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Teilvorhaben: WEA-Sensorik und Integration in WEA-Steuerung

Das Projekt "Teilvorhaben: WEA-Sensorik und Integration in WEA-Steuerung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Senvion GmbH i.L. durchgeführt. Die Größe der Rotoren von Windenergieanlagen (WEA) der Multimegawattklasse und somit auch der Bereich des einströmenden Windfelds, welches den Rotor beeinflusst, nehmen stetig zu. Windfeldcharakteristiken wie Scherung, Schräganströmung und Turbulenz haben damit einen immer größeren Einfluss, zum einen auf das Betriebsverhalten, zum anderen aber vor allem auf die Belastungen einer WEA. Um diesem Einfluss entgegenzuwirken, ist ein tiefgreifendes Verständnis des Windfeldes nötig, um anwendungsspezifisch Windfeldmodelle und Messstrategien zu entwickeln, welche diese Charakteristiken abbilden und erfassen können. Da aktuell gültige Normen für WEA noch aus Zeiten kleiner Rotoren stammen, zielt das Forschungsvorhaben 'ANWIND' darauf ab, diese Lücke zu schließen. Der direkte Verbund aus Wissenschaft und Industrie sowie der anwendungsorientierte Ansatz des Projektes tragen dabei maßgeblich zur Erreichung der Ziele bei. Für Senvion liegen die Schwerpunkte dabei in der Darstellung der Lasten an der WEA, unter anderem unter dem Aspekt der wirtschaftlichen und langzeitbeständigen Sensorik. Darüber hinaus entwickelt Senvion eine Reglerschnittstelle zur Einbindung der Lidar-Informationen in die WEA-Steuerung. Damit soll ein Test auf einer realen WEA ermöglicht werden, um die Leistungsfähigkeit des Konzeptes zu untersuchen und ggf. deren Grenzen aufzuzeigen.

Teilvorhaben: Modellbildung, Lidar- und UAV-Sensorik sowie Transfer in praktische Anwendungen

Das Projekt "Teilvorhaben: Modellbildung, Lidar- und UAV-Sensorik sowie Transfer in praktische Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Flugzeugbau (IFB), Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie durchgeführt. Die Größe der Rotoren von Windenergieanlagen (WEA) der Multimegawattklasse und somit auch der Bereich des einströmenden Windfeldes, welches den Rotor beeinflusst, nehmen stetig zu. Windfeldcharakteristiken wie Scherung, Schräganströmung und Turbulenz haben damit einen immer größeren Einfluss, zum einen auf das Betriebsverhalten, zum anderen aber vor allem auf die Belastungen einer WEA. Um diesem Einfluss entgegenzuwirken, ist ein tiefgreifendes Verständnis des Windfeldes nötig, um anwendungsspezifisch Windfeldmodelle und Messstrategien zu entwickeln, welche diese Charakteristiken abbilden und erfassen können. Da aktuell gültige Normen für WEA noch aus Zeiten kleiner Rotoren stammen, zielt das Forschungsvorhaben 'ANWIND' darauf ab, diese Lücke zu schließen. Der direkte Verbund aus Wissenschaft und Industrie sowie der anwendungsorientierte Ansatz des Projektes tragen dabei maßgeblich zu Erreichung der Ziele bei. Im Projektverlauf soll zum einen das Windfeld vor der Anlage mittels weiterentwickelter Lidar-Scantechnologie räumlich hoch aufgelöst erfasst werden und durch zeitlich hoch aufgelöste Flugmessungen von UAVs im Schwarm komplementiert werden. Zum anderen soll das Windfeld an der WEA selbst mit neuer Sensorik und komplexeren Algorithmen vermessen werden, um anwendungsrelevante Erkenntnisse über die Entwicklung des Windfelds vom Ort und Zeitpunkt der Fernerfassung hin zur Anlage zu erlangen. Die Erkenntnisse, die in diesen Messungen gewonnen werden, dienen im Verlauf des Projekts der Validierung und Verbesserung von zunächst in der Theorie entwickelten Windfeldmodellen. In einem weiteren Schritt sollen die Erkenntnisse aus den Windfelduntersuchungen und -modellierungen dann auf praktische Anwendungen übertragen werden. Im Fokus steht dabei die Regelung von WEA, bei der ein großes Potential zur Lastreduktion zu erwarten ist. Außerdem sollen auch für Last- und Leistungsvermessung sowie Schallemissionen Verfahren entwickelt werden, die den größeren Rotoren Rechnung tragen.

