Windkraftanlagen und turbulente Anströmung - Eine Simulation der Lasten mit der Blade-Element-Methode

Inhaltsangabe:Einleitung: Das Thema dieser Arbeit wurde vom Forwind Forschungs- und Kompetenzzentrum für Windenergie ausgeschrieben. Die Bearbeitung erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Fachbereich für Hydrodynamik an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg. Eine Stellungnahme der Arbeitsgruppe Hydrodynamik schildert die Aufgaben des Fachbereiches folgendermaßen: „Die deterministische Beschreibung der Natur auf der Basis von Differentialgleichungen wird oft als ein herausragendes Ergebnis der Physik des 19. Jahrhunderts [..] dargestellt, während die Klärung der Quantenstrukturen als großer Erfolg der Physik des 20.Jahrhunderts angesehen wird. Mit der Entdeckung der Grundprinzipien der klassischen Physik sind jedoch nicht alle Probleme dieser gelöst. Insbesondere ist in den letzten Jahrzehnten erkannt worden, dass Nichtlinearitäten in klassischen Problemen zu unerwarteten Erscheinungen führen können. So ist es zum Beispiel von aktuellem Interesse, zu erforschen wie sich aufgrund von Nichtlinearitäten spontan räumliche Strukturen oder zeitliches Chaos bilden. Eine der großen Herausforderungen der „nichtlinearen klassischen Physik“ ist die Klärung der Turbulenz. Die beschreibenden Bewegungsgleichungen der Turbulenz sind seit über 100 Jahren bekannt und trotzdem ist es bis heute weder mit modernen theoretischen Ansätzen noch mit numerischen Simulationen [..] gelungen, die Turbulenz genau zu beschreiben. Das Zusammenspiel zwischen Chaos und räumlicher Strukturbildung erschwert bis heute den Fortschritt in diesem Forschungsbereich [..]“. Innerhalb des Fachbereiches für Hydrodynamik bestehen kleinere Forschungsbereiche, die sich spezifischeren Problemen widmen. Einer dieser Forschungsbereiche ist die atmosphärische Turbulenz mit den Schwerpunkten „statistische Winddatenanalyse/Windböen“ und „stochastische Modellierung von Windgeschwindigkeiten und Windkraftanlagen“. Die auftretenden Problematiken sind folgendermaßen beschrieben: „Turbulenzen sind ein alltägliches Phänomen und treten in vielen natürlichen Sytemen auf. [..] In allen Fällen führt die Komplexität turbulenter Strömungsfelder dazu, dass eine exakte Vorhersage oder Berechnung der resultierenden Strömungen nicht mehr gelingt. Aus diesem Grunde erlangen statistische Modellvorstellungen [..] einen hohen Stellenwert in der Analyse turbulenter Strömungsfelder. In diesem Arbeitsgebiet werden die kleinskaligen Turbulenzen atmosphärischer Windgeschwindigkeitsfelder mit Hilfe statistischer Modelle [...]

Jens Lühning, Diplom Wirtschaftsingenieur, Studium an der privaten Fachhochschule in Wedel und der University of Cape Town, Abschluss 2007. Derzeit tätig als Consultant bei den mgm consulting partners, Hamburg. IT-Strategie Beratung bei Energieversorgungsunternehmen.