Windpotenzialbestimmung mit LiDAR: Projekt LiMeS entwickelt neue Methoden

14.2.2018

Die Laser-Technologie »LiDAR« ermöglicht die Messung von Windgeschwindigkeiten in großen Höhen vom Boden aus. Das Fraunhofer Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE (ehemals Fraunhofer IWES) in Kassel entwickelt nun neue Methoden, mit denen die Ergebnisse von Messkampagnen verbessert und der Zeitaufwand weiter verringert werden können. Partner sind Universitäten, Windparkplaner und -gutachter, Strömungsmechaniker und eine Bank. Das 2017 begonnene Forschungsvorhaben LiMeS wird ab Mitte 2019 erste Ergebnisse präsentieren.

Laserbasierte Fernmessgeräte (LiDAR - Light Detecting And Ranging) bieten hier eine günstige Alternative zu den üblichen Windmessmasten
© Fraunhofer IEE

Laserbasierte Fernmessgeräte (LiDAR - Light Detecting And Ranging) bieten hier eine günstige Alternative zu den üblichen Windmessmasten

Aufbau eines LiDAR-Gerätes zur Bestimmung des Windpotenzials an einem Waldstandort
© Fraunhofer IEE

Aufbau eines LiDAR-Gerätes zur Bestimmung des Windpotenzials an einem Waldstandort

Für den wirtschaftlichen Betrieb von Windparks ist die vorhergehende Bestimmung von Windpotenzial und zu erwartendem Energieertrag eine zentrale Voraussetzung. Laserbasierte Fernmessgeräte (LiDAR - Light Detecting And Ranging) bieten hier eine günstige Alternative zu den üblichen Windmessmasten, weil die Geräte vom Boden aus Windgeschwindigkeiten in großen Höhen messen können. Dazu senden die Geräte Laserstrahlen aus, die von den mit dem Wind bewegten Luftpartikeln reflektiert werden. Aus der Signallaufzeit lassen sich die Höhe und die Windgeschwindigkeit ableiten.

LiDAR-Geräte bieten gegenüber den klassischen Messmasten viele Vorteile. Sie benötigen keine Baugenehmigung, weniger Platz und lassen sich mit wenig Aufwand an verschiedenen Standorten aufstellen. Allerdings kann hügeliges und bewaldetes Gelände an typischen Mittelgebirgsstandorten die Genauigkeit der Messungen einschränken. Zusätzlich führen besondere meteorologische Bedingungen (z. B. Nebel) zu einer geringeren Datenverfügbarkeit, die bei der Planung der Messung berücksichtigt werden sollte.

Durch eine strategische Wahl der Messstandorte und Messzeiträume lässt sich eine höhere Aussagekraft und Belastbarkeit der Ergebnisse erreichen, wenn gleichzeitig die technologischen Herausforderungen berücksichtigt werden. Beispielsweise beeinträchtigt Nebel die Datenverfügbarkeit der Messreihen, sodass bestimmte Jahreszeiten bzw. Wettersituationen bei der Planung von Messkampagnen besonders zu berücksichtigen sind.

Das Fraunhofer IEE in Kassel hat deshalb im Juli 2017 zusammen mit den Unternehmen Ramboll CUBE GmbH, IB Fischer CFD+engineering GmbH, ABO Wind AG, Deutsche Kreditbank AG sowie der Philipps-Universität Marburg und der Universität Kassel das Forschungsprojekt „Optimierung von LiDAR basierten Messstrategien zur Standortbewertung von Windparks“ (LiMeS) gestartet. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unterstützt das Vorhaben, das Mitte 2020 abgeschlossen sein soll, mit insgesamt 1,1 Mio Euro. Erste Ergebnisse werden ab Mitte 2019 erwartet.

Ziel des Vorhabens ist es, zunächst die Ursachen der Messunsicherheiten zu identifizieren und ihren Einfluss zu quantifizieren. Untersucht werden die Parameter Messdauer, Ort und Anzahl der Messpunkte und die verwendete Messtechnologie. In einem zweiten Schritt wird ein Verfahren entwickelt, das für projektspezifische Randbedingungen, z. B. Flächengröße und -lage, Geländestruktur und Standorte geplanter Windenergieanlagen die Gesamtunsicherheit und die Kosten verschiedener Messstrategien abschätzt. Damit soll zur verbesserten Bewertung der Windressource und zur nachträglichen Beurteilung bereits durchgeführter Messkampagnen beitragen werden.

In diesem Zusammenhang ruft die Universität Kassel Windgutachter, Planer und andere Experten zur Teilnahme an einem Vergleichstest (Round Robin Test) auf. In diesem soll die Langzeitkorrektur sehr kurzzeitiger Windmessungen auf Nabenhöhe (drei bis sechs Monate) untersucht werden. Primäres Ziel der Analysen ist die Beurteilung der Qualität aktueller Methoden und Langzeitdaten zur Langzeitkorrektur von Kurzzeit Windmessungen unter Berücksichtigung der saisonalen Variationen der Windverhältnisse. Für weitere Informationen zum Vorgehen und der Möglichkeit zur Beteiligung bei dem im April beginnenden Round Robin Test steht Ihnen Herr Alexander Basse gerne zur Verfügung.