Wind- und Energieertragsprognose

Als Grundlage für die Prognose des zu erwartenden Jahres­energieertrages eines Windenergiefonds werden heute überwiegend computergestützte Simulationen des Windangebotes eingesetzt.

Berechnungsverfahren

Als repräsentative meteorologische Situation für die Bewertung eines Standortes werden üblicherweise die Windverhältnisse oberhalb der atmosphärischen Grenzschicht in einer Höhe von 1.500 bis 2.000 Metern über Grund verwendet, da die Strömung in diesem Höhenniveau von den bodennahen Geländestrukturen unbeeinflusst ist (Geostrophischer Wind, Höhenwind). Diese Daten liegen weltweit in einer ausreichenden Genauigkeit vor. Die Veränderung der Windverhältnisse in Bodennähe und in der atmosphärischen Grenzschicht wird durch Strömungsmodelle berechnet. Von besonderer Bedeutung für die Prognose der Windverhältnisse ist die korrekte Berücksichtigung des Geländereliefs und der Bodenrauhigkeit in einen Umkreis von 20 bis 30 Kilometern. Auch einzelne Windhindernisse (z. B. Gebäude oder Bäume) in unmittelbarer Standortnähe können berücksichtigt werden.

Die auf Nabenhöhe berechneten Winddaten beinhalten alle Simulationsergebnisse, die für eine Ertragsberechnung benötigt werden. Es handelt sich dabei um die Häufigkeitsverteilungen der Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie Aussagen zu Turbulenzintensität, Temperatur und Luftdruck.

Die Leistungskennlinie der Windenergieanlage beschreibt das Verhältnis von Stromproduktion zu Windgeschwindigkeit. Die Leistungskennlinie ist entweder vom Hersteller berechnet oder von unabhängigen Gutachtern vermessen. Aus der Häufigkeitsverteilung des Windes und der Leistungskennlinie kann der zu erwartende Jahresenergieertrag für ein Durchschnittsjahr ermittelt werden. Der prognostizierte Jahresenergieertrag gilt für eine freistehende Einzelanlage. Bei einem Windpark wird die gegenseitige Verschattung der Anlagen durch mathematische Modelle berechnet.

Leistungskennlinie einer Windenergieanlage

Es werden Abschläge für die Unsicherheiten der Berechnungsmethode, Geländeeinschätzung, Leistungskennlinie und Stabilität des Langzeitbezugs vorgenommen, um die Prognose mit möglichst hoher Sicherheit zu erreichen. Für die Prognose der Wirtschaftlichkeit des Windenergiefonds sind weitere Abschläge für den Eigenstrombedarf der Anlagen und die Leitungs­verluste vorzunehmen.

Genauigkeit der Berechnungsmethoden

Inzwischen wurden weltweit Erfahrungen mit Ertragsprog­nosen für Zehntausende von Windenergieanlagen gesammelt; die Werkzeuge und Methoden dazu wurden im Laufe der Jahre ständig verbessert. Für die Modellierung der Standort­umgebung werden zunehmend satellitengestützte Geodaten eingesetzt. Die bisher dominierenden Grenzschichtmodelle werden durch dreidimensionale Strömungsmodelle ergänzt. Hierbei fallen große Datenmengen an, die inzwischen mit leistungsfähiger Hard- und Software bewältigt werden können. So lässt sich z. B. die vertikale Schichtung der Atmosphäre, das sogenannte Höhenprofil des Windes, realistischer berechnen und darstellen.

Mit neuartigen Messverfahren, bei denen zum Beispiel Laser oder Ultraschall zum Einsatz kommen, wurden schwer zu berechnende Effekte wissenschaftlich untersucht. Hierzu zählen Strömungsumlenkung, Strömungsablösung und Turbulenzen, die durch die Form der Geländeoberfläche (Orographie) oder durch standortnahe Waldgebiete verursacht werden.

An dem hohen Aufwand, der für die standortspezifische Ertragsprognose betrieben wird, zeigt sich jedoch auch die Komplexität der Aufgabe. Absolute Sicherheit ist auch mit den heutigen Verfahren nicht zu erreichen. Je nach untersuchtem Standort kann der langjährige mittlere Jahresertrag mit einer Abweichung zwischen 7,5 % und 15 % berechnet werden. Dies entspricht einer Abweichung der berechneten Windgeschwindigkeit zwischen 3 % und 6 %.

Um die Prognosegenauigkeit weiter zu erhöhen, wird das Prognoseverfahren mit nahe gelegenen Vergleichsanlagen überprüft. Wenn das nicht möglich ist, sind insbesondere an Standorten in komplexem Gelände Windmessungen durch­zuführen. Andernfalls müssen geeignete Abschläge bei den prognostizierten Jahresenergieerträgen vorgenommen werden.

Jahresenergieerträge der Windenergiefonds in einem durchschnittlichen Jahr

Für die wirtschaftliche Entwicklung eines Fonds ist der zu erzielende Jahresenergieertrag in einem Durchschnittsjahr von besonderer Bedeutung. Weitere Faktoren sind Schwankungen im langjährigen Windangebot und technische Verfügbarkeiten der Windenergieanlagen.

Im folgenden Diagramm werden die Betriebsdaten der in dieser Leistungsbilanz aufgeführten Fonds ausgewertet und mit dem IWET-Windindex auf ein durchschnittliches Windjahr umgerechnet. Die rote Linie stellt den prospektierten Jahres­energieertrag dar.

Jahresenergieertrag in einem durchschnittlichen Jahr