Institut für Energietechnik (IET)
HSR

Eine Windenergierevolution an der HSR

Eine Windenergierevolution an der HSR
Am 15. Mai 2019 hat die HSR die allererste Windenergieforschungstagung der Schweiz erfolgreich veranstaltet. Dabei wurden Schweizer Unternehmen und Forschungsinstitute im Bereich der Forschung und Entwicklung in der Windenergie erstmalig zusammengebracht, um einen technischen Austausch zu ermöglichen sowie neue Ideen und Innovationen zu initiieren. Diese Tagung war ein wichtiger erster Schritt in der Umsetzung der Vision, eine Schweizer Produkt- und Dienstleistungsindustrie für den internationalen Windenergiemarkt aufzubauen. Dies wollen wir mit dem Ausbau unserer Forschungsaktivitäten sowie mit der Gründung eines neuen Netzwerks "The Swiss Wind Energy R&D Network" erreichen.

Die HSR setzt sich für die Windenergie stark ein, weil wir davon überzeugt sind, dass diese erneuerbare Energieform ein wichtiger Bestandteil des Energiemixes ist - weltweit und in der Schweiz. Auch wenn die Windenergie (noch) keine grosse Rolle in der Schweiz spielt, ist sie die emissionsärmste und günstigste erneuerbare Stromquelle, die uns zurzeit zur Verfügung steht. Die Branche wächst weltweit exponentiell. Die Industrie ist aber immer noch relativ jung und der Kostendruck extrem hoch – daher sind zunehmend innovative Produkte und Dienstleistungen gefragt, um die Branche zu professionalisieren und wettbewerbsfähig zu halten.

"The First Swiss Wind Energy R&D Forum" am 15. Mai 2019 an der HSR (Bild: HSR)

Wie wir an der Tagung "The First Swiss Wind Energy R&D Forum" am 15. Mai 2019 gesehen haben, existieren in der Schweiz bereits viele Aktivitäten und Kompetenzen im Bereich Windenergie – unter anderem an der ETH, EPFL, ZHAW, HSR und FHNW, an KMUs wie WinJi AG, Nispera AG, Sulzer & Schmid Laboratories AG, Echtzeit GmbH, TwingTec AG und Skypull AG, sowie an grösseren Unternehmen wie ABB, Liebherr und SKF. Ausserdem sehen wir ein grosses Potenzial, andere bereits in der Schweiz vorhandene Kompetenzen wie Big Data, Analytics, Cybersecurity, Drohnentechnologie, Block Chain, Composite Materials, etc. in der Windenergie einzusetzen.

Aus diesem Grund haben wir – nach dem grossen Erfolg der Tagung – entschieden, ein neues Windenergieforschungsnetzwerk "The Swiss Wind Energy R&D Network" zu gründen. Das Netzwerk bietet eine Plattform, um neue kooperative Windenergieprojekte in den Bereichen Forschung & Entwicklung (F&E), Lernen und Lehren zu initiieren und zu koordinieren. Das Ziel ist, die Exzellenz in der schweizerischen Windenergie-F&E zu fördern und den Export von Schweizer Know-How über Produkte und Dienstleistungen in den internationalen Windenergiemarkt zu fördern. Es sollen Kompetenzen und Erfahrungen mit dem Ziel gebündelt werden, gemeinsam Lösungen für die grossen technischen Herausforderungen in der Branche zu entwickeln. Zudem soll mithilfe dieses Netzwerkes eine Bildungslücke geschlossen werden – aktuell gibt es nämlich in der Schweiz keine spezifischen Bildungsmöglichkeiten für Windenergie.

Im ersten Jahr nach der Gründung des Netzwerks haben wir uns das Ziel gesetzt, drei neue F&E-Projekte und mindestens zwei Studentenprojekte oder Praktika zu koordinieren – sowie die zweite Tagung "The Second Swiss Wind Energy R&D Forum" zu organisieren. Diese Veranstaltung findet am 13. Mai 2020 statt. Sie können sich hier anmelden, falls Sie mehr wissen wollen.

