Europäisches Windenergiemodell. Outputmodellierung unter Verwendung von meteorologischen Reanalysen

Inhaltsverzeichnis

1 AUTRES 100

2 Windkraftanlagen

2.1 Funktionsweise eines Windrades

2.2 Widerstands- und Auftriebsprinzip

2.2.1 Widerstandsprinzip

2.2.2 Auftriebsprinzip

2.3 Aufbau einer Windkraftanlage am Beispiel eines Horizontalachsenkonverters

2.3.1 Rotor

2.3.2 Getriebe

2.3.3 Generator

2.3.4 Windrichtungsnachführung

2.3.5 Turm

2.3.6 Fundament

2.3.7 Netzanschluss

2.4 Energieumwandlung

2.5 Windparks

3 Das Wettervorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes

3.1 Vertikale und horizontale Struktur des COSMO - EU Modells

3.1.1 Horizontale Gitter

3.1.2 Vertikale Gitterstruktur

3.2 PAMORE Webdatenbank

3.3 COSMO-EU: Datenaufbereitung

4 Datenverifizierung – Windmessmast Karlsruhe

5 Analyse der Windgeschwindigkeiten in ausgewählten Regionen

5.1 Europa

5.2 Österreich

5.3 Wiener Becken

6 Abschätzung des Windenergiepotentials

6.1 Leistungskennlinien

6.2 Modellierung

6.3 Europa

6.4 Österreich

6.5 Standort Markgrafneusiedl – Wiener Becken

6.6 Standort Thorntonbank

6.7 Vergleich der beiden Regionen

6.8 Anwendungsbeispiel Deutschland

7 Zusammenfassung und Ausblick

Zielsetzung & Themen

Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Bereitstellung eines Werkzeugs zur Berechnung von Windgeschwindigkeits-Zeitserien für beliebige geografische Punkte und Höhen in Europa. Basierend auf diesen Daten sowie Leistungskennlinien verschiedener Windturbinen soll das Stromerzeugungspotenzial abgeschätzt werden, um einen Beitrag zur Planung einer energieautarken Stromversorgung zu leisten.

• Analyse und Nutzung von COSMO-EU Wettermodelldaten
• Entwicklung einer Datenbank für Leistungskennlinien von Windkraftanlagen
• Verifizierung der meteorologischen Daten mittels bodengebundener Messdaten
• Modellierung des Windenergiepotenzials in verschiedenen europäischen Regionen
• Anwendung des entwickelten Modells für strategische Energieanalysen

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 AUTRES 100: Dieses Kapitel erläutert das Projekt AUTRES100, das eine zu 100% erneuerbare Stromversorgung Österreichs zum Ziel hat und die Rolle des europäischen Verbundnetzes als Ausgleichsmechanismus definiert.

2 Windkraftanlagen: Es werden die physikalischen Grundlagen der Windenergienutzung, die verschiedenen Anlagentypen sowie die technischen Hauptkomponenten einer Windkraftanlage detailliert beschrieben.

3 Das Wettervorhersagemodell des Deutschen Wetterdienstes: Dieser Abschnitt stellt das regionale Wettervorhersagemodell COSMO-EU vor, erklärt dessen räumliche Struktur und beschreibt die Datenquellen sowie die Aufbereitung der für die Analyse benötigten meteorologischen Zeitreihen.

4 Datenverifizierung – Windmessmast Karlsruhe: Hier erfolgt die Validierung der verwendeten COSMO-EU Daten durch den Vergleich mit realen Messdaten eines 200 Meter hohen Windmessmastes in Karlsruhe.

5 Analyse der Windgeschwindigkeiten in ausgewählten Regionen: Es werden die zeitlichen und räumlichen Entwicklungen der Windgeschwindigkeiten für Europa, Österreich und das Wiener Becken visualisiert und aufbereitet.

6 Abschätzung des Windenergiepotentials: Basierend auf Leistungskennlinien und den Winddaten wird das potenzielle Stromerzeugungspotenzial an verschiedenen Standorten modelliert und analysiert.

7 Zusammenfassung und Ausblick: Das abschließende Kapitel fasst die methodischen Schritte und Ergebnisse der Masterarbeit zusammen und diskutiert die Bedeutung für die zukünftige energiepolitische Planung.

Schlüsselwörter

Windenergie, COSMO-EU, Leistungskennlinie, Windkraftanlage, Energieautarkie, AUTRES100, Wettervorhersagemodell, Windgeschwindigkeit, Stromerzeugungspotenzial, Datenverifizierung, Erneuerbare Energien, Simulation, Europäisches Verbundnetz, Modellierung.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Modellierung von Windenergiepotenzialen in Europa unter Verwendung meteorologischer Reanalysedaten des Deutschen Wetterdienstes, um als Werkzeug für das Projekt AUTRES100 zu dienen.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Themen umfassen die physikalischen Grundlagen von Windkraftanlagen, die Nutzung von Wettermodelldaten (COSMO-EU), die technische Datenverarbeitung sowie die Standortanalyse zur Bestimmung von Energieerträgen.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Ziel ist es, ein Tool zu entwickeln, das für jeden beliebigen Punkt in Europa Windgeschwindigkeits-Zeitreihen berechnet und in Kombination mit Turbinenkennlinien eine Abschätzung des erzeugbaren Stroms ermöglicht.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es wird eine computergestützte Simulation durchgeführt, bei der Rohdaten des COSMO-Modells verarbeitet, interpoliert und mittels realer Messdaten verifiziert werden, um daraus Energieerträge von Windkraftanlagen abzuleiten.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil behandelt die technische Funktionsweise von Windrädern, die Struktur des Wettermodells, die Datenaufbereitung, die Verifizierung der Wetterdaten am Beispiel eines Testmastes sowie die Auswertung von Windpotenzialen für diverse Regionen.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die wichtigsten Begriffe sind Windenergie, COSMO-EU, Leistungskennlinien, Energieautarkie, Simulation und Standortanalyse.

Warum wurde das COSMO-EU Modell als Basis gewählt?

COSMO-EU bietet eine hochauflösende räumliche und zeitliche Abdeckung von Gesamteuropa, was es ideal für die Modellierung lokaler Windverhältnisse und deren Einfluss auf ein kontinentales Stromnetz macht.

Welche Bedeutung hat das Anwendungsbeispiel Deutschland?

Es zeigt praxisnah, wie die entwickelten Tools genutzt werden können, um große Gebiete nach spezifischen Kriterien (wie Vollaststunden und Höhe) zu filtern, um eine strategische Roadmap für den Netzausbau zu unterstützen.