Entwicklung von LIDAR-Windmessung für das Offshore-Testfeld

Projektleiter:
SWE - Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie, Universität Stuttgart

Fragen

  • Welches sind die möglichen Anwendungen eines Standard LIDAR Systems in der Offshore Windenergie?
  • Welche Unterschiede ergeben sich bei der Zertifizierung der Leistungskurve mit LIDAR Systemen im Vergleich zum Standardverfahren mit Schalenkreuzanemometer?
  • Welche dynamischen Belastungen wirken auf eine Offshore-Windenergieanlage und wie können sie mit dem erfassten Windfeld simuliert werden?
  • Welche Verbesserungen in der Betriebsführung und in der Regelung können durch die kurzfristige Erfassung des einströmenden Windfeldes erreicht werden?

Motivation

Die Erfassung von Windfeldern mit der LiDAR-Technologie (Light Detection and Ranging) gewinnt durch die erhöhten Kosten für Messmasten und die Forderung nach zeitlich und räumlich hoch aufgelösten Windfeldmessungen in der Windenergiebranche immer mehr an Bedeutung. Die Technologie nutzt den Laufzeitunterschied des an Aerosolen reflektierenden Laserstrahls zur Bestimmung von Windgeschwindigkeit und -richtung. Die Techniken der Fernerkundung bieten große Vorteile, insbesondere für Anwendungen offshore. Im Rahmen dieses Verbundprojektes soll die LiDAR-Technologie weiterentwickelt werden, um andere RAVE-Forschungsprojekte auf dem Offshore-Testfeld “alpha ventus” zu unterstützen. Die zu entwickelnden Messmethoden werden eine direkte Anwendung finden in der Leistungskurven- und Lastmessung. Belastungen von Windenergieanlagen sollen durch die Erfassung von Nachlaufströmungen und derer Simulation, sowie durch die Erfassung des einströmenden Windfeldes unter Mitwirkung neuer Regelstrategien reduziert werden. Messungen u.a. von der Gondel aus werden zu Verifizierung der Ergebnisse dienen. In dieser herausfordernden Aufgabe muss zunächst die schon existierende LiDAR-Technologie adaptiert werden.

Methoden

Die Projektpartner werden ihre Erfahrung in die Messungen einbringen: DEWI für stationäre, ForWind für instationäre Leistungskurvenmessungen und DLR für LIDAR Systeme. Die Onshore-Messkampagnen werden auf einer Windenergieanlage der Adwen GmbH, die Offshore-Messungen auf der FINO 1 Plattform durchgeführt werden. Die Weitergabe der Ergebnisse an die deutsche Industrie und die Definition von Richtlinien zur Leistungskurvenmessung ist Aufgabe eines Komitees der Fördergesellschaft Windenergie e.V.

Arbeitspakete

Das Projekt ist in vier Arbeitspakete aufgeteilt. Das Arbeitspaket LIDAR Technologie enthält die Spezifikation, Beschaffung und Kalibrierung eines kommerziellen LIDAR Systems für die Messkampagnen. Das Modell Windcube der französischen Firma Leosphere wurde von den Partnern für das Projekt gewählt. (Abbildung 1)


Abbildung 1: Messprinzip des Leosphere Windcube.

In diesem Arbeitspaket wird das System hinsichtlich der geforderten Spezifikation evaluiert und die Möglichkeiten weiterer Erweiterungen diskutiert. Stationäre Leistungskurvenbestimmung mittels LIDAR Messungen vom Boden aus und der Vergleich mit den Daten eines Messmasten (Abbildung 2), sowie die Weiterentwicklung neuer Verfahren instationärer Leistungskurvenbestimmung sind Teile des Arbeitspaketes Leistungskurvenmessung. Unter anderem soll auch die Offshore-Tauglichkeit des im Projekt eingesetzten LIDAR Gerätes auf der Forschungsplattform FINO I untersucht werden.


Abbildung 2: Onshore Testgelände mit AD 5-116 und SWE Messmast (Höhe 102m)

Das Arbeitspaket Windfeldmessung und -simulation zielt auf die Entwicklung von Simulationsmodellen von Nachlaufbelastungen von Windenergieanlagen. Des weiteren sollen Regelungsstrategien zur aktiven Lastreduktion aufgrund LIDAR Messungen von der Gondel aus in das einströmende Windfeld grundlegend untersucht werden (Abbildung 3).


Abbildung 3: Messung der Einströmung und des Nachlaufs von der Gondel aus mittels LIDAR System.

Schließlich sollen die gesammelten Erfahrungen der gesamten Windenergiebranche im Arbeitspaket Technologie Transfer zugänglich gemacht werden.

Partner und Kontakt

  • SWE - Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie, Universität Stuttgart
    Allmandring 5B, 70569 Stuttgart, (www.uni-stuttgart.de/windenergie)
    Kontakt: Andreas Rettenmeier, rettenmeier(at)ifb.uni-stuttgart.de
  • ForWind - Zentrum für Windenergieforschung, Universität Oldenburg (www.forwind.de)
    Ammerländer Heerstr. 136, 26129 Oldenburg
  • UL International GmbH (www.dewi.de)
    Ebertstraße 96, 26382 Wilhelmshaven
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (www.dlr.de/ipa)
    Institut für Physik der Atmosphäre, 82234 Wessling
  • FGW - Fördergesellschaft Windenergie (www.wind-fgw.de)
    Stresemannplatz 4, 24103 Kiel
  • Adwen GmbH (www.adwenoffshore.com)
    Am Lunedeich 156, 27572 Bremerhaven

Publikationen des Projektes

Die Publikationslisten von LIDAR finden Sie hier:
LIDAR - DEWI
LIDAR - DLR
LIDAR - SWE
LIDAR - ForWind