24.05.2013
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Turbulente Projektplanung

Windernte zwischen Berg und Fels

In Gebirgslagen herrschen oft schwierige Witterungsverhältnisse. Das erschwert die gezielte Standortsuche für Windenergieanlagen.

Wind Berge
Wind Berge - Die in unmittelbarer Nähe gelegenen Geländeformationen wie Hügel oder Täler haben je nach Windrichtung und -stärke einen erheblichen Einfluss auf die Windverhältnisse am jeweiligen Standort.
Die in unmittelbarer Nähe gelegenen Geländeformationen wie Hügel oder Täler haben je nach Windrichtung und -stärke einen erheblichen Einfluss auf die Windverhältnisse am jeweiligen Standort.
Foto: fotografci / fotolia.de

Die praktische Erfahrung der vergangenen Jahre zeigt: Die Planung von Windparks in den Waldgebieten der deutschen Mittelgebirge ist in jeder Hinsicht eine Herausforderung. Der Baumbestand, das Relief und die Höhenzüge setzen gänzlich andere Rahmenbedingungen als das offene Flachland. Insbesondere die turbulenten Strömungs- und Windverhältnisse, bedingt durch die individuelle, komplexe Topographie der Gebiete, stellen die Planer und Hersteller vor projektkritische Aufgaben, zumal kein Standort dem anderen gleicht und Referenzertragswerte anderer Projekte nicht ohne Weiteres herangezogen werden können – anders als im Flachland.

Denn die in unmittelbarer Nähe gelegenen Geländeformationen wie Hügel, Täler oder Waldschneisen haben je nach Windrichtung und -stärke einen erheblichen Einfluss auf die Verhältnisse am jeweiligen Standort. Sie können unter anderem durch Abschattung durch die angesprochenen topographischen Einflüsse stark variieren.

Indes werden mittlerweile immer mehr Windparks in den Wäldern der deutschen Mittelgebirge geplant. Das ermöglichen seit einiger Zeit geänderte gesetzliche Rahmenbedingungen, neue technische Entwicklungen und hohe Turmkonstruktionen. So konnten die Rotoren in die ertragreichen, turbulenzarmen Luftschichten in großen Höhen vordringen. Mit Fundamenten und Türmen wachsen jedoch gleichzeitig die Projektkosten, wodurch auch Wirtschaftlichkeitsanalysen komplexer werden. Die zentrale Frage, die sich die Verantwortlichen stellen müssen, lautet: Bleibt das Projekt wirtschaftlich oder drohen die Kosten für Bau, Wartung und Reparatur aus dem Ruder zu laufen? Beantworten kann die Frage nur, wer Jahreserträge und Intensität der Turbulenzen sicher berechnen kann.

Qualität der Ertragsprognosen

Dafür stehen heute leistungsstarke 3D-Simulationsmodelle zur Verfügung, mit denen der potenzielle Jahresertrag an einem Standort sehr präzise kalkuliert werden kann. Doch die Ergebnisse der Simulationen sind immer nur so gut wie die Daten, die in die Berechnungen einfließen. Für viele Regionen Deutschlands sind jedoch kaum valide Daten zu den lokalen Windverhältnissen verfügbar. Falls doch regionale Messungen erfolgten, reichen sie nicht bis in die erforderlichen Luftschichten, da die Messmasten in der Regel nicht höher als 80 Meter waren. Die tatsächlichen Bedingungen in den darüber liegenden Zonen können daraus jedoch nicht zuverlässig abgeleitet werden.

Standorte in komplexem Gelände erfordern Nabenhöhen von mindestens 120 Metern. Die Rotoren dürfen die turbulenten Zonen über den Baumkronen und Gebirgsformationen nicht durchstreichen. Eine vernünftige und standsichere Planung zielt daher darauf ab, dass die Blattspitzenunterkante der Windenergieanlage mindestens auf der 2,5- bis dreifachen Höhe der Baumwipfel bleibt.

Präzise Messungen nach anerkannten Standards wie der IEC 61400 bilden hier die Grundvoraussetzung für eine verlässliche Ertragsprognose. Hierfür wird ein Windmessmast für eine Langzeitmessung am geplanten Standort installiert, der mit kalibrierten Schalenkreuz-Anemometern das Windprofil bis in Nabenhöhe vermisst und aufzeichnet. Derzeit betreut der TÜV Süd in der bayerischen Oberpfalz eine solche Messung als Forschungsprojekt, um Daten zu den lokalen Windverhältnissen in 140 Metern Höhe zu bekommen. Zusammen mit der örtlichen Energieinitiative Natural Energy Solutions (NES), die einen Windpark mit bis zu sechs Anlagen in einem Waldgebiet bei Erbendorf plant, haben die Windexperten einen 140 Meter hohen Forschungsmessmast errichtet und ihn im vergangenen Oktober in Betrieb genommen. In den nächsten zwei Jahren werden insgesamt acht Schalenkreuz-Anemometer und weitere Sensoren alle relevanten Daten wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit aufzeichnen und ein detailliertes Bild des Windprofils zeichnen.

Die Messung erlaubt außer einer Berechnung der mittleren Jahreswindgeschwindigkeit auch die Analyse von Turbulenzen und Extremwinden in unterschiedlichen Höhen. Darüber hinaus liefert die Messung somit auch grundsätzliche Erkenntnisse zur Windparkprojektierung in Waldgebieten in Mittelgebirgen. Diese Analyse ist Grundvoraussetzung für ein bankfähiges Wind- und Ertragsgutachten, das wiederum Grundlage für die projektbezogenen Wirtschaftlichkeitsberechnungen ist. Die Fördergesellschaft Windenergie (FGW) schreibt hierfür eine mindestens zwölfmonatige Langzeitmessung an einem Messmast in mindestens zwei Drittel der geplanten Nabenhöhe vor.

 
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