WIND-, TURBULENZ- UND TEMPERATURPROFILMESSUNG
Der dreiseitige Wind Met Mast vom Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie (SWE), mit einer maximalen Höhe von 120 Meter, besitzt mehrere Fachwerke, die auf verschiedene Höhen einstellbar sind. Meteorologische Sensoren (atmosphärischer Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Regen) und Wind Sensoren (Schalenanemometer, Windfahne, Ultraschallanemometer) können auf diese Fachwerke montiert werden. Zusammen mit dem Datenerfassungssystem des SWEs, die Ausrüstung des Mastes ermöglicht die Messung von Arbeits- und Leistungskurven der Windkraftanlagen gemäß der IEC Standards 61400-12 und 61400-13.
LIDAR – SHORT RANGE: BIS 250M
Die kurze Reichweite LiDAR des SWEs ermöglicht eine gleichzeitige Messung der Windgeschwindigkeiten und der Windrichtungen auf bis zu zehn verschiedene Höhen zwischen 40 und 250 Höhenmeter. Auf eine flache Landschaft ist diese Art von Windmessug eine gute Alternative zu konventionelle Windmasten. Um die LiDAR Technologie auch in Wälder und Gebirge einsetzen zu können, ist mehr Forschung nötig.
Kombiniert mit einem im SWE entworfenen Scanner können LiDAR-Systeme auf der Gondel einer Windkraftanlage eingesetzt werden. Beim genaues Kontrollieren der Laser, kann der Windstrom auf der gesamten Fläche vor und nach den Rotoren beobachtet und analysiert werden. Die Information über den nähernden Windströmen kann benutzt werden um zukünftige Kontrollstrategien zu entwerfen oder Arbeits- und Leistungsvorhersagen zu ermitteln. Die Beobachtung des Nachlaufs einer Windkraftanlage ermöglicht es eine Annäherung dessen Reperkussionen auf die Leistung anderer Windkraftanlagen im Windpark zu machen.
LIDAR – LONG RANGE BIS 3000M
Das long range LiDAR des SWE ermöglicht die simultane Untersuchung von Luftströmungen in verschiedenen Entfernungen vom Standort bis zu Entfernungen von 3000m. Durch die variable Scanmechanik können Messungen innerhalb eines halbkugelförmigen Bereichs um das Gerät im Zentrum stattfinden. Auch hier kann, wie beim Scanner des short range LiDAR, der Laserstrahl in beliebige, vordefinierte Richtungen gelenkt werden.
Sodar
Bodengestützte Fernmessverfahren erlauben eine Messung der Wind- Turbulenz- und Temperaturprofile in der atmosphärischen Grenzschicht mit hoher vertikaler Auflösung (10 bis 20 m). Es gibt akustische (SODAR), optische (Windlidar) und elektromagnetische (RASS) Verfahren. Ein SODAR liefert Vertikalprofile des Winds und der vertikalen Komponente der Turbulenzintensität sowie qualitative Hinweise auf die Vertikalstruktur der Grenzschicht. Ein Windlidar liefert dieselben Daten wie ein SODAR, hat aber eine deutlich höhere Reichweite und eine wesentlich besserer Datenverfügbarkeit. Ein RASS liefert zusätzlich zu den Informationen, die ein SODAR oder ein Windlidar bieten, das vertikale Temperaturprofil. Alle Instrumente sind am IMK-IFU vorhanden. Für eine Übersicht über meteorologische Messverfahren sei auf Emeis (2010) verwiesen, für die Fernerkundung der Grenzschicht auch auf Emeis (2011).
Das Institut für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Institut für Technologie verfügt mit dem KITcube über eine hervorragende Ausstattung an modernen Messgeräten zur experimentellen Erforschung der Atmosphäre. Die Instrumente zur bodengebundenen Fernerkundung der Atmosphäre (Radar und Lidar) und die Geräte für in-situ-Messungen (Turbulenz, Strahlung, Messtürme) werden weltweit in großen internationalen Messprogrammen eingesetzt.
Unter dem KITcube verstehen wir das Gesamtbeobachtungssystem unterschiedlichster Instrumente zur Sondierung der Atmosphäre. Dieses kann ein Atmosphärenvolumen von ca. 10 km Seitenlänge mit verschiedensten Methoden vermessen und somit die zeitlich und räumlich vollständige Erfassung aller relevanten Prozesse ermöglichen. Der KITcube zeichnet sich durch hohe Einsatzflexibilität aus, er kann sowohl als mobile Einrichtung an beliebigen Messorten betrieben werden, als auch im Dauerbetrieb für atmosphärisches Monitoring.
Das vorrangige Ziel des KITcube ist es, wesentliche Fragestellungen im Zusammenhang mit Turbulenz und Konvektion in der Grenzschicht und zur Auflösung von hoch reichender Konvektion und nachfolgendem Niederschlag durch Feuchtevariabilität, Feuchtekonvergenz, Konvergenzzonen und Aerosolverteilung zu bearbeiten. Darüber hinaus bietet die meteorologische Messplattform die Möglichkeit, z. B. zur Bestimmung der Strahlungsbilanz oder durch Kombination mit luftchemischen Beobachtungen zur Charakterisierung atmosphärischer Aerosole beizutragen.
Kontakte
Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie an der Universität Stuttgart
Institute for Meteorology and Climate Research. Atmospheric Environmental Research Group (IMK-IFU)
