Gastbeitrag von Dr. Martin Dörenkämper, Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES)
Im Forschungsprojekt X-Wakes werden die bisher existierenden Modellierungsansätze für Nachlaufeffekte erstmals im realen Maßstab für den Betrieb von Offshore-Windparkclustern validiert. Mit Blick auf die zu diesem Thema jüngst veröffentlichte Studie von Agora Energiewende befürchtet das Forscherteam nun voreilig abgeleitete, nicht ausreichend validierte Handlungsempfehlungen für die Offshore-Windparkplanung.
Ende Februar 2020 hat die Agora Energiewende eine Pressemitteilung „Windenergie auf See braucht Platz, um sie optimal zu nutzen“ und einen Projektbericht veröffentlicht. In diesen Publikationen wird basierend auf den Ergebnissen des Projekts „OffPot“ das Windpotenzial in der Deutschen Bucht neu bewertet. Solche wissenschaftlichen Ergebnisse und Erkenntnisse sind wichtig, um die Folgen des weitreichenden Ausbaus der Windenergie on- wie offshore generell besser zu verstehen und die weitere Planung zu optimieren.
Das Forscherteam vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie und Dänemarks Technischer Universität sagt im genannten Bericht drastische Reduktionen der Volllaststunden der Windparks in der Deutschen Bucht von derzeit 4000 auf 3000-3300 Volllaststunden bei einem weiteren Ausbau von 50-70 Gigawatt, also eine Senkung von bis zu 25 % der zu erwartenden Energieeinspeisung voraus. Basierend auf diesen Ergebnissen leiten sie Handlungsempfehlungen für die europaweite Planung von zukünftigen Offshore-Windparks ab.
Festzuhalten ist, dass sowohl der in der Agora Energiewende Studie verwendete mesoskalige Modellierungsansatz (WRF) als auch das kinetische Energiebilanzmodell (KEBA) noch nicht für große Windparkcluster, die oft aus mehreren hundert Anlagen bestehen, an realen Daten überprüft – in Fachsprache „validiert“ – sind. Der Nachweis, ob die verwendeten Modellierungsansätze in der Lage sind, die Realität der zukünftigen Windbedingungen für solch große Offshore-Windparkcluster abzubilden, ist also noch nicht erbracht.
Zwar zeigen vereinzelte Validierungen für vergleichsweise kleinere Windparks zumindest im Fall des mesoskaligen Modells gute Ergebnisse, die die Autoren in ihrer Studie auch zitieren. Jedoch kommt es gerade bei sehr großen Windparkclustern vermehrt zu großskaligen Effekten, deren korrekte Darstellung in den Modellen bisher nicht mit Messdaten validiert wurde.
Eine messtechnische Überprüfung ist umso wichtiger, da beide Modelle auch grobe Vereinfachungen, z.B. zur Darstellung der Windenergieanlagen im Modell, in den Rechnungen vornehmen. Hier ist unklar, ob diese Vereinfachungen in der Lage sind, die Phänomene, die über mehrere Größenordnungen hinweg wirken, richtig zu beschreiben und ob sie für alle Wetterbedingungen gelten. Zudem wird sich auch die Windenergieanlagentechnologie und -steuerung weiterentwickeln und kann so auch Nachlaufeffekte reduzieren.
Das Projekt X-Wakes, an dem auch das Helmholtz-Zentrum Geesthacht beteiligt ist und das vom Fraunhofer IWES koordiniert und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wird, kann hier mit großer Wahrscheinlichkeit wertvolle Erkenntnisse liefern. Das Projekt konzentriert sich vor allem auf die noch ausstehenden Validierungen der Modellierungsansätze (mesoskalige Modelle und Industriemodelle) für lange Zeiträume und sehr große Windparkcluster, sodass die Modelle in Zukunft auch zuverlässig für die weitere Planung des Offshore-Ausbaus genutzt werden können.
Wie stark der Nachlaufeffekt tatsächlich ist, wird erst mit diesen Projektergebnissen verlässlich zu ermitteln sein. Auch werden im Rahmen des Projekts kontinuierlich neuere Anlagentechnologien mit einbezogen, um mit den Simulationen stets möglichst nah am künftig zu erwartenden technologischen Fortschritt zu sein.
Neben dem Fraunhofer IWES und der Technischen Universität Braunschweig sind fünf weitere Forschungspartner im Verbundprojekt beteiligt: das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Oldenburg mit dem Zentrum für Windenergieforschung (ForWind), die Universität Tübingen, das Helmholtz-Zentrum Geesthacht sowie die UL International GmbH. Unterstützt wird das Projektkonsortium durch einige große Offshore-Windparkbetreiber und die Planungsbehörden, die in ihrer Funktion als assoziierte Partner wichtige Windparkdaten und Informationen über Ausbauplanungszustände zur Verfügung stellen.