Windkraft in den Bergen

03.08.2020 – Auf der Schwäbischen Alb soll das weltweit erste Windenergietestfeld in bergigem Gelände errichtet werden. Mit der Genehmigung nach BImschG nahm das Projekt eine entscheidende genehmigungsrechtliche Hürde.

Die weitaus meisten Windenergieanlagen weltweit stehen in relativ flachem Gelände, hierzulande vor allem in den Ebenen Nord- und Ostdeutschlands. Für einen Ausbau der Windenergie muss zukünftig Windstrom auch in bergigem Gelände in relevanten Mengen erzeugt werden. Dort ist der Betrieb jedoch wesentlich anspruchsvoller: Ertragsprognosen sind aufgrund der turbulenten Strömungs- und Windverhältnisse über unregelmäßigen Topografien unsicherer, zudem sind die mechanische Belastung der Windenergieanlagen und die Wartungskosten höher.

ZSW Windkraftanlagen
Die Windenergieanlagen auf dem Testfeld werden zwischen 100 Meter hohen Messmasten errichtet, die u.a. Windgeschwindigkeit und -richtung, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck aufzeichnen. Im Bild die Errichtung der Messmasten. Foto: ZSW

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) will mit der Errichtung des Testfeldes, das über einen vollständigen Zugriff auf Anlagentechnik und -regelung der Windenergieanlagen verfügt, die Technologie für den Einsatz in bergigem Gelände optimieren.

Nicht zuletzt, weil der Einsatz in solchen Lagen die Wirtschaftlichkeit der Windräder negativ beeinflusst, will das ZSW gemeinsam mit seinen Partnern auf dem Testgelände robustere Anlagen entwickeln, die gleichzeitig leiser, langlebiger und leistungsstärker sind und sich zudem gut mit Energiespeichern koppeln lassen. Darüber hinaus werden im Rahmen einer ökologischen Begleitforschung Belange des Natur- und Artenschutzes intensiv untersucht und übertragbare Lösungskonzepte für Konflikte entwickelt, die an sehr vielen Windstandorten weltweit bestehen.

Idealer Standort mit Turbulenzen und Strömungen

Das Windenergietestfeld mit dem Namen WINSENT (Wind Science and Engineering in Complex Terrain) liegt am Rand des Stöttener Berges. Es handelt sich um eine unbewaldete Freifläche oberhalb einer Geländesteilstufe, dem Albtrauf. Die mittleren Jahreswindgeschwindigkeiten sind mit 5 bis 6,5 Metern pro Sekunde ausreichend hoch und weisen hohe Turbulenzen und wechselnde Schrägströmungen auf. „Das Gelände passt perfekt zu unseren Forschungsthemen, die auch international auf großes Interesse stoßen“, sagt Projektleiter Andreas Rettenmeier. „Die Bedingungen dort sind typisch für Windenergiestandorte in bergigem, komplexem Gelände und ideal für die Entwicklung und Erprobung neuer Technologien ebenso wie für Konzepte zur Stärkung eines naturverträglichen Windenergieausbaus.“

ZSW Vogelradar
Eine ZSW-Forscherin am Vogelradar, das Bewegungen von Vögeln, Fledermäusen und großen Insekten über dem Testfeldgebiet aufzeichnet. Foto: ZSW

Am Standort stehen bereits zwei 100 Meter hohe meteorologische Messmasten, bisher mit einer temporären Genehmigung, zwei weitere sind geplant. Sie zeichnen zeitlich hoch aufgelöst Geschwindigkeit und Richtung des Windes, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck auf. Laseroptische Messsysteme erfassen die An- und Nachlaufströmung der geplanten Windenergieanlagen. Zwischen jeweils zwei Messmasten sollen in den kommenden Monaten die Windenergieanlagen errichtet werden. Jede einzelne von ihnen hat eine installierte Leistung von 750 Kilowatt. Der Rotordurchmesser beträgt 54 Meter, die Gesamthöhe 100 Meter. Die Windkraftanlagen sind vom Fundament bis zu den Rotorblättern umfangreich mit Mess-Sensoren ausgestattet.

