Bistatisches Doppler-Lidar-System statt Anemometer
Windpotentialanalyse ohne Messmast
Die Messung der Windgeschwindigkeit dient als Grundlage für Windpotentialanalysen. Ein an der PTB entwickeltes Doppler-Lidar-System zur rückgeführten bodengestützten laseroptischen Windgeschwindigkeitsmessung könnte in Zukunft die aufwendig zu errichtenden Messmasten überflüssig machen.
Sowohl für Windpotenzialanalysen als auch für Leistungskurvenvermessungen von Windenergieanlagen ist es wichtig, die Windgeschwindigkeitsprofile in Höhe der Rotorblätter zu erfassen. Dies geschieht bislang mit rückgeführten, also von akkreditierten Laboren kalibrierten Anemometern, die an Messmasten montiert sind. Weil Windenergieanlagen tendenziell aber immer höher werden, wächst auch der Aufwand für den Bau dieser Masten beträchtlich. Daher wird derzeit untersucht, ob sich statt dessen auch wirtschaftlichere Fernmessverfahren auf Basis von Doppler-Lidar-Systemen eignen könnten. Untersuchungsergebnisse weisen auf vielversprechende Möglichkeiten der Lidar-Technik hin. Doch es fehlen noch geeignete Verfahren zur messtechnischen Rückführung.
Die derzeit in der Windenergiebranche eingesetzten Wind-Lidar-Systeme enthalten üblicherweise eine gemeinsame Sende-/Empfangsoptik, so dass Sende- und Empfangsstrahl übereinander liegen (monostatisch, monoaxial). Bei diesem Verfahren wird die Strömungsgeschwindigkeitskomponente in Strahlrichtung mit einer Höhenauflösung von ca. 20 m gemessen, wobei der Strahl zur vollständigen Erfassung des Geschwindigkeitsvektors in verschiedene Richtungen geschwenkt wird. Für den geplanten Einsatzzweck wäre jedoch eine bessere Höhenauflösung wünschenswert. Außerdem können in unebenem Gelände Strömungsinhomogenitäten über den Schwenkbereich des Strahls zu verfälschten Messergebnissen führen. Die Folge sind Messabweichungen von bis zu 10 Prozent, die eine Rückführung von Lidar-Windgeschwindigkeitsmessungen bisher noch nicht mit der geforderten Messunsicherheit zulassen.
Das in der PTB entwickelte bistatische Doppler-Lidar-System mit räumlich getrennten Sende- und Empfangseinrichtungen hingegen erlaubt räumliche Auflösungen im Kubikzentimeter-Bereich sowie die vektorielle Erfassung der Geschwindigkeit an einem einzelnen Messort. Dieses System kann sowohl zum Einmessen eines konventionellen Systems im jeweiligen Gelände als auch für die Erstellung rückgeführter Windpotenzialanalysen und Leistungskurven genutzt werden.
Lesen Sie mehr zum Thema
