Kleinwind STEP-A
Untersuchung des technologischen und ökonomischen Potenzials von Kleinwindenergieanlagen in bewohnten Gebieten in Österreich (Small wind power Technological and Economic Potential – Assessment)
Das Ziel dieses Projekts ist es, das Potenzial von KWEA als ökologisch, ökonomisch und technologisch nachhaltige Energiequelle zu untersuchen. Dies soll durch eine detaillierte Analyse der rechtlichen, technischen und ökonomischen Rahmenbedingungen, die bisher die weitere Verbreitung von KWEA in urbanen Gebieten verhindern, bewerkstelligt werden.
- Ausgangssituation/Motivation
Basierend auf den zeitabhängigen, witterungsbedingten Rahmenbedingungen sind die städtischen Windströmungsverhältnisse auch geprägt durch die gegenseitige Wechselwirkung unterschiedlicher Strömungsphänomene (z. B. direkte Anströmung, Strömungsablösung, Wiederanlegen der Strömung, usw.), die aufgrund der städtischen Geometrie bedingt werden. Daher ist eine möglichst exakte Vorhersage eines städtischen Windgeschwindigkeitsfeldes eine sehr herausfordernde Aufgabe. Typischer Weise können solche Fragestellungen mittels dreidimensionaler numerischer Strömungssimulationen (CFD- Computational Fluid Dynamics) berechnet werden. Diese Simulationen sind allerdings sehr zeitaufwändig und daher ungeeignet für schnelle Größenordnungsabschätzungen, wie sie in einer frühen Planungsphase gebraucht werden. Zur Entwicklung eines Softwarewerkzeuges, das zur schnellen Abschätzung der extrahierbaren Windenergie in der urbanen Umgebung genutzt werden kann, ist eine Verallgemeinerung bzw. Vereinfachung des Windströmungsfeldes notwendig. Zur Erarbeitung dieser Vereinfachungen werden im Rahmen von AP3 dieses Projektes Ergebnisse dreidimensionaler CFD Simulationen eingesetzt. Ein solches Softwaretool kann dann nicht nur zur Wirtschaftlichkeitsbeurteilung vor der Installation einer KWEA herangezogen werden, sondern auch zur Beurteilung möglicher Energieversorgungsszenarien in den frühen Stadien städtischer Planungsprozesse.
- Inhalte und Zielsetzungen
Auf Basis der Ergebnisse der numerischen Strömungssimulationen des Windgeschwindigkeitsfeldes in einem bestimmten städtischen Bereich kann das Potential extrahierbarer Windenergie in diesem städtischen Bereich abgeschätzt werden. Die im Rahmen dieses Projektes entwickelte analytische Berechnungsmethode hierfür fußt auf der Annahme eines verallgemeinerten/vereinfachten Windgeschwindigkeitsfeldes im städtischen Bereich, über das Annahmen getroffen werden müssen, und das nur die Abhängigkeit von bestimmten Parametern der städtischen Morphologie wie Gebäudehöhen und Gebäudeabstand berücksichtigen kann. Dadurch wird aber die Schwankungsbreite der Aussagen über das mögliche Windenergiepotential erhöht.
Für eine schnelle Abschätzung der extrahierbaren Windenergie in der ersten Planungsphase eines Stadtteils, zu einem Zeitpunkt an dem nicht mehr als grundlegende Informationen über die grundsätzlichen Witterungsbedingungen und die erwähnten morphologischen Parameter der Stadtteilgeometrie vorliegen, ist eben genau der Einsatz einer solchen analytischen Methode unter Inkaufnahme einer höheren Fehlerbreite gerechtfertigt. Die Fehlerbreite hängt bei jeder Anwendung der analytischen Methode am individuellen Stadtteil von der Abweichung des realen Windgeschwindigkeitsfeldes über das gesamte Jahr vom angenommenen verallgemeinerten Windgeschwindigkeitsfeld ab.
