Die Windmacher, Teil 10: Stephan Barth leitet das Oldenburger Institut ForWind / Turbulenzen auf der Spur Geballte Forschungskompetenz

Oldenburg. Mathematikern gelten Turbulenzen als eines von sieben Jahrtausendproblemen. Nicht einmal ausgewiesene Experten wissen bislang, wie sich Luftströmungen exakt berechnen lassen. Somit lässt sich auch nicht vorhersagen, welche Belastungen an den einzelnen Komponenten eines Offshore-Windrads auftreten können und wie Techniker am besten gegensteuern könnten. Wissenschaftler des Forschungsinstituts ForWind in Oldenburg versuchen, dieses und andere Phänomene zu ergründen und wichtige Erkenntnisse für eine ganze Branche zu sammeln.
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Von Krischan Förster

Oldenburg. Mathematikern gelten Turbulenzen als eines von sieben Jahrtausendproblemen. Nicht einmal ausgewiesene Experten wissen bislang, wie sich Luftströmungen exakt berechnen lassen. Somit lässt sich auch nicht vorhersagen, welche Belastungen an den einzelnen Komponenten eines Offshore-Windrads auftreten können und wie Techniker am besten gegensteuern könnten. Wissenschaftler des Forschungsinstituts ForWind in Oldenburg versuchen, dieses und andere Phänomene zu ergründen und wichtige Erkenntnisse für eine ganze Branche zu sammeln.

Die Ergebnisse, zu denen erst jüngst ein Forscherteam um Professor Joachim Peinke gelangt ist, haben die Herausforderung nicht unbedingt leichter gemacht. Denn die Wissenschaftler konnten widerlegen, dass sich turbulente Strömungen immer gleich verhalten. Das Gegenteil ist der Fall. Örtliche Gegebenheiten verändern die Kräfte, die an einer Windkraftanlage rütteln können. Einzelne Unternehmen oder Windpark-Betreiber, dringend angewiesen auf ein besseres Verständnis der Energieressource, sind mit solchen Grundlagen-Forschungen überfordert. "Dafür gibt es ForWind", sagt Instituts-Geschäftsführer Stephan Barth (34).

Vor sieben Jahren wurde die deutschlandweit einzigartige Forschungseinrichtung gegründet, gefördert vom Land als zunächst rein niedersächsischer Zusammenschluss der Universitäten Oldenburg und Hannover. Wissenschaftler aus rund 20 verschiedenen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Instituten kamen so zusammen, die seither gemeinsam und interdisziplinär forschen. Seit dem vergangenen Jahr gehört die Universität Bremen als dritter Partner dazu.

Ein nationales Zentrum

Seither ist ForWind mit derzeit 150 Mitarbeitern an drei Standorten das Forschungszentrum für den Nordwesten. Durch die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Windenergie (IWES) in Bremerhaven und Kassel ist ForWind sogar eine Art nationales Kompetenzzentrum für Windkraft geworden. "Es gibt nichts Vergleichbares in Deutschland", sagt Barth, seit zweieinhalb Jahren Geschäftsführer. Ähnliche Institute gebe es nur in den Niederlanden und in Dänemark.

In den ersten fünf Jahren wurde ForWind durch das Land Niedersachsen finanziert. Weitere zwölf Millionen Euro gibt es über mehrere Jahre gestreckt, den Rest des Budgets muss ForWind aus eigener Kraft stemmen. Aus- und Weiterbildung ist ein wichtiges Standbein. Ein berufsbegleitendes Studium wird seit fünf Jahren angeboten und ist trotz der relativ teuren Gebühr von 8000 Euro regelmäßig ausgebucht - durch Juristen, Banker, Ingenieure. Für die meisten lohnt sich das zehnmonatige Pauken. Angesichts eines sich auch in der Windkraftbranche abzeichnenden Fachkräftemangels werden solche Leute überall gesucht. Demnächst solle ein zweiter Lehrgang explizit für den Offshore-Bereich aufgelegt werden, kündigt Barth an.

Projekte, gefördert von den Ländern, dem Bund oder der Industrie, sind die andere Einnahmequelle. In Oldenburg kümmern sich die Experten vornehmlich um das komplizierte Strömungsverhalten des Windes, das so schwer fassbare Phänomen. Es gebe zwar Messinstrumente in den Windparks, "doch die liefern nur reaktive Ergebnisse", erklärt Barth. Heißt: Man weiß immer erst hinterher, wie der Wind geweht hat. Dazu kommt die Größe der Anlagen: Die Rotoren einer Fünf-Megawatt-Anlage kreisen durch eine Fläche so groß wie zwei Fußballfelder. "So etwas lässt sich im Windkanal nicht mehr testen." Das gehe nur mit kleineren Modellen. Strömungsverhältnisse ließen sich daher nur an äußerst leistungsfähigen Computern darstellen.

ForWind hat einen der wenigen Rechner weltweit, die so etwas können - drei Millionen Euro hatte es dafür vom Bund gegeben. "Und selbst dann sind nur stark vereinfachte Simulationen möglich", erläutert Barth. Daher versuchen die Wissenschaftler, bessere Vorhersagemodelle für Windschwankungen zu entwickeln, die möglichst genau und gleichzeitig in der Praxis tatsächlich auch handhabbar sind.

Barth verweist auf die Luftfahrt. "Ein Flugzeug ist solchen Turbulenzen vor allem bei den Starts und Landungen ausgesetzt, ein Windrad dagegen über die gesamte Lebensdauer hinweg." Vorteil für Hersteller und Windparkbetreiber: Je mehr sie über die auftretenden Kräfte

wissen, umso besser können sie die Windräder anpassen und steuern. Weht der Wind kräftig genug, dreht sich die Turbine. Wird er zu stark, bleibt das Windrad stehen. Würde dagegen rechtzeitig eine nahende Böe erkannt, könnten die Rotorblätter aus dem Wind genommen werden und die Anlage weiterlaufen. Was zu einer zuverlässigeren und effektiveren Stromproduktion führen und die Anlagen weniger belasten würde.

Davon sei man allerdings noch weit entfernt, räumt Barth ein. Heutige Regelungsverfahren würden noch aus vorliegenden Leistungsdaten aus der Stromproduktion abgeleitet. "Somit ist auch die optimale Konfiguration eines Windparks noch völlig unklar." Während die Oldenburger versuchen, dies zu ändern, untersuchen die Wissenschaftler in Hannover eher Probleme der tragenden Strukturen, also von Fundamenten und Türmen. Ein spezielles Testzentrum ist dort derzeit in Planung, um zum Beispiel Türme in Sandwichbauweise zu erproben. Sie wären leichter und widerstandsfähiger gegenüber herkömmlichen Konstruktionen, schneller herzustellen und letztlich preisgünstiger. "Offshore ist teuer, ein Prozent Ersparnis macht da schon viel aus", sagt Barth. Ein Offshore-Park mit 80 Windrädern wird derzeit mit 1,3 bis 1,5 Milliarden Euro kalkuliert. Es gibt für die ForWind-Wissenschaftler noch eine Menge Probleme zu lösen. Eine ganze Branche wartet auf ihre Ergebnisse. "Es bleibt auch für uns spannend", sagt

ForWind-Chef Stephan Barth.

Unser nächsten Windmacher ist Ingo de Buhr, einer der Pioniere der Branche. Seine Firma nprio energy (ehemals Prokon Nord) plant und projektiert Windparks, baute den Turbinenhersteller Multibrid auf und investiert in Biomasse.

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