Offshore 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. Insbesondere sind in den verschiedenen Projektphasen von Planung über Realisierung bis hin zum Betrieb unterschiedliche Informationen erforderlich.

Für die Offshore-Windenergienutzung entwickelt das Fraunhofer IWES innovative und angepasste Mess- und Analysemethoden für die Standortbedingungen 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.

Lidar-Boje

 

Mit der Wind-Lidar-Boje bietet das Fraunhofer IWES Messkampagnen zur Offshore-Windpotentialbestimmung und Ertragsabschätzung als Teil der Offshore-Windparkplanung an. Die Wind-Lidar-Boje ist ein schwimmendes Lidar-System, für das ein Lidar-Windmessgerät in einer angepassten Seeboje integriert wurde. Das kompakte Design, ein robustes autonomes Stromversorgungssystem sowie eine effiziente Datenverarbeitung und -kommunikation gewährleisten zuverlässige und flexible Offshore-Windmesskampagnen bei minimalen Kosten.

Der vom Fraunhofer IWES entwickelte Korrekturalgorithmus, der die Bewegungen der Boje herausrechnet, garantiert eine hohe Messgenauigkeit – vergleichbar mit Offshore-Mastmessungen. Ihr Offshore-Windprojekt kann von der Wind-Lidar-Boje aufgrund der zuverlässigen Messdaten in allen relevanten Projektphasen - einschließlich Planung, Installation und Betrieb - profitieren.

• Windgeschwindigkeitsmessungen auf mehreren Messhöhen gleichzeitig bis
etwa 250 m
• Messung zusätzlicher Parameter wie Wellen, Strömungen, Temperatur etc.
• Kompletter Dienstleistungsvertrag inklusive Genehmigungen, Ausbringung,
Service, Datenübertragung, Qualitätskontrolle etc.
• Windpotentialbestimmung auf der Basis der gemessenen Daten
• Auch individuelle Messkampagnen von einer Woche bis zu einem Jahr sind möglich
 

Schiffs-LIDAR-System


Für eine besonders flexible Windmessung unter Offshore-Bedingungen hat das Fraunhofer IWES ein Schiffs-Lidar- System entwickelt, das die Verwendung gebräuchlicher Lidar-Technologie von Schiffen aus ermöglicht. 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.

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.

© Thomas Viergutz

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

© Fraunhofer IWES
© Jan Meier

Für präzise Wirtschaftlichkeitsanalysen für Wind- sowie Wellen- und Gezeitenenergieanlagen sind Auswertungen langer Datenzeitreihen notwendig. Entscheidend für die Qualität der Ergebnisse ist eine umfassende Auswertung und Beurteilung der Daten. Das Fraunhofer IWES analysiert und bewertet sie entsprechend der jeweiligen Problemstellung, wobei Unsicherheiten explizit bestimmt und in die Bewertung einbezogen werden. Neben der Auswertung historischer Datenzeitreihen aus Messungen oder Modelberechnungen erhebt das Fraunhofer IWES mithilfe verschiedener Messmethoden hoch aufgelöste Wind-, Wellen- und Strömungsdaten, die analysiert und mit verschiedenartigen Modellen kombiniert werden.

Die Methoden zur messtechnischen Erfassung des Seegangs beruhen üblicherweise auf dem Einsatz von Messbojen. Das Fraunhofer IWES entwickelt ein neuartiges, flexibles Messsystem zur hochaufgelösten, dreidimensionalen Vermessung des Strömungsfeldes für die Strömungs-messung an Tragstrukturen von Windenergieanlagen und vor Gezeitenkraftanlagen. Vor allem die Turbulenz der Strömung und ihre Interaktion mit Wellen erfordern besonders präzise Messungen. Für die Strömungs- und Wellenmessungen werden Ultraschall-Doppler-Profil-Strömungsmesser und ein AWAC eingesetzt.