Luftgestütztes Windmesssystem zur Evaluation potenzieller Windparkstandorte in komplexem Terrain

Ingenhorst, Christian; Kowalski, Julia; Jacobs, Georg

doi:43919

Luftgestütztes Windmesssystem zur Evaluation potenzieller Windparkstandorte in komplexem Terrain = Airborne wind measurement system for the evaluation of potential wind farm sites in complex terrain

Ingenhorst, Christian^RWTH*

2024 & 2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christian Ingenhorst

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Jacobs, Georg (Thesis advisor)^RWTH* ; Kowalski, Julia (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-02-07

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-00812
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1002990/files/1002990.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Maschinenelemente und Maschinengestaltung (411710)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Messung (frei) ; Multikopter (frei) ; Standortbewertung (frei) ; UAV (frei) ; Wind (frei) ; airborne (frei) ; complex terrain (frei) ; komplexes Terrain (frei) ; wind measurement (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Windgeschwindigkeiten über komplexem Terrain weisen große räumliche Unterschiede auf, wodurch sich ein signifikanter Einfluss auf die Jahresenergieproduktion von Windenergieanlagen ergibt. Um Investitionsrisiken zu minimieren ist daher eine umfangreiche Standortbewertung notwendig. Grundlage dafür bilden üblicherweise stationäre Langzeitmessungen, ergänzt um CFD-Simulationen zur Analyse der räumlichen Windgeschwindigkeitsverteilung. Trotz intensiver Forschungsbemühungen verbleiben für diese Simulationen, insbesondere in komplexem Terrain, signifikante Restunsicherheiten. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Messverfahrens zur Erfassung und Bewertung der räumlichen Windsituation über beliebigem Terrain. Dazu wird ein Multicopter mit einem Ultraschallanemometer ausgestattet, mit einem System zur Fehlerkompensation kombiniert und im Schwebeflug anhand eines stationären Anemometers erfolgreich validiert. Die für die Erfassung räumlicher Verteilungen notwendige Flug- und Auswertungsstrategie wird simulativ in einer Parameterstudie optimiert. Zuletzt wird das System in einer virtuellen Messkampagne zur Anwendung gebracht, um mehrere komplexe Standorte im Hinblick auf ihr Windenergiepotenzial zu bewerten.

Wind speeds over complex terrain show large spatial differences, which have a significant impact on the annual energy production of wind turbines. Therefore, a comprehensive site assessment is necessary to minimize investment risks. This is usually based on stationary long-term measurements supplemented by CFD simulations to analyse the spatial wind speed distribution. Despite being under intensive research, significant uncertainties remain for these simulations, especially in complex terrain. The aim of this thesis is the development of a measurement procedure for the acquisition and evaluation of the spatial wind situation over any terrain. For this purpose, a multirotor is equipped with an ultrasonic anemometer, combined with a system for error compensation and successfully validated in hover flight to a stationary anemometer. The flight and measurement strategy necessary for the acquisition of spatial distributions is optimized in a simulated parameter study. Finally, the system is applied in a virtual measurement campaign to evaluate several complex sites with respect to their wind energy potential.

OpenAccess:
PDF
(additional files)