau entwickelt.

Weiterführende Informationen:
Projekt FLOATECH im Youtube-Video erklärt:
<https://www.youtube.com/watch?v=rmE0KS4yi70&ab_channel=FloatechProject>
Website der Simulationssoftware QBlade: <https://qblade.org/>

Die WHU – Otto Beisheim School of Management hat es mit ihrem Vollzeit-
MBA-Programm im Financial Times Global MBA Ranking deutschlandweit an die
Spitze geschafft. Auch im internationalen Vergleich hat sich die
Wirtschaftshochschule weit vorne platziert und zählt damit zu den besten
20 in Europa.

Im Wettbewerb der besten MBA-Programme hat die WHU – Otto Beisheim School
of Management mit ihrem Vollzeit-MBA-Programm im Financial Times Global
MBA Ranking 2024 Platz 1 in Deutschland erobert. Neben dem nationalen
Spitzenplatz, den die WHU in dem international renommierten
Hochschulranking einnimmt, belegt sie in Europa Platz 19. Um fünf weitere
Plätze konnte sie sich im globalen Vergleich seit dem vergangenen Jahr
verbessern und steht derzeit auf Platz 63 weltweit.

„Wir sind stolz darauf, dass wir in diesem wichtigen Ranking erneut den
Spitzenplatz in Deutschland erobert haben und sind weiterhin bestrebt, die
Qualität unserer MBA-Programme zu sichern und sie auf die Zukunft
auszurichten“, sagt Professor Christian Andres, Rektor der WHU. Die
Wirtschaftshochschule im Universitätsrang mit ihren Standorten im
rheinland-pfälzischen Vallendar und nordrhein-westfälischen Düsseldorf
schneidet im aktuellen MBA-Ranking in mehreren Schlüsselkategorien sehr
gut ab, darunter fallen unter anderem „Branchenvielfalt“ (Platz 15),
„internationale Mobilität“ (Platz 16) und „Alumni-Netzwerk“ (Platz 18),
wobei Letzteres die starke Bindung der WHU als Gemeinschaft widerspiegelt.

Erst im vergangenen Jahr hat die Hochschule auch ihren Fokus auf das Thema
Nachhaltigkeit neu ausgerichtet und konnte sich nun in der Kategorie
„CO2-Fußabdruck“ deutlich verbessern. Sie liegt damit aktuell auf Platz 57
weltweit. In der Kategorie „ESG und Net Zero in der Lehre“, in der die
Lehrpläne der Hochschule hinsichtlich nachhaltigkeitsrelevanter Inhalte
und sozialer Verantwortung bewertet werden, belegt die WHU Platz 30.

Die Financial Times veröffentlicht regelmäßig einige der weltweit
wichtigsten Hochschulrankings, an denen sich Studierende orientieren, die
sich für ein Studienprogramm entscheiden wollen. Die herausragenden
Hochschulen, die an dem Ranking teilnehmen, befinden sich auf der ganzen
Welt – von den Vereinigten Staaten bis nach China.

Das Financial Times Global MBA Ranking bewertet jährlich die 100 besten
Vollzeit-MBA-Programme der Welt. Das Ranking setzt sich aus mehreren
Kategorien zusammen, in denen unter anderem die Zufriedenheit der
Studierenden erfasst wird, darüber hinaus jedoch auch Faktoren wie
Karriere- und Gehaltsentwicklung nach dem Studium sowie die Diversität von
Studierenden und Fakultät.