Plattform für Forschung und Industrie

Das Testfeld ist als Plattform konzipiert, mit der die Aktivitäten von Forschung und Industrie unterstützt werden. Hersteller von Windenergieanlagen und Zulieferer etwa können dort technologische Verbesserungen entwickeln und untersuchen lassen: Die Forscher statten dafür eine WEA mit den jeweiligen Neuentwicklungen aus, die andere bleibt unverändert und dient als Referenz. So kann die Wirksamkeit durch den direkten Vergleich unmittelbar nachgewiesen werden. Wichtig ist dabei: Die Wissenschaftler haben uneingeschränkten Zugriff auf die gesamte Regelungstechnik und die Konstruktionsdaten der Anlagen. So können sie die Auswirkungen verbesserter Anlagenkomponenten wie Rotoren genauestens analysieren. Die Untersuchungsergebnisse sollen in weiteren Schritten gemeinsam mit der Industrie auf kommerzielle Großanlagen an anderen Standorten übertragen werden. Darüber hinaus sollen sehr viele der auf dem Testfeld erfassten Daten dem Open Source Gedanken der Wissenschaft folgend aufbereitet und zur Verfügung gestellt werden.

Ein Video zeigt in einem Überblick, was die Projektpartner vorhaben. Die von den beiden bereits errichteten Messmasten aufgezeichneten Wetterdaten sind unter folgender Adresse abrufbar: https://www.windfors.de/de/projekte/testfeld/winsent-wetter/

Ein weiterer Teil des Vorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen Betriebsführung, mit der die Anlagen intelligent und wesentlich präziser als bislang auf sich ändernde Windverhältnisse reagieren können. Zum Einsatz kommt auch künstliche Intelligenz: Damit werden Einspeiseprognosen verbessert und Modelle für die Einbindung von Energiespeichersystemen optimiert.
Das nun genehmigte Forschungstestfeld WINSENT samt seiner umfangreichen Ausstattung soll den Wissenschaftlern auch die Gelegenheit für eine einzigartige interdisziplinäre Anwohnerbegleitforschung bieten. Im Zuge eines weiteren Forschungsvorhabens (Inter-Wind) werden dabei auch benachbarte, kommerzielle Windparks eingebunden.

Ökologische Begleitforschung

Das Windenergietestfeld dient darüber hinaus einer erweiterten Naturschutzbegleitforschung. Konkret sollen der Einfluss von Windenergieanlagen auf Vögel und Fledermäuse genauer untersucht und Schutzmaßnahmen entwickelt werden. Am Testfeldstandort erfassen bereits ein Radargerät sowie mehrere Kamerasysteme tagsüber und nachts die Bewegungen von Vögeln, Fledermäusen und großen Insekten. Das ZSW entwickelt einen so genannten „Bird Recorder“, ein kameragestütztes System, das mit Hilfe von künstlicher Intelligenz geschützte Vogelarten erkennen und Kollisionsvermeidungsmaßnahmen bis hin zum Stopp der Rotoren auslösen soll. Ziel ist die Entwicklung eines preiswerten, robusten und sehr zuverlässigen Systems, das flächendeckend in Windparks eingesetzt und auch nachgerüstet werden kann. Damit sollen immer öfter auferlegte pauschale Abschaltzeiten zum Schutz von Greifvögeln vermieden werden können. Dazu arbeitet das ZSW mit renommierten Partnern aus dem In- und Ausland wie der Schweizerischen Vogelwarte oder dem Freiburger Institut für angewandte Tierökologie (FrInaT) zusammen und steht in intensivem Austausch mit der nationalen und internationalen Forschung sowie Naturschutzverbänden oder dem Kompetenzzentrum Naturschutz und Energiewende (KNE). Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit und das Bundesamt für Naturschutz finanzieren die Begleitforschung mit insge-samt 2,95 Millionen Euro.

Das ZSW errichtet das Testfeld im Rahmen des süddeutschen Windenergie-Forschungsclusters WindForS in Zusammenarbeit mit sechs Partnern – den Universitäten Stuttgart und Tübingen, der Technischen Universität München, dem Karlsruher Institut für Technologie sowie den Hochschulen Aalen und Esslingen. Für die ökologische Begleitforschung wird das Team um weitere Partner ergänzt. Fördergelder in Höhe von 14,5 Millionen Euro kommen vom Bund und vom Land Baden-Württemberg. (pq)

Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)
Annette Stumpf
annette.stumpf@zsw-bw.de
www.zsw-bw.de

Share