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Grundlagen Ertragsberechnung für Windparks

Jan

29

2014

Wind – eine Definition

Wind ist die gerichtete Strömung von Luftmassen von einem Hochdruck- zu einem Tiefdruckgebiet. Diese Randbedingungen bilden den Rahmen einer Strömungsdynamik im Gelände, welche sich abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit und der Topografie ausbildet. Dabei begünstigen niedrige Rauigkeiten und wenige Wechsel der Landbedeckung den Energiegehalt einer Strömung. Auch thermische Eigenschaften der Erdoberfläche beeinflussen lokale Windsysteme hinsichtlich der Richtungsverteilung und des Energiegehalts. Die Topografie prägt die oberflächennahe Strömung aufgrund von Verdrängungseffekten: So hat die Strömung in Tälern generell einen geringeren Energiegehalt als auf umliegenden Erhöhungen, in Einzelfällen kann sich die Talstruktur aber auch begünstigend auswirken.

Die Erfassung der Windverhältnisse

Das Zusammenspiel vieler Faktoren beeinflusst die spezifischen Windverhältnisse an einem Standort. Im Rahmen einer Ertragsberechnung müssen diese bekannt sein, um sie mithilfe einer Leistungskennlinie auf die Stromproduktion einer Windenergieanlage (WEA) umzurechnen. Da in der Praxis am Standort oft keine langfristige Windmessung in Nabenhöhe und in weiteren Messhöhen vorliegt, werden messtechnisch erfasste Strömungsverhältnisse an einem oder mehreren Referenzpunkten in einen sogenannten Langzeitbezug gesetzt. Die langfristig erwarteten Verhältnisse an den Referenzpunkten können dann mithilfe von Modellen an jeden WEA-Standort und in die entsprechende Höhe übertragen werden. Die Windverhältnisse werden in der Regel lediglich vereinfacht und als Durchschnittsverhältnisse wiedergegeben. Dabei werden die langfristigen Verhältnisse der Vergangenheit analysiert, und es wird angenommen, dass sie sich in der Zukunft ähnlich darstellen. Die Qualität einer Ertragsberechnung ergibt sich aus der Qualität der Datengrundlage und dem Anwendungsrahmen der verwendeten Modelle.

Je schlechter die Qualität der Datengrundlage ist und je näher die Grenzen eines Modells rücken, desto höher sind die Unsicherheiten einer Ertragsberechnung.

Qualität einer Ertragsberechnung

Um eine möglichst hohe Qualität von Ertragsberechnungen sicherstellen, bewerten und weiterentwickeln zu können, wurden in der Windenergiebranche verschiedene Standards und Richtlinien entwickelt.

In Deutschland können sich erfahrene Fachbüros von der Deutschen Akkreditierungsstelle als Prüflabor gemäß DIN EN ISO/IEC 17025:2005 für Ertragsberechnungen und Windmessungen akkreditieren lassen. Üblich ist die Anerkennung der Technischen Richtlinie für Windenergieanlagen – Teil 6 (TR6): „Bestimmung von Windpotenzial und Energieerträgen“ der Fördergesellschaft für Windenergie e.V. (FGW), die in ihrer mittlerweile achten Revision seit 2004 besteht und stetig weiterentwickelt wird. In der TR6 wurden Mindestanforderungen an die Datengrundlage, die verwendeten Modelle, die Ertragsberechnung und die Unsicherheitenanalyse zusammengetragen.

Auf europäischer Ebene existiert zudem seit 2009 die Publikation des Measuring Network of Wind Energy Institute (MEASNET) „Evaluation of site-specific wind condition“, in der eine Methodik zur Erfassung und Beschreibung der Windverhältnisse dargestellt ist. Auf internationaler Ebene beschäftigt sich die International Electrotechnical Commission (IEC) mit der Erstellung von Standards, über die Methoden der Ertragsberechnung harmonisiert werden sollen.

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