Deutscher Wetterdienst

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1 Deutscher Wetterdienst Klimatologische Beratung für erneuerbare Energien 21. Windenergietage 2012, Forum 7 im Meteorologischen Observatorium Lindenberg und im Wettermuseum Überblick Ressourcen der Windenergie Winddaten Windkarten Winddaten für Windenergienutzer Energieübertragung (Netze) Analyse von Schadensereignissen (Wind-, Eis- oder Schneelasten) Unterstützung bei der Planung (Bewertung von Trassenverläufen, Beratung zu Wind-, Eis- oder Schneelastzonenkarten der jeweiligen Normen) Ressourcen der Solarenergie Globalstrahlungsdaten Solarstrahlungskarten DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 1

2 Überblick Ressourcen der Windenergie Winddaten Windkarten Winddaten für Windenergienutzer Energieübertragung (Netze) Analyse von Schadensereignissen (Wind-, Eis- oder Schneelasten) Unterstützung bei der Planung (Bewertung von Trassenverläufen, Beratung zu Wind-, Eis- oder Schneelastzonenkarten der jeweiligen Normen) Ressourcen der Solarenergie Globalstrahlungsdaten Solarstrahlungskarten Flächendeckende Rasterdaten der Globalstrahlung Satelliten- Daten (8km x 8km) Daten von 120 Messstationen Rasterdaten der Global- Strahlung (1km x 1 km) Datensätze Karten Monatssummen Jahressummen Mittelwerte (Monate / Jahre) DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 2

3 Überblick Ressourcen der Windenergie Winddaten Windkarten Winddaten für Windenergienutzer Energieübertragung (Netze) Analyse von Schadensereignissen (Wind-, Eis- oder Schneelasten) Unterstützung bei der Planung (Bewertung von Trassenverläufen, Beratung zu Wind-, Eis- oder Schneelastzonenkarten der jeweiligen Normen) Ressourcen der Solarenergie Globalstrahlungsdaten Solarstrahlungskarten DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 3

4 Windmessdaten des DWD Standorte: freie Lagen in ländlichen Gebieten und auf Flugplätzen teilweise auch bebaute und bewaldete Gebiete Installation der Windmessgeräte überwiegend Windmessmasten auch an Türmen oder auf Dächern von Gebäuden Messhöhen üblicherweise 10 m bis 12 m über Grund Ausnahmen: bebaute und bewaldete Gebiete (Messhöhen bis zu 30 m über Grund) zeitliche Auflösung der Windmessungen 1-Stunden Mittelwerte 10-Minuten Mittelwerte 3 bis 5-Sekunden Böen DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 4

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7 Winddaten für Windenergienutzer, 2. Auflage, Version 6 Winddaten ausgewählter Stationen Zeitraum 1988 bis 2004 (alte Bundesländer) Zeitraum 1992 bis 2004 (neue Bundesländer) Auswahlkriterien der Windmessdaten Länge der Zeitreihe: mindestens 5 Jahre Datenverfügbarkeit: mindestens 90 % Homogenität der Zeitreihen Informationen zur Messstation und ihrer Historie Stations-Metadaten Befragung des Stationspersonals Stationsbesichtigungen: Analyse der Hindernisse und der Landnutzung in der Stationsumgebung Version 6: Stand 2012, 170 Stationen DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 7

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9 Statistisches Windfeldmodell (SWM) des DWD Messdaten von 220 Stationen Messzeitraum ÜBERBLICK (!) über die Windverhältnisse Winddaten flächendeckend Bundesweit im 1km - Raster Für genaue Planungen zur Erstellung einer Bundesländer im 200 m Raster Windkraftanlage sind standortbezogene abhängig von Analysen unverzichtbar! geographischer Lage, (z. B. Windmessungen vor Ort, Höhe über dem Meeresspiegel, Art der Landnutzung, Windenergiepotenzialgutachten) DWD-Informationsveranstaltung Geländeform. zu den "Windenergietagen 2012", , Lindenberg DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 9

