Windenergie effizient nutzen auf Dächern und an Straßenrändern
Knapp 10% des Stromverbrauchs in Deutschland wurden im Jahr 2014 von Windenergie gedeckt. Deren Potenzial wird aber noch deutlich höher eingeschätzt. Projekt „WIND-AREA“ zeigt neue Standorte für Kleinwindanlagen auf.
Viele theoretisch nutzbare Flächen werden nicht verwendet. Prof. Dr. Martina Klärle von der Frankfurt University of Applied Sciences (Frankfurt UAS) will dies mit ihrem Projekt „WIND-AREA“ ändern. Mit ihrem Forschungsteam hat sie eine Methode entwickelt, die Windströmungen und ihr Verhalten im Bereich von Hindernissen genau modelliert und somit die wirtschaftlichen Standorte für Kleinwindanlagen automatisiert selektiert. Dafür ist sie von einer Jury aus anerkannten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter die drei Finalisten des Deutschen Nachhaltigkeitspreises Forschung 2015 gewählt worden.
„WIND-AREA“ ist eine auf 3D-Geodaten basierende automatisierte Potenzialanalyse speziell für Kleinwindanlagen. Mit Hilfe eines Computerprogramms können Standorte identifiziert werden, für die die Einrichtung von Kleinwindanlagen eine maximale wirtschaftliche und energetische Effizienz erwarten lässt. Die Methode basiert auf der Verschneidung von hochauflösenden Laserscandaten der Erdoberfläche mit regionalen Winddaten durch Werkzeuge aus der ingenieurwissenschaftlichen Strömungslehre. Die Potenzialkarten von „WIND-AREA“ zeigen im Untersuchungsgebiet flächendeckend die Starkwindströme auf, z. B. auf Gebäudedächern, an Straßenrändern oder landwirtschaftlichen Flächen; dabei kann die Windgeschwindigkeit in jeder beliebigen Höhe beispielsweise von einem bis zehn Metern über der Geländeoberfläche oder über Gebäuden dargestellt werden. Auch die Häufigkeitsverteilung der Windgeschwindigkeit und -richtung kann abgebildet werden. Mittlerweile wurden die Simulationen für städtische Gebiete (z. B. Frankfurt-Höchst) und ländliche Gemeinden (z. B. Lautertal in Hessen und Waldaschaff in Bayern) durchgeführt. Sie sind auf alle anderen Gemeinden oder Regionen in Deutschland übertragbar.
Die Informationen, die „WIND-AREA“ liefert, sind bei der Wahl des Anlagentyps ausschlaggebend und ersetzen kostspielige Test-Messungen. Bei Kleinwindanlagen ist die Kenntnis der genauen Windgeschwindigkeit und der Häufigkeitsverteilung am Standort besonders wichtig, da die Windgeschwindigkeit in Bodennähe stark schwankt. Gründe dafür sind Topografie, die unterschiedlich rauen Oberflächen und Verwirbelungen durch Hindernisse wie Baumbewuchs oder Häuser. Die Energieausbeute einer Windkraftanlage steigt mit der dritten Potenz zur Windgeschwindigkeit. Das bedeutet, die doppelte Windgeschwindigkeit bringt achtfachen Stromertrag. Dadurch können wirtschaftliche Standorte für Kleinwindräder auch auf Privatgebäuden oder Gartengrundstücken gefunden werden. In städtischen Gebieten und Ballungsräumen mit hohem Stromverbrauch bieten Kleinwindanlagen neben Solardachanlagen eine zusätzliche Möglichkeit, Strom verbrauchernah zu erzeugen. Das Hessische Ministerium für Wissenschaft und Kunst förderte das Projekt von 2012 bis 2013 mit 70.000 Euro aus dem Innovationsfonds Forschung (IFoFo).
„Besonders im städtischen Umfeld haben Kleinwindanlagen eine steigende Bedeutung für eine nachhaltige Energieerzeugung“, betont Klärle. Auch der Präsident der Frankfurt UAS, Prof. Dr. Frank E.P. Dievernich, unterstützt das Projekt der Professorin: „Gerade Kleinwindkraftanlagen bieten wegen ihrer vielseitigen Anwendbarkeit ein großes Potenzial für den weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien und stehen bei weitem weniger in der Kritik als andere Energiequellen, wie Kohle oder Gas. In Anbetracht der Verknappung fossiler Energieträger gewinnt eine klimaschonende und effiziente Stromerzeugung aus politischer, gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Sicht immer stärker an Bedeutung. Das Thema der Erneuerbaren Energien ist ein wichtiger Forschungsschwerpunkt der Frankfurt UAS.“
Weitere Projekte im Forschungsschwerpunkt Erneuerbare Energien im Landmanagement an der Frankfurt UAS:
