WindRamp
WindRamp
- Beobachtergestützte Vorhersage von Netzengpässen und möglicher Einspeisung von Offshore-Windenergie für die operative Netzbetriebsführung und Handelsprozesse.
- Fördermittelgeber und -kennzeichen: BMWi (FKZ 03EE3027A)
- Laufzeit: 01.07.2020 – 30.06.2023
Problem
Windrampen, die dem Projekt den Namen gegeben haben, sind starke Änderungen der Windgeschwindigkeit innerhalb von Zeiträumen von weniger als einer halben Stunde. Solch starke Änderungen erschweren die Integration von Windkraftanlagen und insbesondere Offshore-Windkraftanlagen in das Stromnetz, da mit der Windgeschwindigkeit auch die ins Netz eingespeiste Leistung schwankt. Passieren diese Leistungsschwankungen unerwartet, kann ein Ausgleich schwierig und entsprechend kostenspielig werden. Bei großflächigen Windphänomenen können dabei auch gleich mehrere Windparks betroffen sein, was die Lage noch kritischer macht. Dieses beschriebene Szenario belastet die Netze und erhöht den Preis von Strom aus der Windkraft. Im Zuge der Dekarbonisierung des Energiemarktes ist also eine bessere Vorhersage des Windes entscheidend, um auch an der Strombörse frühzeitig reagieren zu können. Für Zeiten länger als einige Stunden gibt es etablierte Methoden, welche produktiv benutzt werden, um den Windenergiemarkt zu regulieren.
Lösung
Im kritischen Bereich der Windrampen fehlt jedoch eine etablierte Methode. Um dieses Problem zu lösen, wird in dem Projekt Windramp die komplette Kette – von der Messung des Windfeldes bis hin zu den Händlern an den Strombörsen – untersucht. Starker Wind kann dabei Geschwindigkeiten von über 60 km/h erreichen, sodass man für eine Vorhersage über eine halbe Stunde mehr als 30 km weit in Richtung des Windes messen muss. Die Methode der Wahl um diese Messungen durchzuführen ist das Doppler Lidar. Aktuell gibt es jedoch keine kommerziell erhältlichen Geräte, welche diese Riechweite zuverlässig erreichen. Geräte mit annähernd ausreichender Leistung sind zu groß, um sie auf Offshore-Windparks zu installieren. Um dieses Problem zu lösen, entwickelt die Abacus Laser GmbH mittels modernster Lasertechnologie ein neuartiges Doppler Lidar Instrument mit dem Ziel:
- ein kompaktes und kommerziell erhältliches Gerät,
- mit einer Reichweite von über 30 km
zu entwerfen. Fortschritte im Bereich Pumplaser, Optiken und Detektortechnologie ermöglichen es, neue Verstärkermaterialien im Wellenlängenbereich um 2 μm zu nutzen. Da außerdem schmalbandige und robuste Referenzlaser im Wellenlängenbereich von 2 μm – welche für ein solches Lidar Instrument von zentraler Bedeutung sind – kommerziell nicht verfügbar oder extrem teuer sind, wird außerdem ein neuer Referenzlaser entwickelt.
Gleichzeitig wird ein weiteres Gerät erprobt, welches durch eine neuartige Modulationstechnik eine höhere räumliche Auflösung als konventionelle Doppler Lidar Instrumente ermöglicht und mit einer Reichweite von ca. 20 km Maßstäbe in der Datenverfügbarkeit setzen wird. Dabei wird das Gerät kaum größer sein als das bisherige von Abacus entwickelte Lidar LiTra S.
Ein Offshore-taugliches Gehäuse inklusive eines Scanners wird zeitgleich von unserem Partner METEK Meteorologische Messtechnik GmbH entwickelt.
Aktueller Stand
Ausgangspunkt für die Entwicklung des angestrebten Lidars ist die Beschränkung der Laserleistung des Doppler Lidar Instrumentes (https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_lidar#Wind) durch die Augensicherheit. Höhere Leistungen entsprechen einer höheren Reichweite. Bei gleicher Leistung ist die Reichweite aber höher, wenn Pulse mit niedrigerer Pulswiederholfrequenz und höherer Pulsenergie genutzt werden. Das nutzt Abacus Laser aus und baut, mittels neuartiger Festkörperlaser Konzepte, Geräte mit außergewöhnlich hohen Pulsenergien – einige 10 Millijoule.
Durch ein modernes MOPA (Master Oscillator Power Amplifier) Konzept auf Basis von Ho:YAG wurde ein Laser aufgebaut, welcher mit ungewöhnlich wenigen Bauteilen auskommt. Ein kompakter Oszillator erzeugt pulse mit einer Pulsdauer von 500 ns und 0,5 mJ Pulsenergie. Ein Verstärker, welcher diese Pulse auf 30 mJ verstärkt wird gerade erprobt.
Für den nötigen Referenzlaser wurde eine neue, passive Technologie zur Stabiliserung entwickelt, welche die Eigenschaften eines NPRO-Lasers mit einer simplen und kompakten Linearkavität erreicht.
Projektträger und weitere Partner
- Zuwendungsgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi.IIC6) https://www.bmwi.de
- Projektträger: Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE3) https://www.ptj.de/
- Projektkoordinator: Carl von Ossietzky Universität Oldenburg – Fakultät V – Mathematik und Naturwissenschaften – Institut für Physik – ForWind – Zentrum für Windenergieforschung, Oldenburg https://uol.de/physik/we-sys/forschung-1/x-wakes-1
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