Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ein bedeutender Teil der Energieversorgung Deutschlands soll in Zukunft durch die Nutzung der Windenergie auf See bestritten werden. Die Bundesregierung hat in ihrer Strategie zur Windenergienutzung auf See ein Ziel von 20-25.000 MW installierter Leistung Offshore bis zum Jahr 2030 gesetzt. Dies ent-spricht einem Anteil am Stromverbrauch Deutschlands von ca. 15%. Damit wird die Offshore-Windenergienutzung eine wesentliche Komponente des Aufbaus einer nachhaltigen Energieversorgung in Deutschland und wird wesentlich zur Reduktion des CO2-Aussto\u00dfes beitragen. Erste Schritte zum Erreichen diese Ziels sind u.a. mit der Initiierung des Forschungsprogramms FINO (Forschungsplattformen in Nord- und Ostsee) eingeleitet worden. Im Rahmen des FINO-Projektes werden Messungen der Windverh\u00e4ltnisse mit einem 100 m Messmast an einem Standort n\u00f6rdlich von Borkum durchgef\u00fchrt.
\nF\u00fcr einen langfristigen Umbau der Energieversorgung ist aber nicht nur eine Messung, sondern ein grundlegendes Verst\u00e4ndnis der diesen Parametern zu Grunde legenden Struktur der Str\u00f6mung n\u00f6tig. Nur so k\u00f6nnen Aussagen \u00fcber andere Standorte, die zeitliche Entwicklung, das Verhalten bei Extrembedingungen, etc. gemacht werden. Damit wird die Voraussetzung geschaffen, um die Stromerzeugung aus Windenergie Offshore langfristig erfolgreich und effizient entwickeln zu k\u00f6nnen.
\nIn dem Forschungsprojekt BAGO soll das Messprogramm auf der ersten FINO-Messstation vor Borkum um die Messung von vertikalen W\u00e4rme- und Impulsfl\u00fcssen f\u00fcr die wissenschaftliche Forschung erweitert werden. Die gewonnenen Flussdaten sollen zusammen mit den ebenfalls erhobenen Profildaten auf der Basis der Monin-Obukhov-Theorie analysiert werden. Es soll insbesondere untersucht werden, ob die bedeutenden Abweichungen von der Theorie, die bei Messungen in der Ostsee festgestellt wurden, auch in der Nordsee auftreten.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt gliedert sich in drei Phasen: Vor Beginn der Messung werden die Instrumentierung geplant und koordiniert und die Instrumente kalibriert. Die Messungen am FINO-Mast werden im Rahmen des FINO-Projektes des BMU vom Deutschen Windenergie Institut (DEWI) durchgef\u00fchrt und sind nicht Teil dieses Projektes.
\nNach der Bereitstellung der Daten durch das DEWI wird eine Qualit\u00e4tskontrolle der Messdaten durchgef\u00fchrt. Gleichzeitig werden die Auswertealgorithmen zur Gewinnung von W\u00e4rme- und Impulsfluss entwickelt. Nach Ende der Messphase wird eine erste Auswertung der Daten vorgenommen. Das Projekt hat eine Gesamtlaufzeit von 13 Monaten.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die drei seit August 2003 auf der Messplattform FINO 1 installierten Ultraschallanemometer des Typs Gill R3-50 liefern hochaufgel\u00f6ste Messwerte des dreidimensionalen Windvektors und der Temperatur. Sie wurden vor der Montage im Windkanal der Universit\u00e4t Oldenburg vermessen. Dabei wurde festgestellt, dass eine Nachkalibration der werksseitig kalibrierten Instrumente n\u00f6tig ist. Es wurde ein Kalibrationsverfahren entwickelt, das eine dreidimensionale Korrektur des Windvektors bei vertretbarem Messaufwand erm\u00f6glicht. Aus den hochaufgel\u00f6sten Messdaten wurden Zeitreihen von 10-min\u00fctigen Mittelwerten des Impulsflusses, W\u00e4rmeflusses und der atmosph\u00e4rischen Stabilit\u00e4t abgeleitet.
