Windenergie Reihe Teil 1 – Windrose und Windverteilung

Dieser Beitrag ist der erste einer folgenden Reihe von Beiträgen, in denen wir, die BayWa r. e. Wind GmbH, Ihnen die Arbeit eines Planers / einer Planerin bei der Projektierung von Windanlagen oder Windparks, zunächst mit dem Fokus auf Windverteilung und Windrosen, näherbringen möchten. Mit der Grundlage eine Vorstellung für dieser Arbeit zu schaffen, möchten wir darüber hinaus in folgenden Beiträgen erläutern, warum wir uns im FAIR-Projekt engagieren und es große Möglichkeiten für unsere Arbeit bietet.

Bei der Projektierung von Windenergieanlagen und der Vorauswahl von Standort und Anordnung der Anlagen ist es entscheidend, die Windverhältnisse vor Ort möglichst genau zu kennen. Dabei reicht es nicht aus die mittlere Windgeschwindigkeit zu bestimmen, da Wind über das Jahr, aber auch in sehr kleinen Zeiträumen, sehr variabel ist.

Inzwischen ist es möglich Wind mittels hoch aufgelöster Modelle zu berechnen, jedoch ist dies sehr rechenaufwändig und benötigt zudem viel Zeit. Daher werden für erste Abschätzungen statistische Auswertungsmethoden bevorzugt, die einen guten Überblick über die Windverhältnisse liefern. Die geeignetste aber wahrscheinlich seltenste Methode ist die Windmessung vor Ort, die einen Überblick über die Situation liefert. Da aber an den wenigsten Standorten eine langfristige Messung vorliegt, werden die wenigen umliegenden Messungen zumeist verglichen und die passendste ausgewählt.

Durch die Reanalyse-Daten der verschiedenen meteorologischen Modelle gibt es nun seit einigen Jahren die Möglichkeit eine modellbasierte Abschätzung über die Windverhältnisse vor Ort zu erhalten. Abhängig von der Auflösung der Modelle ist diese Statistik entsprechend genau. Sie gibt bereits Auskunft über die Windverteilung vor Ort und liefert ebenso Informationen über Hauptwindrichtung aber auch die Zunahme des Windes mit der Höhe.

Für die Windparkentwicklung ist neben der herkömmlichen Windverteilung in Form einer Windrose weiterhin die Energierose relevant. Bei einer Windrose werden die Windrichtungen bzw. Himmelsrichtungen in 12 Sektoren aufgeteilt. Die Windrose liefert zunächst auf Basis aller verfügbaren Windwerte vor Ort eine Statistik für den Wind in jedem Sektor. So lassen sich die Hauptwindrichtung, Nebenmaxima und windarme Bereiche ermitteln und erste Anordnungen der Windanlagen vor Ort bestimmen. Die Energierose ermöglicht zusätzliche Aussagen über den Energiegehalt des Windes für jeden Sektor. Denn die Energie geht zur 3. Potenz mit der Windgeschwindigkeit ein, was bedeutet, dass in Sektoren mit höheren Windgeschwindigkeiten deutlich mehr Windenergie zu ernten ist.

Weitere Informationen, die aus der Windrose gewonnen werden können, lassen sich mit Hilfe einer Formel ermitteln. Die Weibull-Verteilung, also die Verteilung der Windwerte in einem Diagramm, lässt sich mit zwei Parametern recht gut bestimmen. Für jeden Sektor werden die Windverteilung und die entsprechenden Parameter ermittelt und geben den Projektierern damit einen Hinweis, auf besonders böige Sektoren bzw. Abschnitte mit einem hohen Risiko besonders hoher Windgeschwindigkeiten. Denn obwohl Windkraftanlagen Wind benötigen, können bei zu starkem Wind die Anlagen beschädigt werden. Und so lassen sich risikoreiche Anordnungen schon früh vermeiden.

In unserem nächsten Beitrag möchten wir auf dieses Wissen aufbauen und uns auf den mittleren Wind konzentrieren und warum dieser Aussage über potentielle Windkraftstandorte liefert, da Wind einerseits nicht das ganze Jahr über gleich stark ist und andererseits der mittlere Wind nicht pauschal die Windverteilung an einem Standort wiedergibt. Ein weiterer Aspekt, der vertieft werden soll, handelt über die Weibullverteilung und die Leistungskurve, denn Leistungskurven haben zwar eine Windgeschwindigkeit als Angabe, wo sie ihre Nennleistung fahren. Aber entscheidender ist, wie effizient die Anlagen vorher sind.