HIPERWIND senkt Kosten von Offshore-Windenergie bis zu 9 Prozent
Die EU will die Kapazität der Offshore-Windenergie bis 2050 von derzeit 12 Gigawatt (GW) auf 450 GW steigern. Die internationale Forschungsinitiative HIPERWIND unterstützt das Vorhaben mit eigens entwickelten innovativen Simulationsmodellen, die die Produktionskosten von Windturbinen um bis zu 9 Prozent senken. Von Seiten ETH Zürich wirkte der Lehrstuhl für Risiko, Sicherheit und Quantifizierung von Ungewissheiten am Departement Bau, Umwelt und Geomatik mit.
Lange Zeit galt Offshore-Wind dank seiner potenziell hohen Energieerträge als Eckpfeiler für die Erzeugung erneuerbarer Energien. Allerdings sind Bau und Wartung von Windturbinen aufgrund der rauen Umweltbedingungen und grossen Windgeschwindigkeiten auf hoher See teuer, was die Stromgestehungskosten steigen lässt. Mit HIPERWIND bezweckte ein Konsortium führender Akteure aus Industrie und Wissenschaft, die Kosten zu senken und die Offshore-Turbinen als Energieerzeuger effizienter zu machen.
Kern des Projekts war es, überflüssigen Materialverbrauch beim Turbinenbau – bisher ein massiver Kostentreiber – zu senken. Durch eine genauere Quantifizierung von Unsicherheiten bei Umweltbedingungen, Laststeuerung und ähnlichen Bereichen konnten die Forschenden die bisher nötigen Sicherheitsmargen reduzieren. Damit sind nicht nur weniger Vorleistungen erforderlich, die rund 30 Prozent der Gesamtgestehungskosten ausmachen, sondern wird auch die Betriebseffizienz gesteigert. Aus dem Projekt gingen zudem praktische Einsparungsstrategien wie das Ansetzen von Wartungsarbeiten in Zeiten niedriger Strompreise hervor, wodurch sich Energiekosten weiter senken lassen.
Anwendung über Windenergie hinaus
Die von der Initiative entwickelten Verfahren könnten über den ursprünglichen Projektrahmen hinaus einiges bewirken. So erforschte etwa der Lehrstuhl für Risiko, Sicherheit und Quantifizierung an der ETH Zürich Anwendungen für dynamische Surrogatsmodelle, die im Rahmen von HIPERWIND entstanden sind, um andere, für Menschen weltweit wichtige Themen zu beleuchten. Hierzu zählt unter anderem die Ermittlung der Erdbebengefährdung komplexer ziviler und industrieller Bauten oder die strukturelle Optimierung von Hochhausgebäuden in Gebieten mit sehr unwägbaren dynamischen Windbedingungen wie Wirbelstürmen.
«Wir haben eine völlig neue Vorgehensweise zum Umgang mit Unsicherheiten bei hochdimensionalen Eingabedaten und entsprechenden Ergebnissen entwickelt», sagt Stefano Marelli, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Risiko, Sicherheit und Quantifizierung von Ungewissheiten der ETH Zürich. «Mithilfe von Surrogatsmodellierung haben wir die Algorithmusentwicklung beschleunigt und ermöglichen eine nahtlose Zusammenarbeit zwischen Projektpartnern. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen weit über die Windenergie hinaus bis hin zum erdbebensicheren Bauen und andere Bereiche, in denen Unsicherheitsmanagement eine zentrale Rolle spielt.»
Fallstudie aus der Praxis
Das Projekt stützte sich auf eine Fallstudie aus der Praxis mit dem Offshore-Windpark Teesside des Projektpartners EDF vor der englischen Küste. Anhand von Daten und Modellen des Windparks wurden Ungewissheiten bei der Turbinenkonstruktion identifiziert und quantifiziert. Daraufhin prüfte das Team, ob sich mithilfe dieser Erkenntnisse Kosten einsparen liessen, wenn der Windpark neu gebaut würde.
HIPERWIND gehörten sieben Konsortialpartner aus Wissenschaft und Industrie an: DTU Wind and Energy Systems, der Lehrstuhl für Risiko, Sicherheit und Quantifizierung von Ungewissheiten der ETH Zürich, EDF, IFPEN, EPRI Europe, die Universität Bergen sowie DNV. Das Projekt wurde vom Forschungs- und Innovationsprogramm «Horizont 2020» der Europäischen Union finanziert und lief unter Federführung von DTU Wind über dreieinhalb Jahre.
