Motivation
Potenzialabschätzungen zeigen, dass Gezeitenströmungen einen Beitrag zur weltweiten Stromversorgung liefern können (Anteil etwa 4%). Zudem können aussichtsreiche Regionen weltweit identifiziert werden. Für genaue Vorhersagen, z.B. über lokale Geschwindigkeitsverläufe und Strömungsrichtungen, benötigt man jedoch Gezeitenströmungslöser, welche ein großräumiges Seegebiet simulieren können. Das IHS entwickelt hierfür spezielle Strömungslöser für den Projektpartner Voith Ocean Energy in Heidenheim und unterstützt bei der Modellierung der Seegebiete.
Ablauf einer Gezeitenströmungssimulation
Der generelle Ablauf einer Projektuntersuchung mittels Gezeitenströmungssimulation ist unten dargestellt. Zuerst müssen das Projektgebiet und die Küstenlinien samt Inseln aus einem Geometrie-Informationssystemen (GIS) extrahiert und sinnvolle Grenzen erstellt werden. Hierbei können Gebietsgrößen von mehreren hundert Kilometern Seitenlänge nötig sein. Die Bodenkontur (Bathymetrie) wird aus Messungen extrahiert und aufbereitet. Das Gebiet wird anschließend mit einem unstrukturierten Netz diskretisiert. Tiefe Seegebiete werden hierbei grob, flache Seegebiete mit Küstenlinien im Projektgebiet fein aufgelöst. Anschließend wird die Bodeninformation auf das Netz interpoliert.
Geeignete Randbedingungen stellen harmonische Gezeitenperioden dar, welche an den Rändern zeitlich und örtlich interpoliert aufgebracht werden. Mit dem entwickelten Strömungslöser tidalFoam, welcher in den Open-Source Code OpenFOAM® implementiert wurde, werden dann Zeiträume idealerweise von mindestens zwei bis vier Wochen simuliert.
Validierung der Strömungssimulation
Zur Validierung der Strömungssimulation werden Geschwindigkeitsverläufe aus der Simulation mit Messdaten verglichen. Die Messdaten werden mithilfe von ADCP‘s (Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmesser), welche am Seegrund installiert werden, für einen bestimmten Zeitraum aufgenommen. In Bild 2 sind die Geschwindigkeitsverläufe für einen Zeitraum von 1 Woche dargestellt. Die Simulation bildet die Geschwindigkeitsverläufe und deren Schwankungen sehr genau ab.
Bewertung der Strömungszustände im Projektgebiet
Aufgrund von Bodenunebenheiten und Inseln kann es im Projektgebiet zur lokalen Wirbelbildung kommen, die die technisch sinnvolle Nutzung der Gezeitenenergie limitieren kann. Die Gezeitenströmungssimulation hilft hierbei, Standorte zu identifizieren, die ein hohes Potenzial besitzen. In Bild 2 (oben) ist die Ebb- und Flutströmung bei jeweiliger Peakströmung dargestellt. An den Vektoren erkennt man die Hauptströmungsrichtungen. Die Inseln haben einen Kanaleffekt zur Folge, hinter Inseln kommt es zu großen Wirbeln.
In Bild 2 (unten) sind für den gesamten Mess- und Simulationszeitraum die Amplitude der Geschwindigkeit alle zehn Minuten über der Strömungsrichtung aufgetragen. Auch hier zeigt sich eine Übereinstimmung von Simulation und Messung.