10 Überblick Ressourcen der Windenergie Winddaten Windkarten Winddaten für Windenergienutzer Energieübertragung (Netze) Analyse von Schadensereignissen (Wind-, Eis- oder Schneelasten) Unterstützung bei der Planung (Bewertung von Trassenverläufen, Beratung zu Wind-, Eis- oder Schneelastzonenkarten der jeweiligen Normen) Ressourcen der Solarenergie Globalstrahlungsdaten Solarstrahlungskarten Windlasten bei der Planung von Bauwerken (Freileitungen) Die Windzonenkarte der Windlastnorm DIN1055-4: * wurde auf der Grundlage von Windmessdaten von 183 Stationen des DWD mit Hilfe von Extremwertanalysen erstellt (Kasperski et al., 2001; Niemann, 2002). * Entspricht DIN EN /NA: , die aktuell gültig ist. * Die Windlastannahmen wurden in die zugehörige Freileitungsnorm DIN EN : übernommen. Windzone WZ1 WZ2 WZ3 WZ4 Referenzwindgeschwindigkeiten v ref (m/s) aus Höffer et al., 2005 DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 10

11 Windlasten bei der Planung von Bauwerken (Freileitungen) Windzonenkarte enthält die Referenzwindgeschwindigkeiten v ref, die für einheitliche Standardbedingungen gelten: maximaler jährlicher 10-Minutenmittelwert der Windgeschwindigkeit, der in einem mittleren Wiederkehrintervall von 50 Jahren auftritt. Gilt unabhängig von der Windrichtung für ein ebenes Gelände der Geländekategorie II (offenes Landschaftsbild mit Hecken, und einzelnen Gehöften, Häusern und Bäumen) für eine Höhe von 10 m über Grund. Windzone WZ1 WZ2 WZ3 WZ4 Referenzwindgeschwindigkeiten v ref (m/s) aus Höffer et al., 2005 Windlasten bei der Planung von Bauwerken (Freileitungen) Aus den Referenzwindgeschwindigkeiten können gemäß DIN1055-4: * die Windlasten in Form von Windstaudrücken abgeleitet werden. Die DIN1055-4: * enthält Angaben zur Analyse der Windlasten für andere Geländekategorien und andere Höhe über Grund. Nach DIN1055-4: * sind... für Kamm- und Gipfellagen der Mittelgebirge... besondere Überlegungen erforderlich. Derartige Auswertungen werden durch den DWD erstellt. Windzone WZ1 WZ2 WZ3 WZ4 Referenzwindgeschwindigkeiten v ref (m/s) aus Höffer et al., 2005 DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 11

12 Eislasten bei der Planung von Bauwerken (Freileitungen) Die Eislastzonenkarte der DIN1055-4: * wurde unter Nutzung einer DWD-Zuarbeit an das Normungsgremium auf der Grundlage von Eislastmessdaten von 40 Stationen überwiegend im Nordosten Deutschlands erstellt. In der DIN : * werden zwei Vereisungsklassen definiert. Für die Vereisungsklasse G wird eine allseitige Ummantelung der Bauteile mit Klareis oder Glatteis angenommen, die durch die Dicke der Eisschicht definiert ist Bei der Vereisungsklasse R führt die vorherrschende Windrichtung während der Vereisung des Bauwerks zum Aufbau einer einseitigen, gegen den Wind anwachsenden kompakten Raueisfahne. Für beide Vereisungsklassen sind für Höhenlagen 600 m ü NN und Bauwerkshöhen 50 m die Eislasten und die Eisablagerungsquerschnitte (Eisfahnen) für vier Eiszonen angegeben. *Entspricht in Teilen der DIN EN /NA: Eislastzonenkarte der DIN : Eislasten bei der Planung von Bauwerken (Freileitungen) Die Regelungen der DIN : * decken normale Verhältnisse ab. In besonders exponierten oder gut abgeschirmten Lagen darf die maßgebende Vereisungsklasse zutreffender durch ein meteorologisches Gutachten festgelegt werden. Für Höhenlagen oberhalb 600 m über NN sollte die Vereisungsklasse durch ein Gutachten in Abstimmung mit der zuständigen Behörde festgelegt werden.... Bei Schadensfällen ist zu klären, ob die Normeislasten überschritten wurden. Eislastzonenkarte der DIN : DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 12

