Energiewende
Bessere Windprognose steigert Ertrag
Die Wetterprognose ist im Zeitalter der Windkraft kostbarer als je zuvor. Zur Sicherstellung des Energiebedarfs müssen Windpark-Betreiber schon einen Tag zuvor angeben, wie viel Strom sie liefern werden. „Der Wind ist die entscheidende Variable dafür. Welche Methode ihn am zuverlässigsten vorhersagt, weiß man jedoch bisher noch nicht", berichtet der Meteorologe Georg Mayr von der Universität Innsbruck. In einem vom Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekt wollen er und sein Team diese Frage beantworten.
04.11.2010
Foto: Marion Book
Öko-Strom boomt, bringt jedoch auch neue Herausforderungen. Denn sein Ertrag schwankt mit der Verfügbarkeit von Wasser, Sonne und Wind. „Die Betreiber müssen ihre Liefermenge schon zuvor angeben, damit andere Energieformen ihre Schwankungen ausgleichen können. Denn etwa Kohlekraftwerke brauchen einen halben Tag zum Hochfahren", erklärt Mayr. Erreicht ein Windpark-Betreiber seine eigene Vorgabe nicht, muss er die Fehlmenge an Energie zukaufen, ebenso wie auch bei Überproduktion Ausgleichszahlungen anstehen. Die Windvorhersage für Windparks ist damit ein einträgliches Geschäft geworden.
Einfach ist die Prognose nicht, da die Stromausbeute durch Wind nicht mit dessen Geschwindigkeit gleichzusetzen ist, so der Experte. „Je nach Turbinenträgheit beginnt die Stromproduktion bei etwa zehn Stundenkilometer Windstärke und steigt dann stark an", so Mayr. Zwischen 30 und 60 km/h bleibt die Ausbeute fast unverändert. Bei stärkerem Wind müssen die Rotorblätter zum Schutz des Generators gedrosselt und später ganz abgeschaltet werden. „Während ein Wechsel des Windes von 60 auf 40 km/h kaum Folgen hat, sind Schwankungen bei geringeren Stärken ein großes Problem. Die Stromproduktion ist hier sogar dritte Potenz des Windes."
In der Windvorhersage - die in der Hand privater Anbieter ist - sind derzeit mehrere Methoden verbreitet. „Alle verbinden Wetterdaten mit Stromproduktionsdaten aus Windparks", erklärt Mayr. Gängig sind vor allem Methoden, die den Zustand der Atmosphäre über mehrere Jahre auswerten. Mayr vermutet, dass eine analoge Methode räumlich und zeitlich besser auflöst und Wahrscheinlichkeiten treffsicherer berechnet. Dabei sucht man Windsituationen der Vergangenheit, die sich mit der aktuellen vergleichen lassen, und erstellt die Prognose auf Basis der damaligen Stromproduktion. Klärung über die beste Vorgehensweise erwartet Mayr von seinem wissenschaftlichen Vergleich.
Über den Wind der nahen Zukunft weiß man heute viel mehr als noch vor wenigen Jahren, berichtet der Innsbrucker Forscher. „Computer berechnen heute durch Gleichungen das Wetter der Zukunft und sind damit punktgenauer als Prognosen, die durch Fotobilddaten nur grobe Annäherungen erlaubten." Kannte man früher nur den Wind in zehn Metern Höhe, so gibt es nun auch Vorhersagen für 100 Höhenmeter, was etwa der Windturbinen-Höhe entspricht. „Damit wurde ein wichtiger Fehlerbereich verbessert. Denn in dieser Höhe kann der Wind gut doppelt bis dreimal so stark wehen als am Boden", so Mayr.
Wichtig sind derartige Vorhersagen auch für die Vernetzung von Windparks. Diese könnten in Zukunft die Windkraft problemlos ins Stromnetz integrieren, hat ein Projekt am Fraunhofer IWES-Institut unlängst gezeigt. „Selbst große Windflauten lassen sich ausgleichen, sobald Windparks im Umkreis von rund 1.000 Kilometern in Clustern vernetzt sind. Das ist jedoch keine Angelegenheit von Einzelstaaten mehr und braucht politischen Willen. Denn die heutigen Stromleitungen haben ihre Kapazitätsgrenze schon erreicht", erklärt Mayr.
Einfach ist die Prognose nicht, da die Stromausbeute durch Wind nicht mit dessen Geschwindigkeit gleichzusetzen ist, so der Experte. „Je nach Turbinenträgheit beginnt die Stromproduktion bei etwa zehn Stundenkilometer Windstärke und steigt dann stark an", so Mayr. Zwischen 30 und 60 km/h bleibt die Ausbeute fast unverändert. Bei stärkerem Wind müssen die Rotorblätter zum Schutz des Generators gedrosselt und später ganz abgeschaltet werden. „Während ein Wechsel des Windes von 60 auf 40 km/h kaum Folgen hat, sind Schwankungen bei geringeren Stärken ein großes Problem. Die Stromproduktion ist hier sogar dritte Potenz des Windes."
In der Windvorhersage - die in der Hand privater Anbieter ist - sind derzeit mehrere Methoden verbreitet. „Alle verbinden Wetterdaten mit Stromproduktionsdaten aus Windparks", erklärt Mayr. Gängig sind vor allem Methoden, die den Zustand der Atmosphäre über mehrere Jahre auswerten. Mayr vermutet, dass eine analoge Methode räumlich und zeitlich besser auflöst und Wahrscheinlichkeiten treffsicherer berechnet. Dabei sucht man Windsituationen der Vergangenheit, die sich mit der aktuellen vergleichen lassen, und erstellt die Prognose auf Basis der damaligen Stromproduktion. Klärung über die beste Vorgehensweise erwartet Mayr von seinem wissenschaftlichen Vergleich.
Über den Wind der nahen Zukunft weiß man heute viel mehr als noch vor wenigen Jahren, berichtet der Innsbrucker Forscher. „Computer berechnen heute durch Gleichungen das Wetter der Zukunft und sind damit punktgenauer als Prognosen, die durch Fotobilddaten nur grobe Annäherungen erlaubten." Kannte man früher nur den Wind in zehn Metern Höhe, so gibt es nun auch Vorhersagen für 100 Höhenmeter, was etwa der Windturbinen-Höhe entspricht. „Damit wurde ein wichtiger Fehlerbereich verbessert. Denn in dieser Höhe kann der Wind gut doppelt bis dreimal so stark wehen als am Boden", so Mayr.
Wichtig sind derartige Vorhersagen auch für die Vernetzung von Windparks. Diese könnten in Zukunft die Windkraft problemlos ins Stromnetz integrieren, hat ein Projekt am Fraunhofer IWES-Institut unlängst gezeigt. „Selbst große Windflauten lassen sich ausgleichen, sobald Windparks im Umkreis von rund 1.000 Kilometern in Clustern vernetzt sind. Das ist jedoch keine Angelegenheit von Einzelstaaten mehr und braucht politischen Willen. Denn die heutigen Stromleitungen haben ihre Kapazitätsgrenze schon erreicht", erklärt Mayr.
Quelle: UD / pte
