Technologie

Windrampen per Laser erfassen

21.09.2020 - Neues Verfahren soll Leistung von Offshore-Windparks besser vorhersagen.

Windrampen sind starke Änderungen der Wind­geschwin­dig­keit in Zeit­räumen von weniger als einer halben Stunde. Treten sie unvorher­gesehen auf, stellen sie Strom­händler und Netz­betreiber vor Probleme: Erzeugen Anlagen in Offshore-Windparks kurz­fristig deutlich mehr oder weniger Strom als vorher­gesagt, kann das Aus­wirkungen auf das Stromnetz haben, eventuell werden auch Ausgleichs­zahlungen fällig. Um die Vorher­sage von Wind­rampen zu verbessern, wollen Wissen­schaftler des Zentrums für Wind­energie­forschung an der Uni Olden­burg Laser­strahlen nutzen, um den Wind weit vor dem Windpark zu messen. Für ihr Forschungs­projekt „WindRamp – Beobachter­gestützte Vorher­sage von Netz­engpässen und möglicher Ein­speisung von Offshore-Windenergie für die operative Netz­betriebs­führung und Handels­prozesse“ erhält das Team um Martin Kühn zusammen mit Projekt­partnern rund 2,75 Millionen Euro. Gefördert wird das Vorhaben für drei Jahre vom Bundes­wirtschafts­ministerium.

Um die Leistung von Offshore-Windparks vorher­zusagen, verlassen sich die Betreiber bislang im Wesent­lichen auf Wetter­modelle. Diese Computer­modelle können die Wind­leistung für Standorte auf der ganzen Welt einige Minuten bis mehrere Tage im Voraus recht zuverlässig vorher­sagen. Anhand der Prognosen wird Windstrom an der Strombörse gehandelt. Netz­betreiber benötigen sie außerdem, um die erzeugte Windenergie optimal ins Stromnetz zu integrieren. Starke, kurz­fristige Verände­rungen der Wind­ge­schwin­digkeit lassen sich aller­dings mit den derzeit verwendeten Methoden oft nicht zuverlässig genug vorher­sagen. „Für präzisere Vorher­sagen sind lokale Messdaten nötig“, betont Kühn, der das Projekt koordiniert.

An dieser Stelle setzt WindRamp an: Das Vorhaben zielt darauf ab, den Wind mit Laser­strahlen zu vermessen, bevor er den Windpark erreicht. Dafür wendet das Team die Fern­erkun­dungs­methode Lidar an. Die Lidar­geräte nutzen Laser­pulse, um Abstände und Wind­geschwin­dig­keiten zu ermitteln. „Moderne Lidar­geräte können Wind­felder in zehn bis zwölf Kilo­metern Entfernung von einem Windpark bestimmen“, erläutert Kühn. Solche Messungen will das Projekt­team nutzen, um eine beobachter­gestützte Wind­leistungs­vorhersage zu entwickeln.

Diese neue Art der Prognose soll dann in bestehende modell­basierte Vorher­sage­verfahren integriert werden. Dabei stehen die Forscher vor mehreren Heraus­forde­rungen: Sie müssen berück­sichtigen, dass der Wind nur selten völlig gleich­förmig strömt, zudem kann sich das Windfeld zwischen dem Messpunkt und dem Windpark noch verändern und der Wind kann mit der Höhe stärker werden.

Um die Luftströmungen zukünftig noch besser unter­suchen zu können, will das Team daher auch die Reich­weite und die Auflösung von Lidar-Geräten verbessern. Ziel ist, den Zeit­horizont der Vorher­sagen zu erweitern. Die erforder­lichen Mess­daten erhebt das Team in einer etwa zwei­jährigen Mess­kampagne im Offshore-Windpark Norder­gründe nord­östlich von Wangerooge.

U. Oldenburg / RK

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