Forschungsprojekt nutzt neueste Laser-Technik zur besseren Leistungsvorhersage von Offshore-Windenergie
In den nächsten Jahren wird der Ausbau der Offshore-Windenergie stark vorangetrieben. Die Ausbaupläne der deutschen Bundesregierung sehen vor, bis 2030 die Kapazität der Offshore-Windenergie auf mindestens 30 Gigawatt (GW) und bis 2045 auf mindestens 70 GW zu erhöhen. Für die Integration dieser zusätzlichen Leistung in das Stromsystem werden präzise und zuverlässige Leistungsprognosen für Windparks und Windpark-Cluster erforderlich sein. Diese ermöglichen es, kurzfristige Leistungsschwankungen aufgrund starker Fluktuationen in der Windgeschwindigkeit, sogenannten Windrampen, vorherzusehen und entsprechend zu reagieren, um eine noch weiter optimierte Ausnutzung von Kapazitäten der Windparks und des Stromnetzes sicherzustellen.
Ein wichtiger Meilenstein des Forschungsprojekts WindRamp II war der Start der ersten Messkampagne im Offshore-Windpark Amrumbank West. Dort wurden im Frühjahr 2025 drei langreichweitige Scanning-Lidar-Systeme an ausgewählten Windenergieanlagen installiert. Ergänzend dazu sind meteorologische Sensoren im Einsatz, mit denen Daten zur atmosphärischen Stabilität sowie zur vertikalen Struktur des Windfeldes („Profil“-Schätzungen) erhoben werden. Ziel dieser Messkampagne ist es, umfassende Informationen über die Einströmung in den Windpark aus bis zu 15 Kilometern Entfernung zu gewinnen. Amrumbank West befindet sich etwa 35 Kilometer nordwestlich von Helgoland in der Deutschen Bucht und zählt mit 80 Windenergieanlagen zu den großen Offshore-Windparks Deutschlands. Seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2015 liefert der von RWE betriebene Park jedes Jahr ausreichend Energie, um rechnerisch rund 300.000 Haushalte mit Strom zu versorgen. Die geographische Lage und Größe des Parks bieten ideale Voraussetzungen für die Validierung der im Projekt eingesetzten Technologien.
Kurzfristige Veränderungen der Windgeschwindigkeit können mit konventionellen Methoden oft nicht zuverlässig genug vorhergesagt werden. Daher ist ein zentraler Aspekt des Projekts der Einsatz von langreichweitigen Scanning-Lidar-Geräten zur Erweiterung des Vorhersagehorizonts und zur Verbesserung der Vorhersagequalität. Auf dieser Grundlage können beobachtergestützte Windleistungsvorhersagen erstellt werden. In Kombination mit kurzfristigen Lidar-Prognosen und einer gleichzeitigen Flexibilisierung des Netzes kann dies dazu beitragen, die Abregelung von Offshore-Windenergie aufgrund von Netzengpässen zu optimieren und den Bedarf an Ausgleichsenergie zu minimieren.
Mit dem Vorhaben „WindRamp II“ knüpft ForWind Oldenburg an die erfolgreichen Arbeiten des im Dezember 2023 abgeschlossenen Projekts „WindRamp“ an, bei dem eine beobachtergestützte Kürzestfristvorhersage für die Windgeschwindigkeit und -leistung erforscht wurde. Ziel des neuen Vorhabens ist es, diese Prognosemethoden auf heterogene Windpark-Cluster mit sehr großen Windenergieanlagen auszuweiten und neue Methoden zu entwickeln, die die Prognosegenauigkeit, den Prognosehorizont und die Zuverlässigkeit bei ungünstigen Wetterbedingungen verbessern. Das Projekt wird von ForWind, dem Zentrum für Windenergieforschung der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen, koordiniert. Zu den Verbundpartnern gehören energy & meteo systems, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) – Institut für Vernetzte Energiesysteme und RWE. METEK, Abacus Laser und Tennet sind als assoziierte Partner beteiligt. Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE).
Das Teilvorhaben von ForWind Oldenburg zielt darauf ab, die beobachtergestützte Prognose auf heterogene Windpark-Cluster mit sehr großen Windenergieanlagen zu erweitern und neue Methoden für erhöhte Prognosegenauigkeit und einen erweiterten Prognosehorizont zu entwickeln. In der Arbeitsgruppe Windenergiesysteme an der Universität Oldenburg soll durch die verbesserten Leistungsprognosen eine zuverlässigere Systemintegration der Windenergie mit geringerem Ausgleichsenergieeinsatz sowie Warnungen bei erwarteten Rampenereignissen entwickelt werden. Dabei kommen die im Projekt WindRamp von Abacus Laser und METEK entwickelten neuartigen Technologien von langreichweitigen „XXL“ Scanning-Lidar- Geräten mit verbesserter Reichweite und höherer Auflösung zum Einsatz.
Im Rahmen von WindRamp II wird der Projektpartner RWE die Erprobung eines solchen neuartigen XXL-Lidar-Prototyps durchführen, der das Windfeld in einer Entfernung von bis zu 25 Kilometern erfassen wird. Dieses innovative Gerät wurde nun ausgeliefert. Es wird zunächst eine onshore Testphase in Norddeutschland durchlaufen. Im kommenden Jahr soll das XXL-Lidar dann im weiteren Projektverlauf in einem Offshore-Windpark-Cluster vor Helgoland getestet werden, um die Praktikabilität und Effektivität der Technologie in realen Offshore-Bedingungen zu bewerten und zu optimieren.
Das ebenfalls am Projekt beteiligte DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme nutzt Lidar-Kürzestfristprognosen, um die Integration von schwankender offshore Windenergie in das Stromsystem zu optimieren. Neu ist, dass die erwartete Güte der Prognose berücksichtigt wird, um die Planbarkeit des Windstroms und die anderer Kraftwerke zu erhöhen und Integrationskosten von Offshore-Windenergie zu senken.
energy & meteo systems wird die Winddaten aus den Lidar-Messungen sowie die aktuellen Erzeugungsdaten mehrerer Offshore-Parks für eine verbesserte Kurzfristvorhersage der Leistung nutzen. Durch die Kombination dieser Datenquellen soll die nicht nur Genauigkeit der Vorhersagen weiter erhöht werden, sondern für Stromhändler und Netzbetreiber soll auch eine wirksame und rechtzeitige Vorwarnung vor Rampenereignissen entwickelt werden.
Die Projektlaufzeit endet im Mai 2027 und die Ergebnisse werden nicht nur in wissenschaftlichen Publikationen zur Verfügung gestellt, sondern werden auch konkrete Anwendung in der Praxis finden. Insbesondere ist hier die Zusammenarbeit mit dem sich noch im Bau befindlichen Offshore Windpark OranjeWind zu erwähnen. Parallel zu WindRamp II unterstützt OranjeWind die Demonstration eines Echtzeit-System für die Kürzestfrist-Leistungsprognose im Windpark Amrumbank-West. Die Erfahrungen aus beiden Projekten werden dann in ein Pilotvorhaben im Offshore Windpark OranjeWind einfließen, wenn dieser vollständig in Betrieb ist.
