Urbane Windenergie

Die steigende Urbanisierung der Weltbevölkerung und der damit verbundene steigende Energieverbrauch von Städten erfordert zur Erreichung der Klimaziele u.a. eine Umstellung der Energieversorgung von Städten auf erneuerbare Energieträger. Die Kleinwindkraft stellt neben der Photovoltaik in besiedelten Gebieten eine Möglichkeit dar, die Ziele der neuen EU Gebäuderichtlinie, mit der Forderung nach „nearly zero energy“ Gebäuden, zu erreichen. Es mangelt jedoch einerseits an innovativen Konzepten für Kleinwindkraftanlagen, andererseits gibt es bei der Standortevaluierung und dem Einsatz von Kleinwindkraftanlagen (KWKA) bei stark turbulenten Windverhältnissen, wie sie in urbanen Gebieten oftmals vorherrschen, noch viele planungs- und sicherheitstechnische Unsicherheiten. So ist die Wirkung turbulenter Strömungsbedingungen auf die Performance von Kleinwindkraftanlagen im Detail nicht bekannt. Außerdem liegen für den Einsatz von Kleinwindkraftanlagen im urbanen Gebiet bis dato keine umfassenden Wirkungs- und sicherheitstechnischen Analysen zur Beurteilung der Interaktion mit der Umgebung und des Gefährdungspotentials vor.

Die Untersuchungen werden an zwei repräsentativen Technologien, einer KWK-Anlage mit vertikalem und einem mit horizontalem Rotor, am gleichen urbanen Standort, der ENERGYbase in Wien – Floridsdorf, und am ländlichen Teststandort in Lichtenegg durchgeführt. Aufgrund der methodischen Vorgangsweise, stellen die Ergebnisse des vorliegenden Projektvorhabenseine wesentliche Grundlage für die technische Beurteilung des Einsatzes von KWKA im urbanen Raum im Allgemeinen dar.

Für den gewählten urbanen Standort wird eine umfassende mess- und simulationstechnische Charakterisierung der turbulenten Windverhältnisse durchgeführt. Durch eine Evaluierung unterschiedlicher CFD-Modelle wird untersucht, welcher Simulationsansatz für die Standortbegutachtung einer KWKA im urbanen Raum am geeignetsten ist. Anschließend werden die Auswirkungen von turbulenten Strömungsbedingungen anhand ausgewählter Turbulenzeigenschaften auf die Performance einer KWKA untersucht.

In einer Wirkungsanalyse werden basierend auf Schwingungsmessungen einerseits die Interaktionen mit dem Gebäude und andererseits die Belastung der KWK-Anlage selbst in Abhängigkeit von der Turbulenzstärke der vorherrschenden Windbedingungen. Da die verursachten Schallemissionen ein weiter sehr wichtiger Entscheidungsparameter für den Einsatz von KWK-Anlagen besiedelten Gebieten sind, wir dieser Aspekt im vorliegenden Projektvorhaben einer detaillierten Untersuchung unterzogen. Zusätzlich wird auch die Frage nach der von KWKA im urbanen Raum ausgehenden Gefährdung für Personen, insbesondere des Risikos durch Vereisung, untersucht. Durch eine experimentelle Untersuchung des Eiswurfes sowie die Anwendung einer probabilistischen Sicherheitsanalyse zur Ermittlung der Risiken durch Brand, wird die Basis für die Beurteilung der Sicherheit von KWKA geschaffen.

Grundsätzlich sollen folgende durch das Projekt beantwortet werden:

  1. Wie können die Windverhältnisse bei stark turbulenten Strömungsbedingungen im städtischen Bereich charakterisiert werden? Welche Messungen und Modellansätze sind geeignet, um einen geplanten KWKA-Standort im städtischen Bereich hinsichtlich Leistungspotenzial und Belastung der vorgesehenen Anlage zu beurteilen?
  2. Welchen Einfluss haben stark turbulente Windverhältnisse auf den Ertrag und die Lebensdauer einer Kleinwindkraftanlage sowie die Qualität des ins Netz eingespeisten elektrischen Stroms?
  3. Welche Belastung der umgebenden Infrastruktur durch Vibrationen und potenzielle Gefährdung für Personen geht von KWKA im urbanen Raum aus und wie hoch ist das Gefährdungspotential?
  4. Welche KWK-Technologie ist für die Anwendung in bebauter Umgebung geeignet?

Projektbeginn: 01. Oktober 2014

Ansprechperson: Markus Drapalik

Partner:
AIT Austrian Institute of Technology GmbH

Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energieen
energiewerkstatt Technisches Büro und Verein für erneuerbare Energie
Solvento energy consulting GmbH
Technikum Wien GmbH – Institut für Erneuerbare Energie,
Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik

 

Universität für Bodenkultur Wien