\nEine erste Auswertung der Daten zeigt f\u00fcr das mittlere vertikale Windprofil deutliche Abweichungen von der erwarteten Profilform. Bis zu einer H\u00f6he von etwa 60 – 70 m zeigt das Profil eine ann\u00e4hernd lineare Form. Dieses Verhalten \u00e4hnelt den bei anderen Offshore-Messungen in der Ostsee gefundenen Abweichungen. Es f\u00fchrt zu einer Untersch\u00e4tzung des Energieertrags eines Windparks aus niedrigen Messdaten. W\u00e4hrend die Messmasten in der Ostsee nur 50 – 60 m hoch sind, reicht die Messung auf der FINO 1 Plattform bis 100 m H\u00f6he. F\u00fcr das Windprofil zeigt sich f\u00fcr die Messungen \u00fcber 70 m H\u00f6he eine unerwartete \u00c4nderung der Profilform: Der Anstieg der Windgeschwindigkeit mit der H\u00f6he ist hier geringer als erwartet, was bei der Energieertragsprognose eher zu einer \u00dcbersch\u00e4tzung f\u00fchrt. Die Messungen der atmosph\u00e4rischen Stabilit\u00e4t zeigen deutliche Unterschiede zwischen Windprofilen unterschiedlicher Stabilit\u00e4tsklassen.
\nDer Zusammenhang zwischen Profil- und Flussmessungen wurde durch den Vergleich der Windgeschwindigkeitsverh\u00e4ltnisse in verschiedenen H\u00f6hen mit den aus den Flussmessungen resultierenden Erwartungen der Monin-Obukhov-Theorie untersucht. Auch hier zeigten sich unerwartete Abweichungen. Die Abh\u00e4ngigkeit des Verh\u00e4ltnisses der Windgeschwindigkeiten von der Stabilit\u00e4t ist, \u00e4hnlich wie bei der Messung R\u00f8dsand in der Ostsee, st\u00e4rker als theoretisch erwartet. Allerdings f\u00fchrt dies bei der Messung R\u00f8dsand dazu, dass neutrale und stabile Situationen untersch\u00e4tzt werden, w\u00e4hrend bei der FINO 1 Messung vor allem unstabile Situationen \u00fcbersch\u00e4tzt werden.
\nDie im Rahmen des Projektes vorgenommene erste Auswertung der FINO 1 Messdaten hat bereits den hohen Wert dieser Daten f\u00fcr das Verst\u00e4ndnis der Windverh\u00e4ltnisse gezeigt. Es ist davon auszugehen, dass die mit Hilfe dieses Projektes gewonnenen Daten f\u00fcr die wissenschaftliche Erforschung des Windklimas und der Str\u00f6mungsverh\u00e4ltnisse an Standorten geplanter deutscher Offshore-Windparks eine gro\u00dfe Bedeutung haben werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Rahmen dieses Projektes wurde eine Diplomarbeit angefertigt. Erste Ergebnisse wurden auf der Konferenz 1st General Assembly of the European Geophysical Union im April 2004 in Nizza vorgestellt. Auf der Deutschen Windenergie Konferenz DEWEK 2004 im Oktober 2004 wurden die Ergebnisse des Projektes im zwei Vortr\u00e4gen und Artikeln vorgestellt.
\nTautz, S.: Thermal Effects in the Atmospheric Boundary Layer above the North Sea, Diplomarbeit an der Universit\u00e4t Oldenburg, ForWind Report 2004-01, Oldenburg, 2004
\nTautz, S., B. Lange, D. Heinemann: On the importance of flow distortion correction of ultrasonic anemometers for flux measurements in the marine surface layer., Geophys. Res. Abstr. 6 (2004) published on CD
\nTautz, S., B. Lange, D. Heinemann: Correction of the heat and momentum flux measurements with the ultrasonic anemometers at the FINO I offshore meteorological mast for flow distortion and mounting effects. DEWEK 2004 (accepted for oral presentation)
\nLange, B.: Comparison of wind conditions of offshore wind farm sites in the Baltic and North Sea. DEWEK 2004 (accepted for oral presentation)<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Das Messprogramm der FINO 1 Plattform wurde erfolgreich um Flussmessungen erweitert. Die erste Auswertung der Messdaten zeigte sowohl beim vertikalen Windprofil als auch beim Vergleich mit der Monin-Obukhov-Theorie unerwartete Ergebnisse, die f\u00fcr die Windenergienutzung relevant sind. Sie ent-sprechen nur zum Teil den in der Ostsee gefundenen Effekten. Die Ergebnisse zeigen deutliche Defizite im heutigen Verst\u00e4ndnis der Str\u00f6mung in der marinen Grenzschicht auf. Gleichzeitig ist in dem Projekt durch hochwertige Messdaten von Impuls- und W\u00e4rmefluss die Voraussetzung f\u00fcr weitere wissenschaftliche Forschung geschaffen worden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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