13 Eislasten: Beispiel Münsterland Auswirkungen des Nassschneeereignisses im Münsterland, : Verkehr (Luft, Bahn, Straße) war stark beeinflusst, mehr als 80 Freileitungsmasten wurden beschädigt, ein großräumiger Stromausfall beeinflusste insgesamt bis zu Einwohner für bis zu 4 Tage Nassschneeereignis im Münsterland, Photos: Copyright by DPA, Reuters u.a. Fotos: Kießling, F. and Wichura, B. (2009). Eislasten an Freileitungen, meteorologische Vorhersagen und Beobachtungen an Leitungen. ew - Energiewirtschaft, 108(9): Und: DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 13

14 Bestimmung der Nassschneelasten für das Münsterland-Ereignis Was wurde abgelagert? Nassschnee oder Eis? Nassschnee! Beobachtungen an Wetterwarten des DWD Messwerte der Lufttemperatur, der relativen Feuchte Radiosondierungen Fotos und Filme Welche Dichte hatten die Ablagerungen? 300 ± 50 kg/m 3 Messungen der Schneedichte ( : 170 kg/m 3 Wetterwarte Münster/Osnabrück) Schneedichte als Funktion der Windgeschwindigkeit (Poots, 1996) Welche Durchmesser der Ablagerungen wurden beobachtet? Analyse von Fotos (Gutachten zur Vermessung) Berichte der Medien ± 3 cm Deutschländer and Wichura (2006). Das Münsterländer Schneechaos am 1. Adventswochenende 2005, Klimastatusbericht 2005, Deutscher Wetterdienst, pp (in German) Häufigkeit des Auftretens ähnlicher Ereignisse (im Münsterland) T w... Feuchttemperatur t- w Es > 0.2 existieren C Kriterium keine direkt gemessenen Zeitreihen der 1,29 I... Wachstumsrate der Nassschneeablagerung. I = 2100 [ Vm ] Tag Nassschneeablagerung 1,29 I- = Die 2100 Auswertungen [ 0.5 Vm ] Nacht sind Vnur m... Sichtweite anhand abgeleiteter Größen auf der Grundlage M... von Nassschneelast (vereinfachten) Modellrechnungen i = M i 1 + Ii 1Di 1 τ möglich. D... Ablagerungsdurchmesser - Die 1 2 Ergebnisse 4( M 1) resultieren 2 aus einer im Messzeitraum i M i Dnoch i = nicht + Di 1 πρ beobachteten Kombination verschiedener i meteorologischer Parameter (Temperatur, Feuchte, Schneefall, Windgeschwindigkeit) und deren Andauer in der Region. Makkonen, L. und Wichura, B., Simulating wet snow loads on power line cables by a simple model. Cold Regions Science and Technology, 61(2-3): DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 14

15 Schneelasten bei der Planung von Bauwerken Die Schneelastzonenkarte der DIN1055-5: * wurde unter Nutzung von DWD-Messdaten an 331 Stationen (Wasseräquivalent der Schneedecke und Zusatzinformationen) im Rahmen eines europäischen Projekts erstellt. Charakteristische Werte für Schneelasten werden für die Schneelastzonen angegeben. Die Regelungen der der DIN1055-5: * gelten in der Regel nicht für Orte, die höher als m über NN liegen. Für diese müssen in jedem Einzelfall von der zuständigen Behörde entsprechende Rechenwerte festgelegt werden. Bei Schadensfällen ist zu klären, ob die Normschneelasten überschritten wurden. *Entspricht in Teilen der DIN EN /NA: Schneelastzonenkarte der DIN1055-4: Ansprechpartner: Dr. Bodo Wichura Deutscher Wetterdienst Regionales Klimabüro Potsdam Michendorfer Chaussee Potsdam mailto:bodo.wichura@dwd.de Tel.: +49 (0) 331 / Fax: +49 (0) 331 / DWD, Regionales Klimabüro Potsdam 15