Erweiterte meteorologische Standortevaluierung des Forschungspark Windenergie Krummendeich WiValdi

Kurzfassung

Der Forschungspark Windenergie WiValdi wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und seinen Partnern im Forschungsverbund Windenergie entwickelt. Der Standort Krummendeich im Landkreis Stade befindet sich in unmittelbarer Nähe, südöstlich der Elbmündung in die Nordsee. Dementsprechend sind die meteorologischen Bedingungen in der atmosphärischen Grenzschicht dort, je nach Wetterlage und Windrichtung, ähnlich der maritimen Grenzschicht in der deutschen Bucht, oder auch typisch für flaches, heteorogenes Gelände in der norddeutschen Tiefebene. Seit November 2020 und somit für einen Zeitraum von mehr als einem Jahr, sind am Standort ein weitreichendes Doppler-Windlidar (DWL) und ein Mikrowellenradiometer (MWR) installiert, um Vertikalprofile von Windgeschwindigkeit, -richtung, Temperatur und Luftfeuchte zu messen. Eine gute Verfügbarkeit von Daten in Nabenhöhe (ca. 100 m) der zu installierenden Windenergieanlagen (WEA) mit nahezu 90% für DWL und 80% für MWR wurden erreicht. Wir präsentieren eine statistische Auswertung der Daten in Bezug auf die Windressource im Vergleich zu historischen Daten des Neuen Europäischen Windatlas (NEWA), welcher mesoskalische Simulationen für einen Zeitraum von 2011-2018 bereitstellt. Eine weitgehende Übereinstimmung der Messdaten mit den Modelldaten ist gegeben, wobei das Jahr 2021 durch häufige Passagen von Tiefdruckgebieten, vor allem in den Monaten März bis August, eine Überrepräsentation von Nordwestströmungen aufweist. Darüber hinaus wird eine Analyse vorgestellt, welche insbesondere die für Lasten an WEA wichtigen Größen der Windscherung und -drehung der atmosphärischen Stabilität in Form des Gradienten der potentiellen Temperatur in der Grenzschicht gegenüberstellt. Es wird gezeigt, dass, entsprechend ähnlicher Analysen in der deutschen Bucht, eine Häufung von Situationen mit hoher thermischer Stabilität und damit einhergehend größerer Windscherung und -drehung vor allem bei ablandigem Wind aus Südwest bis Ost auftritt. Nordwestströmungen sind wesentlich seltener stabil geschichtet. Die stabile nächtliche Grenzschicht führt in großer Häufigkeit, d.h. in etwa 55% der Tage, zu nächtlichen Strahlströmungen (Low-level Jets, LLJ). Diese LLJ verstärken zusätzlich die Windscherung und -drehung in der Rotorebene der WEA. Die kombinierten Messungen von DWL und MWR zeigen, dass ihre Höhe und Ausprägung wiederum stark von der thermischen Stabilität abhängig sind