Das Fraunhofer IWES hat eine Reihe von Nachweisen für die Qualität und Zuverlässigkeit seiner FLS-Windmessungen vorgelegt. Mit dem Erreichen der Reifegradstufe 3 reiht sich die Wind-Lidar-Boje ZX des Fraunhofer IWES in die kurze Liste der stringend validierten FLS-Typen ein, die in der Lage sind, qualitativ hochwertige Offshore-Windmessungen mit minimiertem Risiko zu liefern.
Detlef Stein, FLS-Experte bei der Multiversum GmbH
Unser Floating-Lidar-System (FLS) wurde auf Basis von mehreren erfolgreichen Windmessmastverifizierungskampagnen und kommerziellen Messkampagnen als „Stage-3 “ (volle kommerzielle Verwendung) validiert. Dies ist die höchste Validierungsstufe in der OWA-Roadmap des Carbon Trusts zur kommerziellen Akzeptanz der schwimmenden Lidar-Technologie [1]. Das Fraunhofer IWES gehört zu einer erlesenen Gruppe von FLS-Anbietern, die die höchste Messgenauigkeit und Betriebszuverlässigkeit erfolgreich nachgewiesen haben. Die Verringerung des Betriebsrisikos und die Maximierung der Qualität der Messungen sind wichtig, um die höchste Qualität der Windressourcenprognosen und des abgeleiteten erwarteten Energieertrags eines Windparks bereitzustellen.
Unsere Expertise bei Floating-Lidar-Systemen
Heutzutage sind Floating-Lidar-Systeme (FLS) etabliert und die de-facto Standardtechnologie in der Windindustrie für die Messungen zur Bewertung von Offshore-Windressourcen. Wir waren schon immer ein Pionier dieser Entwicklung, nicht nur als Expertinnen und Experten bei der Entwicklung von Richtlinien und Empfehlungen, sondern auch durch die Bereitstellung eines eigenen Systems. Nachdem im Jahr 2013 der erste Prototyp am FINO1-Windmessmast in der deutschen Nordsee getestet worden war, wurde die Stage-2 Validierung im Jahr 2016 erreicht. Derzeit betreiben wir acht Bojen für kommerzielle Messkampagnen, um die meteorologisch-ozeanografischen Bedingungen für zukünftige Offshore-Windparks zu bewerten. Die Bojen können entweder mit einem ZX300M Lidar (Stage-3) oder einem WindCube 2.1 Lidar (Stage-2) ausgestattet werden, um kundenspezifische Anforderungen bezüglich Genauigkeit oder Zuverlässigkeit zu erfüllen.
Wir stellen nicht nur eine maßgeschneiderte Messkampagne, sondern auch innovative Datenanalyse, Messkonzepte und die Möglichkeit der Einbeziehung einer Datenmodellierung bereit.
Was beinhaltet die OWA-Roadmap des Carbon Trusts?
Der Carbon Trust führte die OWA Floating LiDAR Systems Roadmap im Jahr 2013 – fortgeschrieben im Jahr 2018 [1] – ein, die dann schnell von der Industrie als ein anerkannter Maßstab für Produktdesign, -fähigkeiten, -genauigkeit und -leistung übernommen wurde. Diese Roadmap brachte eine Stringenz zu den OEMs der Industrie und zum Streben nach quantitativen Key Performance Indicators (KPIs).
Die Roadmap besteht aus drei Stufen („Stages“), wobei Stage-3 den höchsten Reifegrad für die Messgenauigkeit und Datenverfügbarkeit darstellt. Stage-2 erfordert eine einzige sechsmonatige Versuchskampagne zur Verifizierung gegen eine akzeptable Referenz (Windmessmast oder stationäres Lidar); Stage-3 verlangt eine zusätzliche Serie an Verifizierungs- und Klassifizierungsmessungen, mit strengeren Kriterien, sowie fünf kommerzielle Messkampagnen von 12 Monaten mit einer kontinuierlich hohen Datenverfügbarkeit. Das Erreichen von Stage-3 stellt eine große Anstrengung für einen Floating-Lidar-Systemhersteller und -betreiber dar, insbesondere für diejenigen, die eine kleinere Flotte haben.
Der nächste Schritt zur Standardisierung von FLS-Messungen wird durch die kommende Norm IEC 61400-50-4 unter Mitwirkung unserer Experten und Expertinnen im IWES eingeleitet.
Wie wird Stage-3 bewertet?
