Der Ausbau der Windenergie schreitet rund um den Globus voran. Zunehmend werden auch bergige Gebiete erschlossen, in denen es aufgrund der Geländestruktur zu unregelmäßigen Windströmungen und Luftverwirbelungen kommt. Wie man auch an solchen Standorten Windkraftanlagen optimal betreiben kann, untersucht das ZSW mit seinen Partnern des Forschungsclusters WindFors auf der Schwäbischen Alb, wo ein Testfeld mit zwei Anlagen und vier meteorologischen Messmasten entsteht.

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Dipl.-Ing. Andreas Rettenmeier
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Aufbau und Abmessungen des Testfelds. Grafik: TUM - LAREG
Aufbau und Abmessungen des Testfelds. Grafik: TUM - LAREG

Jedes Jahr gehen laut „Global Wind Energy Council“ weltweit Windenergieanlagen mit einer Leistung von insgesamt rund 63.000 Megawatt ans Netz - etwa ein Fünftel davon in bergigen Gebieten. Der Betrieb ist dort jedoch schwieriger als im flachen Gelände, denn die Ertragsprognosen sind unsicherer und die mechanische Belastung sowie die Wartungskosten höher. Die Frage, wie die Leistung der Anlagen optimiert und deren Lebensdauer verlängert werden kann, will nun das Forschungscluster WindForS beantworten. Unter der Federführung des ZSW errichten die Windenergie-Experten ein Forschungstestfeld am Stöttener Berg bei Geislingen an der Steige.

// Technologische Verbesserungen

Die Wissenschaftler aus Baden-Württemberg und Bayern streben dort zahlreiche technologische Verbesserungen an, z. B. leisere, leichtere und leistungsstärkere Rotoren oder die Optimierung von Simulations- und Computermodellen. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) koordiniert das ambitionierte Projekt. Der Standort und seine Bedingungen wurden zuvor eigens im Rahmen des WindForS-Projekts „KonTest“ wissenschaftlich untersucht.  Dabei hat sich gezeigt, dass die Voraussetzungen am Stöttener Berg typisch für Windenergiestandorte in bergig-komplexem Gelände sind und ideal für die Entwicklung und Erprobung neuer Technologien. Im Projekt „Wind Science and Engineering Test Site in Complex Terrain (WINSENT)“ wird daran anknüpfend nun ein Testfeld als Plattform für Forschung und Industrie entstehen.

// Neue Impulse für die Industrie

Geplant sind zwei Windenergieanlagen mit einer Nennleistung von jeweils rund 750 Kilowatt und einer Nabenhöhe von 75 Metern. Ihr Rotordurchmesser beträgt 50 Meter, die Gesamthöhe damit 100 Meter. Zu den Alleinstellungsmerkmalen des Projekts zählt, dass die Wissenschaftler uneingeschränkten Zugriff auf die komplette Steuerungstechnik und die Konstruktionsdaten der Anlagen erhalten, um deren Verhalten genauestens analysieren zu können. Schon bei ihrem Bau ist vorgesehen, die Windkraftanlagen mit Mess-Sensoren auszustatten – vom Fundament bis zu den Rotorblättern.

Ein Windenergie-Testfeld in dieser Größe und in derartig komplexem Gelände gilt als weltweit einzigartig und sowohl für die Forschung als auch die Windenergiebranche ungemein wichtig. Die Ergebnisse der Analysen sollen auf kommerzielle Großanlagen übertragen werden und der Industrie neue Impulse liefern. Teil des Vorhabens ist die Entwicklung und anschließende Erprobung einer neuartigen Betriebsführung, mit der die Anlagen intelligent und präziser als bislang auf sich ändernde Windverhältnisse reagieren können.

 

// Maschinelle Lernverfahren

Das ZSW beschäftigt sich seit Jahren anwendungsnah mit Technologien, die genaue Windleistungsvorhersagen ermöglichen. Dabei berücksichtigen die Forscher das komplexen Zusammenspiel aus Wettermodell-Prognosen, Satellitendaten, meteorologischen Messungen sowie historischen und zukünftigen Winderträgen eines Standorts oder einer Region. Mit WINSENT weitet das Institut nun seine Kompetenzen im Bereich der Windenergieforschung deutlich aus. Dabei setzt das ZSW neue Verfahren des Maschinellen Lernens ein, um Einspeiseprognosen weiter zu verbessern sowie Modelle für die Einbindung von Speichersystemen (u. a. Power-to-Gas, Batteriespeicher) im zukünftigen Energiesystem zu optimieren.

 

 

// Ökologische Begleitforschung

Teil des Projekts ist darüber hinaus eine ökologische Begleitforschung. Dabei wird der Einfluss der Anlagen auf die Tiere und Pflanzen am Stöttener Berg genau untersucht. Für interessierte Bürger ist zudem ein Rundweg mit Schautafeln in Planung.

 

// Gefördert von Bund und Land

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das dreieinhalbjährige Projekt WINSENT (FKZ 0324129A-F) mit rund 10,4 Millionen Euro. Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg fördert das Vorhaben zusätzlich mit 1,2 Millionen Euro.