Die nächste Generation im Design von Windkraftanlagen ausbilden
Die Windenergie verzeichnet ein rasches Wachstum. Diese umweltfreundliche Energiequelle verspricht, viele der Probleme, die mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe verbunden sind, abzuschwächen, obwohl sie mit erheblichen Herausforderungen konfrontiert ist. Eine dieser Herausforderungen ist die künftige Stabilität des Stromnetzes. Mit dem Ausbau der Windenergie nimmt die Komplexität zu, und es werden immer ausgefeiltere Modellierungs- und Steuerungstechnologien benötigt, um das Gesamtsystem widerstandsfähig zu gestalten – vor allem, wenn sich die Windenergietechnik selbst weiterentwickelt und sich die Vorschriften ändern. Dennoch fehlt es der Industrie noch immer an hochkarätigen Forschenden, die zur Lösung solcher Probleme notwendig sind. Im Rahmen des über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützten EU-finanzierten Projekts WinGrid wurde das Ziel verfolgt, unsere künftigen Windenergiesysteme durch eine umfassende Ausbildung Forschender in der Windindustrie zu stärken. An dem Projekt waren Wissenschaft, Industrie und Beratungsdienste aus ganz Europa in die Ausbildung von Nachwuchsforschenden in der Hard- und Software einbezogen, die das Herzstück der Windindustrie bildet. Sie lernten außerdem die aktuellen und zu erwartenden branchenspezifischen Herausforderungen kennen und erfuhren, wie der Übergang zu dieser Energiequelle mithilfe von Überwachungssystemen bewältigt werden kann. „Die Stromversorgungssysteme wandeln sich rasch von der Dominanz fossiler Brennstoffe, der Kernkraft und der Wasserkraft hin zur Einbeziehung der umweltfreundlicheren, aber unsteten Energiequellen Wind und Sonne. Dieser Wandel erfordert eine ebenso rasche Weiterentwicklung des Betriebs und der Steuerung dieser von erneuerbaren Energien dominierten Systeme“, kommentiert Xiaowei Zhao, Professor für Regelungstechnik an der Universität Warwick und Projektkoordinator von WinGrid.
Windenergie sollte künftige Stromsysteme tragen können
Im Rahmen des Projekts wurde erforscht, inwieweit Windturbinen in der Lage sind, schnelle Systemdienstleistungen in großem Umfang in einem Stromnetz zu erbringen. „Für die Nachwuchsforschenden war es wichtig, nicht nur die Betriebs- und Planungsaspekte moderner Stromsysteme zu verstehen, sondern auch die Gründe für die unterschiedlichen Ansätze der einzelnen Länder“, fügt Zhao hinzu. Das WinGrid-Team veranstaltete Seminare für Netzbetreiber innerhalb und außerhalb Europas. Zudem wurden Windturbinenhersteller, Windparkbetreiber, Beratungsunternehmen und Innovationsorganisationen zu Seminaren eingeladen, um ihnen ein besseres Verständnis für die Perspektiven der Branche zu vermitteln. „Über das Projekt wurden wertvolle Partnerschaften mit wichtigen Industriepartnern aufgebaut“, so Zhao.
Nachwuchsforschende ausbilden und neues Wissen verbreiten
Projektintern wurden Nachwuchsforschende erfolgreich geschult, die umfangreiche online verfügbare Verbreitungs- und Verwertungsaktivitäten durchführten und eine große Anzahl von Veröffentlichungen erstellten. Die Schulungen wurden aufgezeichnet und auf dem YouTube-Kanal des Projekts veröffentlicht, der mehr als 200 Abonnements aufweist und fast 10 000 Aufrufe aus über 100 Ländern verzeichnet.
Grundlagen der Windenergie ermitteln und verbessern
Unter anderem wurden über das Projekt folgende Ergebnisse erzielt: Ermittlung einiger Ursachen für die dynamischen Wechselwirkungen innerhalb und zwischen Windparks; Entwicklung einer KI-basierten optimalen Steuerungsstrategie zur Leistungsmaximierung; Erarbeitung technischer Lösungen zur Maximierung des Windturbinenpotenzials sowie fortgeschrittener Modellierungs- und Steuerungsmethoden für Synchronumrichter. Es wurden neue Regelungsmethoden ausgearbeitet, um das Frequenzverhalten zu verbessern. Neue Windturbinenkonzepte wie hydrostatische Windturbinen zeigten ein großes Potenzial. Es wurden Wege gefunden, um Windkraftanlagen effizienter und stabiler zu betreiben. Mehrere Tests wurden in Laboren in Dänemark, Deutschland, Israel, Italien und dem Vereinigten Königreich durchgeführt. Durch die Demonstration, dass Windturbinen zuverlässig Systemdienstleistungen erbringen können, die über die reine Energieerzeugung hinausgehen, haben wir dazu beigetragen, den Weg für einen reibungslosen Übergang zu einem von umweltfreundlicher Energie dominierten System zu ebnen und den Bedarf an fossiler Energieerzeugung für die Sicherheit und Stabilität des Systems zu verringern“, sagt Zhao.
Schlüsselbegriffe
WinGrid, Wind, Energie, Strom, Netz, Komplexität, zukünftige Stromsysteme, Schulung, Nachwuchsforschende, Turbine, Designs
