Den Nutzen von Windparksteuerungsmaßnahmen beziffern
Windparks bekommen es mit der „Nachlaufströmung“ (aerodynamischen Wechselwirkungen), „Geländeeffekten“ (Einfluss der physischen Umgebung), „Blockadeeffekten“ (Strömungsverlangsamung durch den Windpark selbst) und dynamischen Windfaktoren zu tun. Maßnahmen zur Windparksteuerung tragen dazu bei, diese Auswirkungen durch koordinierten Betrieb der Anlagen zu entschärfen, etwa indem die Leistung einiger Windturbinen verringert wird, um die Leistung anderer zu erhöhen. Das an der Technischen Universität Dänemark(öffnet in neuem Fenster) angesiedelte EU-finanzierte Projekt FarmConners(öffnet in neuem Fenster) untersuchte den Erfolg einiger dieser Maßnahmen hinsichtlich der erzeugten Leistung und der erzielten Einnahmen. Zur Beschleunigung der Einführung der Technologie griff das Team auf Modellierungen und Feldforschung ergänzender Projekte zurück, um die Chancen und Herausforderungen zu bewerten und dabei gleichzeitig Forschungs- und Umsetzungslücken zu ermitteln. Ergebnis waren zwei Validierungsplattformen, die das Potenzial der Windparksteuerung in vergleichbaren Zahlen ausmaßen und aufzeigten. „Wir haben modernste Verfahren, Spitzenprojekte und Industriefachleute vereint, um das Vertrauen in die Modelle und Strategien der Windparksteuerung zu stärken“, berichtet Projektkoordinator Gregor Giebel. Die meisten der gesammelten Daten sind nun frei zugänglich und die Ergebnisse der Plattformen stehen in Form von Open-Access-Artikeln unter dem Thema Wind Energy Science(öffnet in neuem Fenster) zur Verfügung. Außerdem wurden die meisten Projektaktivitäten und -ergebnisse in das Wind Task 44 Wiki der Internationalen Energie-Agentur zum Thema Farm Flow Control(öffnet in neuem Fenster) aufgenommen.
Validierungsplattformen
Windparksteuerungsverfahren wie zum Beispiel die Steuerung von Windkraftanlagen können nicht nur die Wechselwirkungen mit der Umwelt abmildern, sondern auch Dienstleistungen verbessern. Diese Technologien versprechen eine gesteigerte Stromerzeugung und weniger Bauwerksbelastung. Außerdem lässt sich dank ihnen die Windenergie besser in das Stromnetz integrieren, wodurch die Kosten sinken und der Marktanteil steigt. All das kommt der Verwaltung der Einnahmen zugute, die für die flexiblen Strommärkte(öffnet in neuem Fenster) der Zukunft besonders wichtig ist. FarmConners hat eine Benchmark-Plattform(öffnet in neuem Fenster) mit öffentlich zugänglichen Simulationen, Messungen aus Windkanalexperimenten und Felddaten aus dem Onshore-Windpark Sole du Moulin-Vieux(öffnet in neuem Fenster) in Frankreich erstellt, um die Vorteile der Windparksteuerung wie etwa eine höhere Stromerzeugung vorzuführen.
Benchmarking liefert breites Spektrum an Daten
„Mit den 31 Autorinnen und Autoren, die Beiträge zu vier Blindversuchen(öffnet in neuem Fenster) leisteten, ist unser Benchmark der erste seiner Art, der eine Vielzahl von Datensätzen, Steuerungseinstellungen und Modellierungsansätzen zur Bewertung der Vorteile der Strömungssteuerung in Windparks liefert“, erklärt die wissenschaftliche Leiterin Tuhfe Göçmen. Das Team entwickelte zudem eine Reihe von Vorzeigebeispielen(öffnet in neuem Fenster) für verschiedene Strommarktszenarien, welche die potenziellen zusätzlichen Einnahmen aufzeigt, die durch Windparksteuerungstechnologie zu generieren sind. Diese stützen sich auf Daten der Offshore-Windkraftanlage TotalControl Reference(öffnet in neuem Fenster), Wettersimulationsdaten und geschätzte Strompreise für 2020 und 2030. „Neun Autorinnen und Autoren bewerteten die Vorteile einer flexiblen, marktorientierten Steuerung und es wurde das Potenzial zur Steigerung der Einnahmen anstelle der Stromerzeugung demonstriert“, berichtet Göçmen. Das Team verfasste außerdem ein Positionspapier(öffnet in neuem Fenster), das sich an den Projektergebnissen orientiert. Es unterbreitet Empfehlungen für die Normung und Zertifizierung der Windparksteuerung. „Viele unserer Projektergebnisse kommen entweder bereits als bestmögliche Verfahren in der Branche zum Einsatz, so etwa unsere gemeinsame Taxonomie, oder sie setzen sogar Maßstäbe für den Sektor und die Zertifizierungsstellen“, fügt Göçmen hinzu.
Wie Windenergie markttauglich wird
Das Haupthindernis, das einer umfassenderen Einbindung erneuerbarer Energiequellen im Wege steht, ist deren Schwankungsbreite. Während mit Regulierung dieses Problem teilweise lösbar ist, benötigen Windparks mehr Marktflexibilität, was insbesondere innerhalb von Programmen ohne Subventionen(öffnet in neuem Fenster) gilt. Windparksteuerung bietet den Eigentumsparteien der Windkraftanlagen mehr Kontrolle und ermöglicht es ihnen, sich an schwankende Marktpreise anzupassen. „Zu den denkbaren Szenarien zählen die Erhöhung der Leistung, die strategische Leistungsreduzierung mit dezentralen Sollwerten zur Lastminderung oder einfach eine längere Teilnahme am Markt dank verlängerter Lebensdauer“, erklärt Giebel abschließend. Während des Projekts wurde die Arbeit von FarmConners in Initiativen von am Projekt Beteiligten wie Siemens Gamesa Wake Adapt(öffnet in neuem Fenster) zur Steuerung der Windströmung, Vestas und Microsoft Azure für verstärktes maschinelles Lernen(öffnet in neuem Fenster) und WindESCo für Swarm(öffnet in neuem Fenster) zur kooperativen Anpassung der Turbinenposition eingebunden.
Schlüsselbegriffe
FarmConners, Windpark, Leistung, Stromnetz, Nachlaufströmung, Turbine, Windkraftanlage