Parallel dazu bauen wir unsere Forschungsaktivitäten stark aus – die HSR ist die erste Fachhochschule in der Schweiz mit einem gesonderten Windenergie-Forschungsprogramm. Eine kurze Übersicht der Forschungsfelder finden Sie nachfolgend:

Strömungssimulationen in komplexem Gelände

Wir führen hoch-präzise Simulationen von Windenergieanlagen und Windparks in komplexem Gelände auf unserem High Performance Cluster durch und entwickeln Prozesse für die einfache Nutzung dieser Tools in der Industrie. Wir interessieren uns speziell für die Anwendung der Lattice-Boltzmann-Methode für die Windenergie und setzten diese Methode unter anderem im Rahmen des BFE-geförderten Projektes "A new process for the pragmatic choice of wind models in complex terrain" ein. Das Ziel dieses Projektes ist es, einen neuen industrierelevanten Prozess für die Auswahl des optimalen Windmodells mit dem kleinsten Rechenaufwand und tiefsten Kosten für die genaue Abbildung der Strömungsverhältnisse zu entwickeln. Dieser Prozess soll eine Entscheidungshilfe beispielsweise bei der Durchführung von Windgutachten und Energieertragsberechnungen bieten. Vor kurzem haben wir die ersten Ergebnisse auf der Wind Energy Science Conference 2019 präsentiert.

Strömungssimulation in komplexem Gelände (Bild: HSR)

Maschinelles Lernen für Leistungskennlinien

Wir setzen Maschinelles Lernen für Leistungskennlinienprognosen und SCADA-Datenanalyse ein, mit dem Ziel, Empfehlungen für Windparkplaner und –betreiber zu entwickeln. Die Prognose der tatsächlichen (und nicht der theoretischen) Leistung einer Windenergieablage ist nämlich sehr wichtig für Windparkplaner (für Ertragsprognosen) und Betreiber (für Performance-Analysis und -Optimierung). Eine genaue Prognose ist sehr schwierig, weil das Verhältnis zwischen Windgeschwindigkeit und Leistung aufgrund verschiedener Wettereffekte nicht-linear und schwankend ist. In diesem Projekt untersuchen wir die Anwendung von "Regression Trees" und "Artificial Neural Networks" für die Verbesserung dieser Prognose. Dabei werden zuerst tausende von virtuellen Datensätzen mittels Multi-Körper-Simulationen für eine Referenzanlage erstellt.

100% erneuerbare Microgrid-Lösungen

Wir entwickeln hybride, erneuerbare, autarke Systeme für eine unabhängige, smarte Stromversorgung der Zukunft in Zusammenarbeit mit dem Institut für Solartechnik (SPF) an der HSR. Dieses Jahr haben wir eine Machbarkeitsstudie über 100% erneuerbare Microgrid-Lösungen für die Schweiz durchgeführt und sind zum Schluss gekommen, dass Windenergieanlagen von unter 30 m Höhe in Kombination mit Photovoltaik-Anlagen und Batteriespeichern für abgelegene Orte durchaus geeignet sein können. Vor kurzem haben wir die Ergebnisse auf der Wind Energy Science Conference 2019 präsentiert.

Nachwachsende Materialien für Rotorblätter
Wir testen auch neue Faserverbundmaterialien aus Flachs und Leinsamenöl für umweltfreundlichere Rotorblätter, in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung (IWK) an der HSR. Dieses Thema ist besonders wichtig, da die ersten Multi-Megawatt-Windenergieanlagen ihr Lebensende erreichen und demontiert bzw. recycelt werden müssen. Die Rotorblätter einer Windenergieanlage sind eine kritische und kostspielige Komponente eines Windkraftanlagensystems. Sie können bis zu 100 m lang sein und bestehen hauptsächlich aus Glasfaserverbundwerkstoffen. Die derzeit gebräuchlichste Demontagemethode ist die Verbrennung, die 60% des Schrottes als (umweltschädliche) Asche zurücklässt. Zurzeit führen wir erste Zugprüfungen der neu hergestellten Materialproben durch.

Weitere Informationen über das Netzwerk und das Windenergie-Forschungsprogramm finden Sie hier, oder kontaktieren Sie Sarah Barber direkt: sarah.barber(at)hsr.ch / 055 222 42 62.

Newsletter

Für den Newsletter per Mail:
anmelden / abmelden

Folgen Sie uns