Das Ziel von AP3 dieses Projektes nämlich die Erarbeitung einer einfachen und schnellen, analytischen Berechnungsmethode, zur Vorhersage des Windenergiepotentials, die auch für Wirtschaftlichkeitsanalysen vor der Installation von KWEA im städtischen Bereich eingesetzt werden kann, wurde somit erreicht. Die Berechnungsmethode liefert sinnvolle Ergebnisse unter den bekannten/einsetzbaren Zahlenwerten für die angenommenen Inputparameter. Anhand eines Beispielfalles konnte die Vorhersagegenauigkeit auch getestet werden.
- Methodische Vorgehensweise
- Im Rahmen des Projekts wurden intensive Gespräche mit nationalen und internationalen Windenergieverbänden geführt, als auch an der Kleinwindtagung in Hannover teilgenommen. So konnten Informationen aus erster Hand gewonnen werden. Zusätzlich wurde auch eine fundierte Marktanalyse durchgeführt und eine Stärken-Schwächenbewertung von insbesondere den beiden Technologien (vertikale- und horizontale Windkraft).
- Die methodischen Schritte zur Entwicklung der analytischen Berechnungsmethode zur Vorhersage des Windenergiepotentials bestanden aus drei Teilen: 1) Numerische Strömungssimulationen für vereinfachte, zweidimensionale, parametrisierte, städtische Geometrie zur Berechnung der zugehörigen Windgeschwindigkeitsverteilungen 2) Ableiten einer analytischen Formel aus den Simulationsergebnissen, die näherungsweise die berechneten Geschwindigkeitsprofile in Abhängigkeit der angenommenen Parameter reproduziert und Erweiterung hin zur Berechnung des möglichen Energieoutputs 3) Testen der erarbeiteten Berechnungsmethode am Beispiel einer realen Stadtteilgeometrie.
- Wirtschaftlichkeitsberechnung: Es wurde ein Berechnunstool erstellt mit dem es möglich ist die (prognostizierten) Ertragsdaten finanziell zu Bewerten. Es wurde dabe sowohl auf Statische als auch auf dynamische Berechnunsverfahren zurückgegriffen. Darauf aufbauend wurden mehrere repräsentative Szenarien durchgerechnet und zum Vergleich einer PV Anlage gegenübergestellt.
-Ergebnisse
Die im Rahmen dieses Projektes entwickelte analytische Berechnungsmethode zur Vorhersage des Windenergiepotenzials an ausgewählten, urbanen Standorten soll der Integration von KWEA im städtischen Bereich dienen. Bei der entwickelten, analytischen Berechnungsmethode wird ein angenommenes, lokales, städtisches Windströmungsfeld für die Abschätzung des Windenergiepotentials zugrundegelegt.
Der Wirtschaftlichkeitsrechner beinhaltet ein Zentrales Arbeitsblatt in dem die Eingabe der veränderlichen Parameter durch den Benutzer erfolgt. Im gleichen Blatt werden auch die aussagekräftigen Diagramme ausgegeben. Das Arbeitsblatt ist als open source gestaltet. Alle Parameter sind grundsätzlich veränderbar und die Berechnungsalgorithmen liegen offen.
Es wurde der Status quo der Kleinwindkraft in Österreich und International dargestellt. Eine Übersicht über den Markt und des Technologiestatus, sowie von Entwicklungstendenzen wurde gegeben. Die Bewertung der nationalen rechtlichen Rahmenbedienungen im Vergleich zu anderen europäischen Ländern hinsichtlich KWEA war ein weiterer integraler Bestandteil der Marktanalyse. Aus den gesammelten Daten sowie den durchgerechneten Szenarien wurden Ableitungen für politische Rahmenbedienungen getroffen, welche zur Forcierung von Kleinwind nötig wären.
Projektleiter
DI Dr. Mirza Popovac
AIT-Austrian Institute of Technology
Gieffinggasse 2
1210 Wien
Kontaktadresse (Adresse, Tel/Fax, E-Mail; Webpage des Instituts/Unternehmen;
Webpage des gegenständlichen Projekts, falls vorhanden)
Auflistung der weiteren Projekt- bzw. Kooperationspartnern
Name / Institut oder Unternehmen
Denkstatt:
Hietzinger Hauptstraße 28
1130 Wien
www.denkstatt.at
AEE NÖ-Wien
Schönbrunnerstr. 253/10
1120 Wien
www.aee-now.at