Multi-Lidar-Messungen im Bereich der Standortbewertung von Windenergieanlagen

Für die Planung eines Windparks ist es erforderlich, dass der Standort hinsichtlich seines Windpotentials mit möglichst geringen Unsicherheiten bewertet wird. Dafür werden in der Regel einjährige Messungen in Nabenhöhe mit Ultraschall- und Schalenkreuzanemometern durchgeführt. Nachteile der Mastmessungen sind die langen Baugenehmigungsverfahren, die nicht gegebene räumliche Flexibilität der Messung und die hohen Kosten durch immer weiter steigenden Nabenhöhen der Windenergieanlagen.

Eine Alternative können Fernmessmethoden sein. In dieser Arbeit geht es um die Windbestimmung mittels eines Multi-Lidar-Systems. Das Multi-Lidar-System besteht aus mehreren Doppler-Lidargeräten mit beweglicher Optik, die an verschiedenen Standorten aufgestellt werden und dessen Laserstrahlen sich zur Bestimmung der horizontalen Windgeschwindigkeit und der Windrichtung an einem oder mehreren Messpunkten kreuzen. Durch ihre beweglichen Scanköpfe können die Laserstrahlen in verschiedene Richtungen gelenkt werden, sodass mit nur einer Aufstellung die Windbedingung an verschiedenen Punkten bestimmt werden kann und die Unsicherheit der horizontalen Extrapolation bei der Windpotentialbestimmung eines Windparks wegfällt. Für den Einsatz von Multi-Lidar-Messungen im industriellen Umfeld der Standortbewertung fehlen zurzeit die Erfahrungen und Empfehlungen von längeren Messkampagnen, insbesondere in Bezug auf Unsicherheitsaspekte der Messung und den Geräteeinstellungs- und Aufstellungseffekten.

Um diese Fragestellungen beantworten zu können, wurden verschiedene Multi-Lidar-Messkampagnen durchgeführt und mit parallel stattfindenden Profiling-Lidar- und Mastmessungen verglichen. Die Ergebnisse aus einer neunmonatigen Messkampagne in Norddeutschland aus dem Jahr 2019 und einer weiteren einjährigen Messkampagne aus Mitteldeutschland sollen vorgestellt werden. Dabei wurden unter anderem verschiedene Geräteeinstellungen und die Funktionalität einer Multi-Lidar-Messung mit Ansteuerung von neun unterschiedlichen Punkten untersucht.

Insgesamt zeigen die Vergleiche zwischen den Windmessungen von Multi-Lidar, Profiling-Lidar und Mast eine gute Übereinstimmung, auch wenn teilweise die Verfügbarkeit der Messwerte Verbesserungspotential aufweist. Die Untersuchungen der Geräteeinstellung hat veranschaulicht, dass beispielsweise eine Verdoppelung der Pulslänge die Verfügbarkeit von 35% auf 70% bei einer Entfernung von drei Kilometern erhöhen kann. Ein Vergleich der einzelnen Lidargeräte zeigt allerdings auch, dass sie sich in der Leistung erheblich unterscheiden können. So war beispielsweise die Reichweite eines der Geräte deutlich geringer als bei den anderen beiden.

Während der Messkampagne traten Probleme mit der Stabilität der Strahlausrichtung auf. Häufig soll in Entfernungen von mehreren Kilometern gemessen werden, sodass Änderungen in der Ausrichtung von etwa 0,1 Grad bereits zu Abweichungen von mehreren Höhenmetern in der Messung führen können. Eine systematische Analyse der Stabilität der Strahlausrichtung zeigt, dass eine regelmäßige Überwachung und in einigen Fällen eine Korrektur der Scanwinkeleinstellungen notwendig sind, um die Messunsicherheiten gering zu halten.

Insgesamt soll dieser Beitrag einen Einblick über die Möglichkeiten und Herausforderungen von Multi-Lidar-Messungen im Bereich der Standortbewertung von Windenergieanlagen geben.