Wind- und Wellenmessung

Die Erschließung neuer Standorte für die Windenergienutzung im Binnenland und Offshore erfordert eine detaillierte Charakterisierung der Umweltbedingungen. Deren Kenntnis ist unabdingbar für das Design einer Windenergieanlage und den Erfolg eines Windparkprojekts. Dabei steht an Land die Planung von Windparks mit großen Nabenhöhen in hügeligem oder bewaldetem Gelände im Vordergrund. Die hier auftretenden Fragestellungen wie Potentialabschätzung, Ressourcenbestimmung und Lastannahmen werden u.a. mit einem 200 m hohen Messmast und mehreren LiDAR-Systemen (lasergestützte Windgeschwindigkeitsmessung) bearbeitet.

Für die Offshore-Windenergienutzung entwickelt das Fraunhofer IWES innovative und angepasste Mess- und Analysemethoden für die Standort-bedingungen Wind, Wellen, Strömung und Boden sowie Methoden zur Erfassung der ökologischen Auswirkungen von Offshore-Windparks. Neue Systeme zur Windmessung bis in große Höhen basieren auf LiDAR-Systemen, die von Schiffen oder Bojen aus betrieben werden. Für die geophysikalische Baugrunderkundung wurde eine neuartige Messmethode entwickelt, die speziell auf die Anforderungen der Offshore-Windindustrie abgestimmt ist.

Das Fraunhofer IWES Nordwest führt Messkampagnen mit Lidar Systemen zur Windpotentialbestimmung durch. Mittels LiDAR können Windgeschwindigkeit und Windrichtung in verschiedenen Höhen bis zu 200 m vermessen werden, ohne hierzu einen Messmast errichten zu müssen. In der Projektentwicklung wird so Zeit und Geld gespart.

Die kompetente Planung, Durchführung und Auswertung von LiDAR-Messkampagnen mit einem Leosphere Windcube v2 LiDAR-System gehören zum Leistungsumfang. Für spezielle Anwendungsfälle kommt das Galion G-4000 Scanning-LiDAR mit einer Reichweite von bis zu 4000 m zum Einsatz.

Die hohe Qualität der Messdaten wird durch Verifikationsmessungen gemäß Norm IEC 61400-12-1 Ed2 CD durch akkreditierte Messinstitute sichergestellt. Eine autarke Stromversorgung ermöglicht Messungen an Standorten ohne Stromanschluss.

  • Windmessungen auf mehreren Messhöhen bis in 200 m Höhe ohne Mast
  • Als Datenbasis für eine Standortbewertung nach TR6 der FGW
  • Kompletter Dienstleistungsvertrag von Planung bis Datenauswertung

 

 

 

Inforgrafik LiDAR Boje
© Foto Fraunhofer IWES Nordwest

LiDAR-Systeme senden gepulste Laserstrahlen in die Atmosphäre. Diese werden an Partikeln in der Luft, den Aerosolen, reflektiert. Aus der Frequenzverschiebung des zurückgestreuten Signals wird die Windgeschwindigkeit und -richtung in den entsprechenden Messhöhen errechnet

LiDAR-Boje


Die IWES Wind-LiDAR-Boje wird für Messkampagnen zur Offshore-Windpotentialbestimmung und Ertragsabschätzung als Teil der Offshore-Windparkplanung eingesetzt. Das schwimmende LiDAR-System wurde ein Windmessgerät vom Typ Windcube® v2 in eine angepasste Seeboje integriert. Das kompakte Design, ein robustes autonomes Stromversorgungssystem sowie eine effiziente Datenverarbeitung und -kommunikation gewährleisten zuverlässige und flexible Offshore-Windmesskampagnen. Der eingesetzte Korrekturalgorithmus, der die Bewegungen der Boje herausrechnet, garantiert eine hohe Messgenauigkeit - vergleichbar mit Offshore-Mastmessungen. Das Messsystem kann in allen relevanten Projektphasen - einschließlich Planung, Installation und Betrieb - eingesetzt werden, um valide Messdaten zu liefern.
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Services:
• Windgeschwindigkeitsmessungen auf mehreren Messhöhen gleichzeitig bis 250 m
• Messung zusätzlicher Parameter wie Wellen, Strömungen, Temperatur etc.
• Kompletter Dienstleistungsvertrag inklusive Genehmigungen, Ausbringung, Service, Daten-übertragung, Qualitätskontrolle etc.
• Windpotentialbestimmung auf der Basis der gemessenen Daten
• Messkampagnen von einer Woche bis zu einem Jahr möglich

 

Schiffsbasierte LiDAR-Messung


Während Messungen von festen Plattformen und von verankerten Bojen sich vor allem für den längerfristigen Einsatz eignen, bietet sich eine Messung von einem Schiff aus vor allem dann an, wenn das Schiff ohnehin am Standort im Einsatz ist oder wenn nur für einen relativ kurzen Zeitraum gemessen werden muss. Messungen können sehr gezielt durchgeführt werden und benötigen deutlich weniger Zeit für Planung und Vorbereitung.

Voraussetzung für eine präzise Messung von einem sich bewegenden Schiff aus ist die Korrektur der Messwerte für die auftretenden Bewegungen. Ein wesentlicher Teil des entwickelten Schiffs-LiDAR-Systems ist daher die integrierte Bewegungsmessung. Daten für die bis zu sechs Freiheitsgrade des auf dem Schiff platzierten Systems werden hochaufgelöst aufgenommen, aufbereitet und für eine Bewegungskorrektur der gleichzeitig aufgenommen LiDAR-Messdaten verwendet.

Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmesser und AWAC

© Foto Jan Meier

Für das Design von Offshore-Windenergieanlagen und Meeresenergieanlagen ist die detaillierte Charakterisierung der Strömungs- und Wellenverhältnisse ausschlaggebend. Für Projektplaner und Investoren vermindert eine Standortbewertung technischen und finanziellen Risiken. Die Strömungsverhältnisse um die Fundamente von Offshore-Windenergieanlagen bestimmen nicht nur Lasten auf die Struktur, sie verursachen auch Sedimenttransporte im Nahbereich der Struktur, die zu Auskolkungen führen können.

Die genauere Analyse von Strömungsdaten zeigt ihre komplexe räumliche und zeitliche Variabilität - Ursache ist der Einfluss von Turbulenz, Wellen und Wind auf die mittlere Strömung. Die Analyse des Strömungsfeldes wird durch die zu geringe räumliche und zeitliche Auflösung von Messtechnik mit ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) begrenzt. Abhilfe schafft hier der Einsatz akustischer Geräte zur Strömungsmessung. Die Messung in unmittelbarer Nähe eines Fundaments ermöglicht die detaillierte Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Struktur und Strömung und der dadurch hervorgerufenen Sedimenttransporte.

Veröffentlichungen

2016

Entwicklung neuer Prüfmethoden zur Abbildung der Degradationsprozesse von Offshore-Windenergieanlagen und Aufbau einer entsprechenden Test- und Analyse-Infrastruktur für WEA-Komponenten
Kupferschmidt, C.; Collmann, M.; Kranz, O.
(Konferenz- und Buchbeitrag)

45. Jahrestagung der Gesellschaft für Umweltsimulation (GUS)
16. - 18. März 2016, Karlsruhe
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Project schedule assessment with a focus on different input weather data sources
Wolken-Möhlmann, Bendlin, Buschmann, Wiggert
(Poster)

Deep Sea Offshore Wind R&D Conference
Energy Procedia, Volume 94, September 2016, Pages 517-522
Jan 20-22,Trondheim, Norway
urn:nbn:de:0011-n-4174014
http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-417401.html


WindScanner Measurements in Complex Terain
Lukas Pauscher, Nikola Vasiljevic, Doron Callies, Guillaume Lea, Jakob Mann, Fernando Borbón, Tobias Klaas, Julia Gottschall, Julian Hieronimus, Martin Kühn, Michael Courtney
(Konferenzbeitrag)

18. Internat. Symposium for the Advancement of Boundary-Layer Remote Sensing
6-9th June 2016, Varna, Bulgaria
noch nicht online


An Inter-Comparison Study of Multi- and DBS Lidar Measurements in Complex Terrain
Lukas Pauscher, Nikola Vasiljevic, Doron Callies, Guillaume Lea, Jakob Mann, Tobias Klaas, Julian Hieronimus, Julia Gottschall, Annedore Schwesig, Martin Kühn, and Michael Courtney
(Fachartikel)

Remote Sens. 2016, 8 (9)
DOI: 10.3390/rs8090782 (Volltext)
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Das ERA-NET+ Projekt NEWA - The New European Wind Atlas
Gottschall, J.; Lange, B.; Kühn, P.; Callies, D.; Heinemann, D.; Witha, B.; Steinfeld, G.
(Vortrag)

Fachtagung Energiemeteorologie
20.-24. April 2016, Bremerhaven
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Floating Lidar Systems: Current Technology Status and Requirements for Improved Maturity
Gottschall, Gribben, Hughes, Stein, Würth, Bischoff, Schlipf, Verhoef, Clifton
(Konferenzbeitrag)

Wind Europe Summit
25.-28. Sept. 2016, Hamburg
urn:nbn:de:0011-n-4173977 (Vollversion)
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Innovative measurement technologies for offshore wind site characterization
Lange, Gottschall, Rudolph, Wolken-Möhlmann, Viergutz, Meier, Spieß
(Vortrag)

MRP Offshore Wind Site Characterization Workshop
Woods Hole, USA
urn:nbn:de:0011-n-4173956
(Vollversion)
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Fraunhofer IWES Wind-LiDAR-Buoy
Lange, Bernhard
(Vortrag)

IEA Wind Task 32 Workshop on Floating Lidar Systems: Current Technology Status and Requirements for Improved Maturity
Feb. 23-24, 2016, Blyth, UK
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IEA Wind Annex 32 Work Package 1.5 State-of-the-Art Report: Recommended Practices for Floating Lidar Systems
Bischoff, O.; Gottschall, J.; Gribben, B.; Hughes, J.; Stein, D.; Verhoef, H.; Würth, I.
(Bericht)
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Meer - Wind - Strom. Forschung am ersten deutschen Offshore-Windpark alpha ventus
Beteiligt: Durstewitz, Michael (Hrsg.); Lange, Bernhard (Hrsg.)
(Buch)

Wiesbaden: Springer Fachmedien, 2016
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Neue Erkenntnisse zur Meteorologie aus FINO-Wind
Bastigkeit, I.; Leiding, T.
(Vortrag)

FINO-Wind Abschlussworkshop
15. April 2016, Hamburg
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Standardized assessment of meteorological data from FINO platforms
Bastigkeit, I.; Bégué, F.; Frühmann, R.; Gates, L.; Herklotz, K.; Leiding, T.; Müller, S.; Neumann, T.; Schwenk, P.; Sedlatschek, R.; Senet, C.; Tinz, B.; Wilts,F.
(Poster)

4. Fachtagung Energiemeteorologie 2016
20.-22. April 2016, Bremerhaven
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