Verifikation und Optimierung mesoskaliger Windfeldsimulationen für Deutschland

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz 2021 (EEG) sowie das Klimaschutzgesetz sehen vor, dass in Deutschland in den kommenden Jahren die Treibhausgasemissionen stärker reduziert werden müssen und vor allem der Ausbau der Windenergie forciert wird. In diesem Zusammenhang wurde von anemos in dem Projekt: „Bereitstellung eines präzisen, validierten und aufbereiteten Datensatzes, zur kurzfristigen Umsetzung eines Windatlas am Umweltbundesamt (UBA)“ ein Windatlas für Deutschland entwickelt, welcher in Qualität und Genauigkeit neue Maßstäbe setzt.

Zielsetzung des Projektes war es die Datengrundlage für die Windenergienutzung zu verbessern sowie eine zusätzliche Unterstützung bei räumlichen Planungsfragen und Wind- oder Ertragsabschätzungen zu entwickeln. Dafür mussten hohe Qualitätsstandards, wie z. B. hohe Korrelationen zu Messungen oder Erträgen, geringe Abweichungen im Jahresgang sowie eine hohe Genauigkeit in der mittleren Windgeschwindigkeit, erfüllt werden.

Die Basis des anemos Windatlas für Deutschland bilden die ERA5 Reanalysedaten des EZMWF, sowie ein auf Deutschland optimiertes Wettermodell. Die hohe Qualität des Windatlas wird durch das von anemos entwickelte „Remodelling-Verfahren“ (Optimierungsverfahren) erreicht. Da generell in den Reanalysedaten systematische Abweichungen z. B. in der langjährigen mittleren Windgeschwindigkeit oder im Jahresgang vorhanden sind, konnte mittels des Remodelling-Verfahrens der Windatlas signifikant verbessert werden.

Für Ertragsgutachten stellen vor allem die höheren Korrelationen und die Jahresgangkorrektur eine deutliche Verbesserung dar, da Verlustberechnungen genauer berechnet werden können. Für Ersteinschätzungen ist die genaue mittlere Windgeschwindigkeit mit einer räumlichen Auflösung von bis zu 25 x 25 m² von Vorteil.

Die Genauigkeit des Windatlas wurde durch eine interne und externe Verifizierung mit über 100 Windmessungen nachgewiesen. Zusätzlich wurde ein Vergleich von 26 unabhängigen Messungen zwischen den gängigen Mesoskala-Datensätzen NEWA (New European Wind Atlas), EMD-WRF Europe+ (EMD International A/S) und anemos (D-3km.E5) durchgeführt. Neben dem finalen standortgenauen anemos Windatlas werden die Atlas-Rohdaten und die durch das Remodelling korrigierten 3 km Daten dargestellt, um die Verbesserung durch das Remodelling und durch die Korrektur auf den Standort darstellen zu können.

Die Ergebnisse zeigen ganz eindeutig, dass systematische Fehler in den mesoskaligen Simulationen korrigiert werden können. Für die Windenergieanwendung ist es daher unerlässlich die mesoskalige Simulation an reale Messungen anzupassen (Remodelling), ein mikroskaliges Downscaling auf den Standort zu implementieren und anschließend die Daten zu verifizieren, um einen Windatlas mit sehr hoher Qualität zu erreichen.