SUnDAY: Verbesserte Berechnungsmethoden zur Beurteilung von Windparkstandorten

Auf einen Blick

• In der Planung von Windparks ist angesichts hohen Kostendrucks einerseits und zunehmend komplexen topografischen Gegebenheiten andererseits der Bedarf nach Aussagen über die Standortqualität und den möglichen Stromertrag groß.
• Aufwändige numerische Simulationen, die in solchen Fällen erforderlich sind, sind immer mit Unsicherheiten behaftet.
• Im Forschungsprojekt SUnDAY identifizieren die Projektpartner daher die Größenordnungen der einzelnen Fehlerquellen von numerischen Strömungssimulation, um so deren Unsicherheiten zu ermitteln.
• In einem Teilprojekt ist das Fraunhofer IWES für die Entwicklung eines softwaregestützten Standortklassifizierungssystems verantwortlich, das die zu erwartenden Unsicherheiten abschätzen hilft.

Herausforderung

Die Windenergie liefert einen stetig wachsenden Anteil am Stromverbrauch in Deutschland. Dieser Erfolg hat indes Folgen: Einerseits werden angesichts von fast 30.000 Windenergieanlagen (Stand 01/2020) neue Standorte knapp. Windenergieanlagen werden deshalb immer öfter in komplexem Gelände, im Wald oder auf Hügeln, errichtet. Andererseits ist nach der Umstellung von der gesetzlich festgelegten Einspeisevergütung auf Ausschreibungen der wirtschaftliche Druck auf Planer größer geworden. In der Projektentwicklung wächst daher der Bedarf nach detaillierten Aussagen über die Qualität des Windparkstandortes bereits in einem frühen Planungsstadium.

Lösung

Aussagen über die Standortqualität und mögliche Stromerträge eines noch in der Planung befindlichen Windparks können nur mit Hilfe von Simulationen getroffen werden. Diese Simulationen sind immer mit Unsicherheiten behaftet. Um Simulationsergebnisse nutzen zu können, ist es wichtig, Unsicherheitsfaktoren und deren Einflussgröße zu kennen. Die Unsicherheiten gehen direkt in die Berechnung der sogenannten P75 und P90-Werte ein. Diese sind wichtige Kennzahlen für die Projektbewertung, relevant etwa für Banken oder bei Ausschreibungen. Zudem sollen durch die Erkenntnisse die Zuverlässigkeit und Vergleichbarkeit der Berechnungsmethoden erhöht werden.

Am Punkt der Unsicherheitsquantifizierung setzt das Forschungsprojekt „Simulationsunsicherheiten für die detaillierte Bewertung von Windenergieerträgen – Simulation uncertainties for the detailed assessment of wind energy yield (SUnDAY)“ an. Es soll quantitative Erkenntnisse über die Größenordnungen der einzelnen Fehlerquellen von numerischen Strömungssimulation (engl. Computational Fluid Dynamics, CFD) in der Windpark-Standortbewertung ermitteln. Durch die Untersuchung und den Vergleich der Unsicherheitsquellen wird es zudem möglich werden, Ursachen von Unsicherheitsquellen zu benennen, im Detail zu analysieren und perspektivisch zu kontrollieren.

Mehrwert

Im Teilvorhaben „Wissenschaftliche Implementierung und Methodenentwicklung“ ist das Fraunhofer IWES dabei für die Entwicklung von Programmbausteinen zur softwaregestützten Standortbewertung, aber auch von Methoden zur Quantifizierung einer Vielzahl an Unsicherheitsquellen verantwortlich. Ein validiertes Standortklassifizierungssystem soll schließlich die zu erwartenden Unsicherheiten zukünftiger Standorte bereits vor der Durchführung von Simulationen abschätzen. Langfristig kann dadurch ein Beitrag zur Standardisierung von CFD-Simulationen in der Standortbewertung geleistet werden.