24.10.2012
Zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Windparks werden Windpotentialanalysen durchgeführt, die bislang auf der Messung von Windgeschwindigkeiten mithilfe von Messmasten beruhen. Durch ein in der PTB entwickeltes Doppler-Lidar-System zur rückgeführten bodengestützten laseroptischen Windgeschwindigkeitsmessung könnten in Zukunft aufwendig zu errichtende Messmasten entfallen.
Wesentliche Grundlage bei der Planung von Windparks sind Windpotentialanalysen zur Bewertung der Windverhältnisse am beabsichtigten Standort. Zusammen mit der vermessenen Leistungskurve der dort aufzustellenden Windkraftanlagen kann die im Jahresmittel zu erwartende produzierte elektrische Energie berechnet werden. Dies ist unerlässlich zur Beurteilung der Rentabilität eines Windparks.Sowohl für Windpotentialanalysen als auch für Leistungskurvenvermessungen ist es nötig, die Windgeschwindigkeitsprofile in Höhe der Rotorblätter zu erfassen. Dies geschieht bislang mit rückgeführten, also von akkreditierten Kalibrierlaboratorien kalibrierten Anemometern, die an Messmasten montiert sind. Da Windenergieanlagen tendenziell immer höher werden, wächst auch der Aufwand für den Bau dieser Masten beträchtlich. Daher wird zurzeit untersucht, ob Fernmessverfahren auf Basis von Doppler-Lidar-Systemen wirtschaftlicher sind. In der Windenergiebranche publizierte Untersuchungsergebnisse weisen auf vielversprechende Möglichkeiten der Lidar-Technik hin. Doch fehlen hier noch geeignete Verfahren zur messtechnischen Rückführung. Die in der Windenergiebranche eingesetzten Wind-Lidar-Systeme enthalten üblicherweise eine gemeinsame Sende-/Empfangsoptik (siehe Bild 1, links), so dass Sende- und Empfangsstrahl übereinander liegen (monostatisch, monoaxial). Bei diesem Verfahren wird die Strömungsgeschwindigkeitskomponente in Strahlrichtung mit einer Höhenauflösung von ca. 20 m gemessen, wobei der Strahl zur vollständigen Erfassung des Geschwindigkeitsvektors in verschiedene Richtungen geschwenkt wird. Für den geplanten Einsatzzweck wäre jedoch eine bessere Höhenauflösung wünschenswert. Weiterhin können in unebenem Gelände Strömungsinhomogenitäten über den Schwenkbereich des Strahls zu Verfälschungen des Messergebnisses führen. Die Folge sind Messabweichungen von bis zu 10 %, die eine Rückführung von Lidar-Windgeschwindigkeitsmessungen bisher noch nicht mit der geforderten Messunsicherheit zulassen.
Bild 1: Mehrkomponentige Strömungsgeschwindigkeitsmessung mit konventionellen, monostatischen Wind-Lidar-Systemen (links) und dem in der PTB entwickelten bistatischen System (rechts)
Der Einsatz bistatischer Doppler-Lidar-Systeme mit räumlich getrennten Sende- und Empfangseinrichtungen (im Bild rechts) erlaubt räumliche Auflösungen im Kubikzentimeterbereich und die vektorielle Erfassung der Geschwindigkeit an einem einzelnen Messort. Das in der PTB entwickelte System kann sowohl zum Einmessen eines konventionellen Systems im jeweiligen Gelände als auch für die Erstellung rückgeführter Windpotentialanalysen und Leistungskurven genutzt werden.
Literatur:
[1] Eggert, M., Müller, H., Többen, H.: Doppler-Lidar-Transfernormal zur Windgeschwindigkeitsmessung: Aktueller Entwicklungsstand. Proceedings der 20. GALA-Fachtagung „Lasermethoden in der Strömungsmesstechnik“, 2012, S.10/1-10/6
Ansprechpartner:
Michael Eggert, FB 1.4, AG 1.41, E-Mail: michael.eggert@ptb.de