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Lidar & Wakes

Kontakt

Universität Oldenburg
Institut für Physik - ForWind
M. Sc. Marijn Floris van Dooren
Küpkersweg 70 
D-26129 Oldenburg

Tel: +49 (0)441 / 798-5064
Email: maht/mrijn.vandooren@bhuol.de4cq3

 

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Die Fernerkundungstechnik Lidar

Lidar (Abkürzung für „Light detection and ranging“) ist eine Fernerkundungstechnik zur Messung der Windströmung, die sowohl in der Industrie als auch in der Windenergieforschung Anwendung findet. Das Messverfahren funktioniert ähnlich wie die Radarfalle bei der Verkehrskontrolle, nur dass hier nicht die Geschwindigkeit des Verkehrsteilnehmers gemessen wird, sondern die Geschwindigkeit winziger Partikel und Tröpfchen, die sich in der Luft befinden und vom Wind transportiert werden. Die Windindustrie verwendet die Lidar-Technik hauptsächlich, um Windenergieressourcen zu bewerten und die Windgeschwindigkeit bei der Vermessung der Leistungskurve von Windenergieanlagen zu bestimmen. Wir messen mit Lidar-Geräten beispielsweise komplexe Windströmungen eines gesamten Windparks oder in unmittelbarer Nähe einzelner Windenergieanlagen. Mit den Messergebnissen lässt sich die Wechselwirkung zwischen Windturbinen und Strömung besser verstehen. Dieses Wissen nutzen wir dann zur Steigerung der Effizienz von Windturbinen und Windparks.

 

Messung der Nachläufe von Windenergieanlagen

Strömt der Wind durch den Rotor einer Windturbine, wird ihm mechanische Energie entzogen. Dadurch entsteht hinter der Turbine eine Nachlaufströmung, die sich stromabwärts ausbreitet. In dieser Strömung ist die Windgeschwindigkeit geringer und die Turbulenzen größer. Anlagen, welche in diesem Nachlauf liegen, erzeugen weniger Energie und sind höheren strukturellen Belastungen ausgesetzt. Eine genaue Kenntnis der Nachläufe spielt eine wichtige Rolle bei der Optimierung des Designs geplanter Windpark. In bestehenden Windparks kann bei Kenntnis der Position und der Ausbreitung des Nachlaufs die Windparkleistung durch geschickte Steuerungsstrategien optimiert werden. Hierfür untersuchen wir das dynamische Verhalten der Nachläufe und entwickeln Computermodelle zu ihrer Beschreibung.

Nachlaufströmungen können sich kilometerweit hinter einer Turbine erstrecken. Um die Strömung in und um Windparks, sowie auch weiter entfernte Nachlaufströmungen zu messen, nutzen wir drei lang-reichweitige scannende Lidarsysteme Leosphere WLS-200S. Mit diesen Systemen ist es möglich, die Windgeschwindigkeit über einem großen Gebiet, wie einen kompletten Windpark, in relativ kurzer Zeit zu messen. Ein weiteres Forschungsgebiet, in dem wir diese Lidar-Geräte einsetzen sind Kurzeitprognosen, die verlässlich Windgeschwindigkeit und -richtung und damit die zu erwartende Leistung einer Anlage oder Windparks vorhersagen können.

Messung des einströmenden Windes an einer Windenergieanlage

Neben der Untersuchung von Nachlaufeffekten setzt unsere Forschungsgruppe Lidar-Geräte auch zur Messung des einströmenden Windes an Windenergieanlagen ein. Um die Wechselwirkung zwischen Windenergieanlage und Windströmung besser zu verstehen, müssen wir den auf die Windturbine einwirkenden Wind charakterisieren. Zur Messung des einströmenden Windfeldes direkt vor einer Anlage nutzen wir ein kurz-reichweitiges Dauerstrich – Lidar. Das „SpinnerLidar“ ist dabei im rotierenden Spinner oder auf der Gondel der Windenergieanlage montiert und scannt einen kreisrunden Ausschnitt des einströmenden Windfeldes. In diesem Ausschnitt kann das SpinnerLidar jede Sekunde an maximal 500 verschiedenen Punkten messen. So werden sowohl die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, die vertikale Scherung als auch die Turbulenz erfasst. Diese Winddaten gleichen wir mit den Sensordaten der Windenergieanlage ab. So sehen wir, welche Windmuster welche Auswirkungen auf das Anlagenverhalten haben.

Webmastkgmbjer (martin.kriav7aft@uol3gzzt.debqs) (Stand: 17.12.2019)