Windenergie: Messflüge in den USA erfolgreich abgeschlossen
Die Technische Universität Braunschweig beteiligte sich mit Flugzeug-
Messungen an der internationalen Windenergie-Messkampagne AWAKEN in den
USA. Die Klaus-Tschira-Stiftung ermöglichte es, dass das TU-
Forschungsflugzeug, eine Cessna F406, Ende August den Überführungsflug in
die USA antrat und bei einem groß angelegten Experiment in den Great
Plains die Nachläufe von Windparks vermessen konnte. Untersucht wird, wie
schnell sich der Wind hinter Windparks an Land wieder erholt.
Ziel der Messkampagne war die Untersuchung der Nachlaufströmungen hinter
großen Windparks an Land,. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden verschiedene
Messgeräte an und um die Windkraftanlagen eingesetzt, wie z.B. Laser und
Radargeräte zur Bestimmung der Windströmung. Die Flugzeug-Messungen
ergänzen diese Dauermessungen in Bereichen, an denen keine Daten verfügbar
sind. Sie können flexibel an die Bedingungen wie die Windrichtung
angepasst werden.
Größerer Einfluss des Geländes
Im Vergleich zu den Messungen über der Nordsee ist der Einfluss von dem
Gelände viel größer. Auch wenn die Great Plains flach sind, fällt das
Gelände nach Osten ab, was besondere Windphänomene hervorruft. Außerdem
erwärmt sich der Boden tagsüber stark und kühlt nachts aus, wodurch
tagsüber starke Turbulenz auftritt, die zu einer schnellen Erholung der
Windgeschwindigkeit führt.
Gestartet ist das Forschungsflugzeug D-ILAB am 22. August 2023 vom
Flughafen Braunschweig-Wolfsburg. Zielort waren die Great Plains in
Oklahoma, USA, um an der Messkampagne im Rahmen des internationalen
Projekts AWAKEN teilzunehmen. Während der fünfwöchigen Messkampagne
erfassten die Braunschweiger Wissenschaftler in systematischen Flügen auf
Nabenhöhe die Ausprägung der Windpark-Nachläufe in verschiedenen
Abständen. Die TU Braunschweig hatte mit dem Institut für Flugführung
bereits in den vergangenen Jahren wichtige Daten bei der Befliegung von
Offshore Windkraftanlagen in der Deutschen Bucht sammeln können.
Logistische und fliegerische Herausforderungen auf der Nordroute
Die Piloten Maik Angermann, Thomas Feuerle und Matthias Cremer überführten
das Flugzeug in etwas mehr als drei Tagen über die sogenannte Nordroute
über den Atlantik gen Westen. Der Ferry-Flug bestand aus insgesamt sieben
einzelnen Flügen. Die Zwischenstopps wurden zum Tanken, Pilotenwechsel und
für die Übernachtung der Crew genutzt. Auf dem ersten Stopp in Wick,
Schottland, wurde die notwendige Überlebensausrüstung aufgenommen,
bestehend aus einer Rettungsinsel und Trockenanzügen. Nach diesem
Zwischenstopp ging es weiter nach Reykjavik in Island. Am zweiten Tag
setzte die Crew die Reise nach Narsarsuaq in Grönland und Goosebay in
Kanada fort. In Kanada wurde die Überlebensausrüstung wieder abgegeben. Am
dritten Tag folgte der Weiterflug in die Vereinigten Staaten mit
Zwischenlandungen in Burlington in Vermont und Fort Wayne in Indiana zum
Zielort Enid-Woodring im US-Bundestaat Oklahoma. In Oklahoma traf die Crew
aus Braunschweig auf die Wissenschaftler und Flugmessingenieure Konrad
Bärfuss, Jonas Füllgraf und Mark Bitter.
Anschließend wurde das Flugzeug für die Messaufgabe vorbereitet. Der
Nasenmast, der dazu dient, atmosphärische Parameter zu erfassen, wurde bei
der Überführung im Flugzeug transportiert und musste in den USA wieder
montiert werden. Nach einer weiteren Inspektion der örtlichen
Luftfahrtbehörde fanden erste Erkundungsflüge statt.
Wichtige meteorologische Daten in 50 Flugmessstunden
In Absprache mit internationalen Wissenschaftlern wurden Flugprofile
geplant und auf die vorherrschende Wettersituation angepasst. Zusätzlich
wurden regelmäßig sogenannte Profile geflogen, also Steig- und Sinkflüge
von möglichst niedriger Höhe bis etwa 1000 Meter Höhe, um die Verteilung
von Temperatur und Wind mit der Höhe zu erfassen. Insbesondere der
Temperaturverlauf mit der Höhe gibt Aufschluss darüber, wie stark die
Atmosphäre durchmischt ist, so dass Windpark-Nachläufe schnell abgebaut
werden.
Am stärksten ausgeprägt sind die Windpark-Nachläufe in der Nacht und in
den frühen Morgenstunden. Daher fanden die Flüge kurz nach Sonnenaufgang
statt.
„Bis Ende September wurden insgesamt 50 Flugmessstunden geflogen und eine
Vielzahl wichtiger meteorologischer Daten aufgezeichnet“, sagt Pilot Maik
Angermann. Diese Datensätze wurden täglich auf einem Server in der Heimat
gesichert. Während es in den USA nachts war und die Crew erholsam schlief,
konnten durch die Zeitverschiebung wissenschaftliche Mitarbeiter*innen
tagsüber auf der anderen Seite des Atlantiks erste Analysen der Messdaten
durchführen. Die Erkenntnisse daraus wurden am Folgetag direkt bei der
Flugplanung berücksichtigt. Am 3. Oktober 2023 setzte die Crew gesund und
munter mit der D-ILAB wieder in Braunschweig auf.
Die Daten werden in den kommenden Monaten und Jahren am Institut für
Flugführung analysiert, um die Erholung der Windgeschiwndigkeit hinter
Onshore-Windparks zu bestimmen. Außerdem stehen die Daten den
internationalen Forschungsteams zur Verfügung. Insbesondere sind die Daten
wichtig, um Modellrechnungen zu prüfen und Modelle zu verbessern.
