Deutschland
E-world Special 2
Nicht nur in der deutschen Landschaft sind die Windkraftanlagen bereits zu einem gewohnten Bild geworden, insbesondere an den Nord- und Ostseeküsten. Möchte man aber die Energie, die im Wind steckt, ausgiebig nutzen, so muss man in größeren Dimensionen denken. Die Zukunft gehört den Offshore-Anlagen mit Windrädern, die beinahe so hoch sind wie der Kölner Dom. Für den optimalen betrieblichen Ablauf wird daher eine gute Windvorhersage immer wichtiger.
Offshore-Windräder: effektiv und dezent
Offshore-Anlage bedeutet dabei, dass die Windkrafträder sich nicht mehr an Land befinden, sondern vor der Küste positioniert sind. Dabei werden gleich zwei Fliegen mit einer Klappe geschlagen: in der Nord- und Ostsee stehend sind sie kaum noch jemandem ein ästhetischer Dorn im Auge, zum anderen ist die Windenergie, die hier zur Verfügung steht, ungleich höher.
Optimaler Mittelwind: nicht zu schwach, nicht zu stark
Für eine gute Nutzung der Windkraft ist es nämlich notwendig, dass ein beständiger Mittelwind weht. Die besten Werte erhält man dabei mit mittleren Windgeschwindigkeiten um Windstärke 6 Bft (39 bis 49 km/h), mehr als 9 Bft (76 bis 88 km/h) sollten es allerdings nicht werden, ab Bft 10 schalten die Offshore-WEA (Windenergieanlagen) ab, um Beschädigungen zu vermeiden.
Offshore-Prototyp M5000 bei Bremerhaven
Während bereits die Niederlande, Schweden, Großbritannien und Irland (Abb. 1 und 2) solche Offshore-Anlagen installiert haben, gibt es derzeit noch keine in Deutschland, jedoch laufen die Vorbereitungen auf vollen Touren. Dies ist auch notwendig, hat sich die Bundesregierung doch das Ziel gesetzt, dass 21.000 bis 23.000 Megawatt Leistung bis zum Jahr 2030 aus Offshore-Anlagen zur Verfügung stehen, womit 15% des deutschen Energiebedarfs gedeckt wären.
Das erste Projekt, das diese Pläne in Angriff nehmen soll, ist eine Offshore-Anlage aus Prototypen M5000 vor Bremerhaven von der Firma Multibrid. Diese WEA sind um einiges gewaltiger als die an Land befindlichen: 1.000 Tonnen wiegt eines dieser Windräder, mit Rotor erreicht die M5000 eine Höhe von 143 Metern, fast so hoch wie der Kölner Dom. Die unteren 30 Meter sind von Meerwasser bedeckt, darunter sorgt eine Dreifuß (Tripod)-Konstruktion für den richtigen Halt (Abb. 3).
Rotorblätter mit bis zu 320 km/h
Eine M5000 hat dabei eine Nennleistung von 5.000 MW. Bei der höchsten erlaubten Umdrehungsgeschwindigkeit sausen dabei die Blattspitzen mit 320 km/h durch die Luft. Gibt es keine Schwierigkeiten, so soll die M5000 bald 50 bis 80 Mal im Jahr gebaut werden. Über ein Umspannwerk (Abb. 4) wird der erzeugte Strom an Land gebracht.
Genaue Windprognose unerlässlich
Mit dem angepeilten Ziel der Regierung von 25.000 MW aus Windkraft wird es in Zukunft daher umso wichtiger, so genau wie möglich die zu erwartenden Windgeschwindigkeiten zu prognostizieren. Dabei geht es nicht nur um die kurzfristige Vorhersage für den aktuellen und den kommenden Tag, sondern insbesondere auch um die mittel- und langfristige Entwicklung.
51 Modellrechnungen zur Prognosesicherheit
Bei solch einer Vorhersage wird bei der MeteoGroup dabei auf Ensembleprognosen zurückgegriffen. Das Europäische Vorhersagemodell ECMWF wird dabei 51 Mal durchgerechnet, ausgehend vom atmosphärischen Zustand mit jeweils leicht veränderten Bedingungen, um dadurch eine Aussage über die Sicherheit einer Vorhersage zu bekommen.
Prognose von Starkwind-Ereignissen
Ergeben diese verschiedenen Berechnungen sehr unterschiedliche Vorhersagen, so ist die Wetterlage als unsicher zu bezeichnen. Gleichen sie sich sehr, so kann man ziemlich sicher mit der Windvorhersage arbeiten. Man kann die Berechnungen auch in so genannte Cluster gruppieren, um die Wahrscheinlichkeit bestimmter Wetterlagen abzuschätzen (Abb. 5, einzusehen unter unserem Energieportal MC Energy).
Andererseits liefern die einzelnen Läufe dieser Ensembles auch gute Aussagen über Maximalereignisse. So sind die Betreiber der Windkraftanlagen rechtzeitig vor zu hohen Windgeschwindigkeiten, insbesondere zu kräftigen Windböen gewarnt.
Beispiel: der 22. Februar 2008
Wie so eine Prognose erstellt wird, kann man gut am aktuellen Wettergeschehen demonstrieren: am Freitag befindet sich ein kräftiges Tief über dem Europäischen Nordmeer. Das Mittel aller Einzelberechnungen zeigt deutlich das Tiefdruckzentrum in Abb. 6. Gleichzeitig erkennt man eine dichte Drängung der Linien gleichen Luftdrucks, der Isobaren. In diesem Bereich muss mit einem kräftigen Wind gerechnet werden.
Wahrscheinlichste Windprognose
Um die zu erwartende Stärke des Windes vorherzusagen, bedienen sich die Meteorologen der MeteoGroup unter anderem der Informationen, die in Abb. 7 zu sehen sind. Hier ist die mittlere Windgeschwindigkeit am Freitag um 19 Uhr dargestellt, daneben die Windrichtung aus dem Multi-Model MOS. In der unteren Hälfte der Abbildung sieht man die Prognose der kräftigsten Windböen.
Ergebnis: an der Nordsee ist mit mittleren Windgeschwindigkeiten um Bft 7 bis 8 zu rechnen, für die Offshore-Anlage optimal. Windböen erreichen auch kurzzeitig Bft 9. Die Frage ist also: müsste die Anlage zeitweise abgeschaltet werden, weil auch Bft 10 zu befürchten ist?
Müsste die Anlage abschalten?
Dazu ist in Abb. 8 die Maximalabschätzung der Windgeschwindigkeiten zu finden, die zu etwa 10% eintreffen kann. Im "schlimmsten Fall" ist also mit Windstärken im Mittel bei Bft 8, in Böen bis Bft 9 zu rechnen. Fazit: die M5000 könnte mit hoher Wahrscheinlichkeit laufen und produziert maximal mögliche Leistung.
Das Portal MC Energy liefert laufend Informationen und Karten für Deutschland, Europa und die Welt, mit denen sich neben anderen Energiefirmen auch die WEA-Betreiber über die zukünftige Windsituation informieren können. Detailliertere Informationen erhalten Sie zurzeit (19. bis 21.2.08) auf der E-world 2008 in Essen am Stand der MeteoGroup, Halle 3, Stand 429.
Weiterführende Quellen: