Testzentren | Labore

Unser 200 Meter hoher Forschungsmessmast am Rödeser Berg in der Nähe von Kassel stellt eine in Deutschland einmalige Infrastruktur dar. Wir nutzen den Mast, um das Windprofil und die Windcharakteristik bis in große Höhen zu erforschen. Darüber hinaus bietet unser „vertikales Labor“ die Möglichkeit, Sensoren und Messtechnik bis in 200 m über Grund direkt am Mast anzubringen und zu testen. Ferner können Vergleichsmessungen und Validierungstests von Fernmesssystemen unter komplexen Strömungsbedingungen realisiert werden. Bislang wurden am 200-m-Mast verschiedenste Test- und Messkampagnen durchgeführt, u. a. mit LiDAR- und SoDAR-Windmessgeräten, LiDAR-Windscannern, Eissensoren und Fledermaussensoren.

Der 200-m-Mast befindet sich auf einer Kuppe an einem typischen bewaldeten Mittelgebirgsstandort mit folgenden Spezifikationen:

Windmessmast mit einer Messhöhe von 200 m

Umfangreiche Ausstattung:
über 20 Windsensoren verteilt auf 13 Messhöhen,
40 meteorologische Sensoren insgesamt,
darunter mehrere Ultraschallanemometer und ein Ceilometer

Hochgenaues Messsystem: IEC-konform, nach MEASNET-kalibrierte Windmessgeber

Die lasergestützte LiDAR-Technologie (Light Detection And Ranging) stellt eine attraktive Alternative zur klassischen mastbasierten Windmessung dar. Die kompakten, transportablen Geräte lassen sich schnell und flexibel am Boden positionieren und ermöglichen Windmessungen bis in Nabenhöhe moderner Windenergieanlagen und darüber hinaus. Die Fördergesellschaft Windenergie und andere Erneuerbare Energien e.V. (FGW) hat im September 2014 die 9. Revision der Technischen Richtlinie Teil 6 „Bestimmung von Windpotenzial und Energieerträgen“ beschlossen. Damit sind u. a. Windpotenzialmessungen für die Erstellung von Windgutachten allein auf Basis von LiDAR-Messungen zulässig.

Wir betreiben mehrere mobile LiDAR-Windmessgeräte. Diese wurden bereits erfolgreich in wissenschaftlichen Messkampagnen und Auftragsmessungen u. a. für die Erstellung von Ertragsgutachten in ganz Deutschland eingesetzt wurden. Die LiDAR-Systeme bieten folgende Möglichkeiten:

• Messung auf bis zu zehn frei wählbaren Messhöhen zwischen 40 m und 200 m auch an Standorten mit komplexen Strömungsbedingungen, z. B. in bewaldetem, hügeligem Gelände
• Aufzeichnung der 10-Minuten-Mittelwerte von Windgeschwindigkeit und Windrichtung auf allen Messhöhen
• Messung an entlegenen Standorten mittels Fernüberwachung und autarker Stromversorgung

Die LiDAR-Geräte werden von den Herstellern regelmäßig gewartet und werden von uns entsprechend dem aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik eingesetzt.  Ebenfalls regelmäßig lassen wir Verifikationstests gemäß Norm-Entwurf IEC 61400-12-1 Ed2 CD von einem akkreditierten Messinstitut durchführen. Hierdurch wird die Bewertung und Reproduzierbarkeit der LiDAR-Windmessungen bei definierter Unsicherheit ermöglicht.

Der Ausbau der Windenergie im Binnenland findet insbesondere in den Mittel- und Süddeutschland oftmals an orographisch (Höhenstrukturen) „komplexen“ und bewaldeten Standorten statt. Exponierte Höhenlagen bieten in der Regel gute Windbedingungen. Die fortschreitende Erschließung von Waldstandorten ist eine Konsequenz hiervon.

Bedingt durch das Messprinzip ergeben sich für LiDAR-Windmessungen im sogenannten „komplexen Gelände“ aber zusätzliche Herausforderungen. Wir haben unsere LiDAR-Systeme bisher an unserem 200 Meter hohen Windmessmast bei Kassel sowie an verschiedenen Standorten unserer Projektpartner eingesetzt. Dabei haben wir viel Erfahrung mit der Genauigkeit aber auch mit systematischen Messfehlern gesammelt. Denn gerade hier, also im Mittelgebirge, auf Bergkuppen und im Wald, sind die Messungen durch das Messprinzip mitunter fehlerbehaftet.

Die Anwendbarkeit von LiDAR-Windmessungen im komplexen Gelände haben wir u. a. im Rahmen des vom BMWi geförderten Forschungsprojekts »Windenergienutzung im Binnenland« intensiv untersucht. Die Messergebnisse einer Vergleichsmessung mit dem 200 Meter hohen Windmessmast und verschiedenen LiDAR-Messgeräten zeigen, dass eine Anwendung der Geräte auch an solchen Standorten sinnvoll ist.

»Die Messfehler sind geringer als zunächst erwartet und lassen sich mit Hilfe von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) gut abschätzen. Wir können daher die Nutzung von LiDAR-Windmessungen auch an typischen Binnenlandstandorten, z. B. im bewaldeten Mittelgebirge, durchaus empfehlen« so Tobias Klaas, Projektleiter am Fraunhofer IEE. LiDAR-Windmesssysteme lassen sich demnach auch im komplexen Gelände gezielt für die Windpotenzialbestimmung einsetzen.

Die Fördergesellschaft Windenergie und andere Erneuerbare Energien e.V. (FGW) hat im September 2014 die 9. Revision der Technischen Richtlinie Teil 6 „Bestimmung von Windpotenzial und Energieerträgen“ beschlossen.
Damit sind u. a. Windpotenzialmessungen für die Erstellung von Windgutachten allein auf Basis von LiDAR-Messungen zulässig.

Das Fraunhofer IEE betreibt einen LiDAR-Geräte-Pool, der in Forschungs- und Auftragsmessungen im gesamten Bundesgebiet eingesetzt wird.