Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) will mit der Errichtung des weltweit ersten Windenergietestfeldes in bergigem Gelände Windenergieanlagen für den Einsatz in komplexen Topografien optimieren. Das Testfeld liegt auf der Schwäbischen Alb zwischen Donzdorf und Geislingen. Nun konnte die letzte große Hürde erfolgreich genommen werden, so das ZSW: Anfang Juni 2020 wurde durch das Landratsamt Göppingen die Genehmigung nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) erteilt.

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 Mio. € kommen vom Bund und vom Land Baden-Württemberg. (Beitragsbild: Schematische Darstellung des Testfeldes am Stöttener Berg aus einem WindForS-Video. Quelle: 2Dmedia)

Da ein ambitionierter Klimaschutz eine deutlich stärkere Nutzung der Windenergiepotenziale erfordere, müsse Windstrom zukünftig auch in bergigem Gelände in relevanten Mengen erzeugt werden, heißt es von Seiten des ZSW. Der Betrieb an diesen Standorten ist jedoch wesentlich anspruchsvoller. Ertragsprognosen sind laut ZSW aufgrund der turbulenten Strömungs- und Windverhältnisse über unregelmäßigen Topografien unsicherer, zudem sind die mechanische Belastung der Windenergieanlagen und die Wartungskosten höher.

Ziel: Robustere Anlagen, die sich gut mit Energiespeichern koppeln lassen

Nicht zuletzt weil dies 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 sollen im Rahmen einer ökologischen Begleitforschung Belange des Natur- und Artenschutzes intensiv untersucht und übertragbare Lösungskonzepte für Konflikte entwickelt werden, die an sehr vielen Windstandorten weltweit bestehen.

Errichtung der bereits stehenden Messmasten im November 2017 und September 2018 (Bildquelle: WindForS)

Das Windenergietestfeld 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.“

Am Standort stehen bereits zwei 100 Meter hohe meteorologische Messmasten, bisher mit einer temporären Genehmigung. Zwei weitere gleich hohe 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 Messsensoren ausgestattet.

Uneingeschränkter Zugriff auf gesamte Regelungstechnik

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 die eine Windenergieanlage 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 laut ZSW dabei, dass die Wissenschaftler uneingeschränkten Zugriff auf die gesamte Regelungstechnik und die Konstruktionsdaten der Anlagen haben. Nur 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 werden sehr viele der auf dem Testfeld erfassten Daten dem Open Source Gedanken der Wissenschaft folgend aufbereitet und zur Verfügung gestellt.

Entwicklung neuartiger Betriebsführung mittels KI

Teil des Vorhabens sei darüber hinaus die Entwicklung einer neuartigen Betriebsführung, mit der die Anlagen intelligent und wesentlich präziser als bislang auf sich ändernde Windverhältnisse reagieren können. Zum Einsatz komme auch künstliche Intelligenz (KI): Damit sollen Einspeiseprognosen verbessert und Modelle für die Einbindung von Energiespeichersystemen optimiert werden.

Ein für die Windenergiebranche wesentliches Thema hat das Vorhaben ebenfalls im Blick: Die Akzeptanzproblematik. Das nun genehmigte Forschungstestfeld WINSENT biete samt seiner umfangreichen Ausstattung auch die Gelegenheit für eine einzigartige interdisziplinäre Anwohnerbegleitforschung, so das ZSW. Diese finde im Zuge eines weiteren Forschungsvorhabens mit dem Titel „Inter-Wind“ statt, bei dem auch benachbarte, kommerzielle Windparks mituntersucht und eingebunden werden.   

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