Wind-, Turbulenz- und Temperaturprofilmessung

INSTITUTE

Der Stiftungslehrstuhl Windenergie (SWE) der Universität Stuttgart verfügt über eine Vielzahl messtechnischer Instrumente zur Messung unterschiedlicher Windparameter sowie der Temperatur der bodennahen Atmosphäre. Zur messtechnischen Ausstattung des SWE zählen folgende Einrichtungen und Gerätschaften:

 

 

Windmessmast:

 

Der dreiseitige Windmessmast des SWE mit einer maximalen Höhe von 120 Metern  verfügt über mehrere Ausleger auf verschiedenen, variabel wählbaren Höhen. Auf diesen Auslegern können meteorologische Sensoren (Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Regen) bzw. Windsensoren (Schalenkreuzanemometer, Windfahnen, Ultraschallanemometer) installiert werden. Die Ausstattung des Windmessmasten ermöglicht in Kombination mit dem SWE-Datenerfassungssystem eine Last- und Leistungskurvenmessung an Windenergieanlagen nach IEC 61400-12 bzw. 61400-13.

 

 

LiDAR - short range bis 250m

 

Das short range LiDAR des SWE erlaubt die simultane Erfassung horizontaler Windgeschwindigkeiten und -richtungen in bis zu zehn verschiedenen Höhen zwischen 40m und 250m über Grund. Diese Art der Windmessung stellt im flachen Gelände eine sehr gute Alternative zu klassischen Windmessmasten dar. Für Messungen in bewaldeten wie auch in bergig komplexen Gebieten ist jedoch noch Forschungsbedarf nötig.

 

Mit Hilfe eines am SWE entwickelten Scanners kann dieses LiDAR-Gerät auch auf der Gondel einer Windkraftanlage eingesetzt werden. Durch gezielte Lenkung des Laserstrahles lässt sich die Luftströmung wahlweise vor oder hinter einer Windenergieanlage über die gesamte, vom Rotor überstrichene Fläche in verschiedenen Entfernungen von der Gondel aus betrachten und untersuchen. Die Erkenntnis des herannahenden Windfelds wird beispielsweise für die Entwicklung prädiktiver Regelungsstrategien oder für zukünftige Leistungs- und Lastmessungen herangezogen. Die Kenntnis des Nachlaufes von Windenergieanlagen lassen innerhalb eines Windparks die Lasten von benachbarten Anlagen abschätzen.

 

 

LiDAR - long range bis 3000m

 

Das long range LiDAR des SWE ermöglicht die simultane Untersuchung von Luftströmungen in verschiedenen Entfernungen vom Standort bis zu Entfernungen von 3000m. Durch die variable Scanmechanik können Messungen innerhalb eines halbkugelförmigen Bereichs um das Gerät im Zentrum stattfinden. Auch hier kann, wie beim Scanner des short range LiDAR, der Laserstrahl in beliebige, vordefinierte Richtungen gelenkt werden.

 

 

Fernerkundung: SODAR / Windlidar / RASS

 

Bodengestützte Fernmessverfahren erlauben eine Messung der Wind- Turbulenz- und Temperaturprofile in der atmosphärischen Grenzschicht mit hoher vertikaler Auflösung (10 bis 20 m). Es gibt akustische (SODAR), optische (Windlidar) und elektromagnetische (RASS) Verfahren. Ein SODAR liefert Vertikalprofile des Winds und der vertikalen Komponente der Turbulenzintensität sowie qualitative Hinweise auf die Vertikalstruktur der Grenzschicht. Ein Windlidar liefert dieselben Daten wie ein SODAR, hat aber eine deutliche höhere Reichweite und eine wesentlich besserer Datenverfügbarkeit. Ein RASS liefert zusätzlich zu den Informationen, die ein SODAR oder ein Windlidar bieten, das vertikale Temperaturprofil. Alle Instrumente sind am IMK-IFU vorhanden. Für eine Übersicht über meteorologische Messverfahren sei auf Emeis (2010) verwiesen, für die Fernerkundung der Grenzschicht auch auf Emeis (2011).

 

 

KITcube - Ein Gesamtbeobachtungssystem zur Sondierung der Atmosphäre

 

Das Institut für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Institut für Technologie verfügt mit dem KITcube über eine hervorragende Ausstattung an modernen Messgeräten zur experimentellen Erforschung der Atmosphäre. Die Instrumente zur bodengebundenen Fernerkundung der Atmosphäre (Radar und Lidar) und die Geräte für in-situ-Messungen (Turbulenz, Strahlung, Messtürme) werden weltweit in großen internationalen Messprogrammen eingesetzt.

 

 

Unter dem KITcube verstehen wir das Gesamtbeobachtungssystem unterschiedlichster Instrumente zur Sondierung der Atmosphäre, das ein  Atmosphärenvolumen von ca. 10 km Seitenlänge mit verschiedensten Methoden vermessen kann und somit die zeitlich und räumlich vollständige Erfassung aller relevanten Prozesse ermöglicht. Der KITcube zeichnet sich durch hohe Einsatzflexibilität aus. Er kann sowohl als mobile Einrichtung an beliebigen Messorten betrieben werden, als auch im Dauerbetrieb für atmosphärisches Monitoring.

 

 

Das vorrangige Ziel des KITcube ist es, wesentliche Fragestellungen im Zusammenhang mit Turbulenz und Konvektion in der Grenzschicht  und mit der Auflösung von hoch reichender Konvektion und nachfolgendem Niederschlag durch Feuchtevariabilität, Feuchtekonvergenz, Konvergenzzonen und Aerosolverteilung zu bearbeiten. Darüber hinaus bietet die meteorologische Messplattform die Möglichkeit, z. B. zur Bestimmung der Strahlungsbilanz oder durch Kombination mit luftchemischen Beobachtungen zur Charakterisierung atmosphärischer Aerosole beizutragen.

 

 

 

Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie (SWE)

 

http://www.ifb.uni-stuttgart.de/windenergie/

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