Die Validierung der Messkampagnen für die Stage-3 der OWA-Kriterien in Form von Datensätzen und Kampagnenberichten erfordert die Hinzuziehung von unabhängigen Fachleuten. Die Stage-3 Validierung der Fraunhofer IWES Wind-Lidar-Boje, ausgestattet mit einem ZX300M Lidar, wurde von einem hoch angesehenen Experten für Windfernerkundung, Detlef Stein (Multiversum GmbH), bewertet und bestätigt, wobei berücksichtigte Datenberichte ebenfalls durch Oldbaum Services und eine weitere anerkannte Fachberatungsfirma untersucht wurden.
Detlef Stein, FLS-Experte bei der Multiversum GmbH, sagte: » Das Fraunhofer IWES hat eine Reihe von Nachweisen für die Qualität und Zuverlässigkeit seiner FLS-Windmessungen vorgelegt. Mit dem Erreichen der Reifegradstufe 3 reiht sich die Wind-Lidar-Boje ZX des Fraunhofer IWES in die kurze Liste der stringend validierten FLS-Typen ein, die in der Lage sind, qualitativ hochwertige Offshore-Windmessungen mit minimiertem Risiko zu liefern.«
Alle notwendigen Verifizierungs- und Klassifizierungsmessungen wie auch zwei der bewerteten kommerziellen Windmessungen fanden im deutschen Teil der Nordsee statt. Einige der Genauigkeitsergebnisse aus den Verifizierungstests werden unten dargestellt:
| Stage-3 Langzeitmessungen, Übersicht über Ergebnisse bei Referenz-Windmessmasten in der Nordsee | |||||
| Stage-3 Kriterien | WLBZ#4 vs NSO Wind-messmast | WLBZ#4 vs FINO3 Wind-messmast | WLBZ#6 vs FINO3 Wind-messmast | WLBZ#7 vs FINO3 Wind-messmast | |
| Dauer | >90 Tage | 272 Tage | 192 Tage | 160 Tage | 187 Tage |
| Gesamtsystem Verfügbarkeit | > 97 % | 100,0 % | 99,8 % | 100,0 % | 100,0 % |
| Gesamt-verfügbarkeit der verarbeiteten Daten | > 90 % | 99,4 % | 96,0 % | 99,5 % | 99,5 % |
| @100±6 m MSL mit WS > 2m/s | |||||
| Wind-geschwindigkeit, Gradient | 0,98-1,02 | 0,985 | 1,002 | 0,998 | 0,993 |
| Wind-geschwindigkeit, R² | > 0,98 | 0,996 | 0,994 | 0,994 | 0,994 |
| Windrichtung, Gradient | 0,97-1,03 | 0,988 | 0,997 | 0,998 | 0,997 |
| Windrichtung, Versatz | < 5° | 0,37° | 2,16° | -0,81° | 1,35° |
| Windrichtung, R² | > 0,97 | 0,997 | 0,985 | 0,995 | 0,996 |
Die weiteren drei qualifizierenden kommerziellen Kampagnen der FLS Stage-3 Bewertung wurden durch Titan Technologies bereitgestellt. Seit 2017 baut Titan Technologies die Fraunhofer IWES Wind-Lidar-Boje unter Lizenz nach und betreibt diese unabhängig, vorrangig in Asien. In der OWA-Roadmap werden die kommerziellen Kampagnen hauptsächlich in Bezug auf die Zuverlässigkeit der FLS und die Verfügbarkeit der erhaltenen Datensätze ausgewertet.
Welche nächsten Schritte sind bei den Fraunhofer IWES Wind-Lidar-Bojen geplant?
Das IWES wird weiterhin kommerzielle Messdienstleistungen anbieten, entweder eigenständig oder über Partnerschaften. Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler werden die FLS-Technologie stetig verbessern und an relevanten Themen für die Windindustrie forschen und damit eine führende Rolle bei der weiteren Standardisierung von FLS-Messungen für die Industrie spielen.
Insbesondere haben wir eine fortgeschrittene Methode der Bewegungskompensation entwickelt, um genauere Turbulenzgrad-Messungen (TI) von einem FLS zu generieren. Dieser Parameter ist von hoher Bedeutung für die Windindustrie, da er Einfluss auf das Design von Turbinen und Gründungsstrukturen hat.
Quelle:
[1] Carbon Trust Offshore Wind Accelerator Roadmap for the Commercial Acceptance of Floating LiDAR Technology. The Carbon Trust, 2018.