Räumlich explizite Modellierung der Ausbreitung von Pflanzendiasporen

Das Projekt "Räumlich explizite Modellierung der Ausbreitung von Pflanzendiasporen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Meteorologie durchgeführt. Die Fernausbreitung (größer als 100m) von Pflanzensamen (Diasporen) hat signifikante Auswirkungen auf eine Reihe von ökologischen und evolutions-biologischen Prozessen. Aufgrund von methodischen Problemen sind diese Prozesse durch Messungen allein nicht erfassbar. Um diese Probleme zu lösen werden mechanistische bzw. stochastische Ausbreitungsmodelle verwendet. Auf der Grundlage des existierenden mechanistischen Windausbreitungsmodells PAPPUS (Universität Frankfurt am Main) und dem dreidimensionalen Strömungsmodell ASAM ( Institut für Troposph. Forschung Leipzig) ist ein mikroskaliges Windfeldmodell entwickelt worden, welches unter Berücksichtigung der Struktur der Landschaft neben der Diagnose auch eine Prognose der räumlichen Ausbreitung von Pflanzendiasporen ermöglicht. Dazu werden im Modell auf dem Hintergrund der REMO-Datenbank vor allem die räumliche Verteilung der Turbulenz, speziell thermisch induzierte Auf- und Abwinde in der bodennahen Luftschicht berücksichtigt. Die Validierung der numerischen Simulationen erfolgt mit Experimenten in flachem homogenen Terrain und im gegliedertem Gelände mit unterschiedlichen flugfähigen Pflanzensamen.

Weiterentwicklung eines diagnostischen Windfeldmodells für den anlagenbezogenen Immissionsschutz (TA-Luft)

Das Projekt "Weiterentwicklung eines diagnostischen Windfeldmodells für den anlagenbezogenen Immissionsschutz (TA-Luft)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ingenieurbüro Dr. Lutz Janicke - Gesellschaft für Umweltphysik durchgeführt. A) Problemstellung: Im Forschungsprojekt 'Ausbreitungsmodelle für die Anlagengenehmigung' (FKZ 20043256) wurde mit dem Rechenverfahren zur Ermittlung der Immissionszusatzbelastung eine notwendige Grundlage zur Neufassung der Ausbreitungsrechnung (Anhang 3) der TA Luft geschaffen. Im Rahmen des Vorhabens wurde ein modellgestütztes Beurteilungssystem (AUSTAL2000) erstellt. Hierfür ist ein diagnostisches Windfeldmodell DMK vorgesehen, das die Gebäudeumströmung gemäß TA Luft, Anhang 3, Nr. 10 berücksichtigen soll. Um dieses Windfeldmodell DMK in das existierende Modell implementieren zu können, sind innerhalb dieses Vorhabens folgende Arbeiten durchzuführen: - Modellierung und Parametrisierung des Windfeldes im Nachlauf von Gebäuden wird anhand verfügbarer experimenteller Daten geprüft und optimiert - Durchführung von Validierungsrechnungen für das DMK - Anpassung des Programmes an das bestehende modellgestützte Beurteilungssystem - Dokumentation der Windfeldmodellierung (Benutzerhandbuch) - Prüfung der eingesetzten numerischen Verfahren hinsichtlich einer Reduzierung der Rechenzeit. B) Handlungsbedarf des BMU: Entsprechend der Novellierung der TA Luft ist für den Bereich der Ausbreitungsrechnung eine Berücksichtigung der Bebauung im Umfeld der Emissionsquelle vorgeschrieben. Für eine exakte Beurteilung der Immissionsprognose innerhalb des Genehmigungsverfahrens nach TA Luft ist eine Umsetzung des Windfeldmodells DMK notwendig. Es stellt einen weiteren Baustein für ein vereinheitlichtes Vorgehen innerhalb der Genehmigungsplanung dar. C) Ziel des Vorhabens ist die Bereitstellung eines diagnostischen Windfeldmodells für Gebäudeumströmung, welches zuverlässige Aussagen über das 'Nachlaufgebiet' von Gebäuden zulässt. Dadurch wird das Beurteilungssystem für den anlagenbezogenen Immissionsschutz prognosesicherer, d.h. die Qualität der Aussagen zur Ausbreitungsrechnung wird bestandssicherer.

