So misst eine gelbe Boje mit Laserstrahlen die Windstärke
Wo im Meer bläst der Wind am stärksten? Das können Windparkplaner zukünftig schneller herausfinden – mit einer Boje von Forschern des Fraunhofer-Instituts. Der gelbe Koloss misst die Windstärke mit Laserstrahlen.
Vor der Installation von Offshore-Windkraftanlagen müssen Planer herausfinden, wo der Wind am stärksten weht. „Kontinuierlich höhere Windgeschwindigkeiten auf See können die enormen Investitionen für die Errichtung und Netzanbindung wieder ausgleichen“, weiß Claudia Rudolph, Wissenschaftlerin am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven. Das Problem: Windmessmasten, die die Windstärke in bis zu 100 m Höhe messen, sind recht umständlich zu installieren und kostenintensiv. Da muss es eine günstigere Lösung geben, haben sich die Forscher gedacht.
Gelbe Boje schießt Laserstrahlen in den Himmel
Neuer Held der Windmessung ist eine gelbe Boje: Sie ist 8 m lang, 2,55 m breit und stolze 4,9 t schwer. Sie ähnelt damit rein optisch den klassischen Leuchttonnen, die seit über 30 Jahren in der Nordsee im Einsatz sind. Die eigentliche Besonderheit an Bord ist ein Laser-Messgerät namens Light Detection and Ranging (Lidar) – Fans des autonomen Fahrens ist es vielleicht aus dem selbstfahrenden Google-Auto bekannt.
„Lidar-Systeme senden gepulste Laserstrahlen in die Atmosphäre. Diese werden an Partikeln in der Luft, den Aerosolen, reflektiert“, erklärt Rudolph. „Aus der Frequenzverschiebung des zurückgestreuten Signals wird die Windgeschwindigkeit und -richtung in den entsprechenden Messhöhen errechnet.“ Bislang war das bei schunkelnden Bojen unmöglich. Die Forscher haben deswegen einen Korrekturalgorithmus entwickelt, der die Bewegungen der Boje im Wasser ausgleicht.
Boje viel günstiger als Windmessmasten
Die Boje soll Windparkplanern zukünftig eine Menge Geld sparen. „Auf hoher See ist die Lidar-Boje eine echte Alternative zu Windmessmasten, die Windgeschwindigkeiten nur in einer Höhe von 100 m ermitteln“, sagt Rudolph. Sie lässt sich nämlich überall auf See schnell installieren. Die Kosten dafür fallen angeblich fünf bis zehn Mal geringer aus.
Mit einem Gewicht von 4,9 Tonnen ist die Lidar-Boje ein Schwergewicht.
Quelle: Fraunhofer IWES
Auch die Wartung ist längst nicht so aufwändig wie die eines Messmasts. Das liegt unter anderem daran, dass das Lidar-Messgerät sicher in ein Aluminiumgehäuse mit Spezialglas eingekapselt ist. Dort ist es geschützt vor Salzwasser und extremen Umweltbedingungen auf See. Der Betreiber muss sich noch nicht mal um die Stromzufuhr kümmern. Denn die Boje ist mit drei kleinen Windgeneratoren und Solarpaneelen ausgestattet, die Strom für eine Woche Betrieb in drei Gel-Akkus speichern. Die Datenübertragung funktioniert per Wlan oder Satellit.
Vielversprechende Tests in der Nordsee
Erste Tests in der Nordsee liefern vielversprechende Ergebnisse: In der Nähe des Offshoreparks Alpha Ventus, 45 km vor Borkum, schoss eine Testboje Laserstrahlen in der Nähe des Messmasts Fino 1 in die Höhe. Die Werte von Messmast und Boje stimmten dabei zu 99,7 % überein. Mit dieser Demonstration wollen die Wissenschaftler ihre Entwicklung dem Offshore-Firmen-Konsortium Carbon Trust Offshore Wind Accelerator (OWA) präsentieren – eine gemeinnützige Gesellschaft mit dem Auftrag, die Umstellung auf eine klimafreundliche Wirtschaft voranzutreiben. „Werden die Kriterien der OWA erfüllt, erhält man einen Pre-Commercial-Status“, erklärt Rudolph. „Das ist ein wichtiges Signal an unsere potentiellen Kunden. Es zeigt, dass unser System voll einsatzfähig ist.“
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