Meteorologische Rahmenbedingungen im Offshore-Bereich II

Im vorangehenden Artikel „Meteorologische Rahmenbedingungen im Offshore-Bereich I“ wurden einleitend die in den folgenden Beiträgen zu behandelnden Themenbereiche umrissen, wobei im heutigen Post die Zunahme der Windgeschwindigkeit mit der Höhe über dem Meeresspiegel betrachtet werden soll.

Wichtig in diesem Zusammenhang ist die sogenannte Windscherung im Offshore-Bereich, die hierauf einen großen Einfluss hat. Aufgrund der verhältnismäßig geringen Rauigkeit über See ist die Windscherung über dem Meeresspiegel nur sehr schwach, das heißt die Windgeschwindigkeit ändert sich nicht mehr wie zum Beispiel im Binnenland signifikant mit der Nabenhöhe einer Windenergieanlage. Eine geringere Windscherung bedeutet damit gleichzeitig auch die ökonomisch sinnvolle Schlussfolgerung der Notwendigkeit einer vergleichsweise geringeren Nabenhöhe von Offshore-Windenergieanlagen, als es häufig gefordert wird.

Daher ist es unter diesen Umständen sinnvoll und vor allem wesentlich wirtschaftlicher, niedrigere Turmhöhen mit einer Höhe von etwa 0,75-mal dem jeweiligen Rotordurchmesser der Anlage zu dimensionieren. Bei einer Offshore-Windenergieanlage mit einer elektrischen Nennleistung in Höhe von angenommen 8 MW und einem Rotordurchmesser von = 150 m würde dies beispielsweise eine Turmhöhe von 0,75 x = 112,5 m bedeuten. An Land ist die typische Turmhöhe demgegenüber mindestens gleich dem Rotordurchmesser oder in der Regel sogar noch größer.

Dieser Umstand einer nur gering mit der Höhe anwachsenden Windgeschwindigkeit auf dem Meer muss bei der Planung der Turm- bzw. Nabenhöhen von Offshore-Windenergieanlagen zwingend berücksichtigt werden, da hohe Offshore-Turmhöhen nicht gleichzeitig einen größeren Ertrag versprechen, und des weiteren große Einsparpotenziale bei den Material- und Auslegungskosten gegeben sind. Für die Zunahme der Windgeschwindigkeit mit der Höhe auf See kann man gemäß dem im nächsten Beitrag zu erläuternden Potenzansatz nach Hellmann einen Höhenwindexponenten von α ≈ 0,1 zugrunde legen.

Weiterführende Informationen zum Thema finden sich unter anderem im Buch „Windkraftanlagen: Grundlagen, Technik, Einsatz, Wirtschaftlichkeit“ von Erich Hau (Springer-Verlag, Berlin, 4. Auflage, 2008).