Teilprojekt Universität Stuttgart

Das Projekt "Teilprojekt Universität Stuttgart" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Flugzeugbau (IFB), Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie durchgeführt. Dieses Projekt hat folgende drei Ziele: Die Entwicklung von Lidar-Messverfahren für topographisch komplexe Standorte; Entwicklung und Validierung von Windfeldmodellen im komplexen Gelände und ein vertieftes Verständnis des Verhalten von Windenergieanlagen (WEA) im komplexen Gelände. Dazu werden Messungen im flachen und komplexen Gelände durchgeführt, um den Einfluss der Topographie sowie den Einfluss von tages- und jahreszeitlichen Schwankungen im komplexen Gelände zu bestimmen. Des Weiteren werden verschiedene Messmethoden (Windmessmast, meteorologische Messungen mit UAV und Lidar-Systemen) miteinander verglichen. Da Lidar-Systeme eine große Ungenauigkeit im komplexen Gelände aufweisen, sollen Algorithmen entwickelt werden, um die Messgenauigkeit zu erhöhen. In Lidar complex werden am Standort Schnittlingen und Grevesmühlen Lidar-Messungen (gondel- und bodenbasiert, short- und long-range-Systeme) durchgeführt, sowie mit autonom fliegenden Messplattformen (Flugzeug, Helikopter) und Windmessmasten (instrumentiert mit Temperaturs., Cup- und Ultraschall-Anemometer) das Windgeschwindigkeitsfeld gemessen. Das topographisch komplexe Gelände wird modelliert und im Windkanal vermessen. Des Weiteren werden CFD-Berechnungen mit diesem Gelände durchgeführt, die mit den Windkanaldaten sowie den Messdaten verglichen werden. Der Einfluss der komplexen Strömungsstruktur auf das Betriebsverhalten der WEA soll hinsichtlich Leistung und Last durch Simulationen mit generischen WEA bestimmt werden.

Teilprojekt Universität Tübingen

Das Projekt "Teilprojekt Universität Tübingen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaften, Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG), Arbeitsgruppe Umweltphysik durchgeführt. Dieses Projekt hat folgende drei Ziele: Die Entwicklung von Lidar-Messverfahren für topographisch komplexe Standorte; Entwicklung und Validierung von Windfeldmodellen im komplexen Gelände und ein vertieftes Verständnis des Verhaltens von Windenergieanlagen (WEA) im komplexen Gelände. Dazu werden Messungen im flachen und komplexen Gelände durchgeführt, um den Einfluss der Topographie zu bestimmen, sowie den Einfluss von tages-und jahreszeitlichen Schwankungen im komplexen Gelände. Desweiteren werden verschiedene Messmethoden (Windmessmast, meteorologische Messungen mit Unmanned Aerial Vehicle (UAV) und Lidar-Systemen) miteinander verglichen. Da Lidar-Systeme eine große Ungenauigkeit im komplexen Gelände aufweisen, sollen Algorithmen entwickelt werden, um die Messgenauigkeit zu erhöhen. In Lidar complex werden am Standort Schnittlingen und Grevesmühlen Lidar-Messungen (gondel-und bodenbasiert, short- und long-range Systeme) durchgeführt, sowie mit autonom fliegenden Messplattformen (Flugzeug, Helikopter) und Windmessmasten (instrumentiert mit Temperaturs., Cup- und Ultraschall-Anemometer) das Windgeschwindigkeitsfeld gemessen. Das topographisch komplexe Gelände wird modelliert und im Windkanal vermessen. Des Weiteren werden CFD-Berechnungen mit diesem Gelände durchgeführt, die mit den Windkanaldaten sowie den Messdaten verglichen werden. Der Einfluss der komplexen Strömungsstruktur auf das Betriebsverhalten der WEA soll hinsichtlich Leistung und Last durch Simulationen mit generischen WEA bestimmt werden.

Referenzimplementierung eines prognostischen mesoskaligen Windfeldmodells für die Ausbreitungsrechnung nach Anhang 3 der TA Luft zur Berücksichtigung von Geländeunebenheiten bei Steigungen 1:5

Der Bericht stellt die neue Version eines prognostischen Windfeldmodells vor, die nach der Richtlinie VDI 3783 Blatt 7 erfolgreich für steiles Gelände evaluiert wurde. Aus einem wissenschaftlich verwendeten Modell wurde eine kostenfrei verfügbare Referenzimplementierung für die gutachterliche Anwendung entwickelt, die bei Anlagenstandorten im Gebirge die zuverlässige Berechnung von Windfeldern für die Immissionsprognose nach ⁠TA Luft⁠ erlaubt. Die Immissionsprognose ist in der Regel Voraussetzung für die Genehmigung einer Anlage nach § 4 des Bundes-Immissionsschutzgesetzes und dient dem Nachweis, dass der Betrieb der Anlage keine Überschreitung von Immissionsgrenzwerten verursachen wird.

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