Übersicht I II Waldvorkommen Wirtschaftlichkeit III Standsicherheit IV Zusammenfassung Abteilung: 08.11.2010 2
Übersicht Fragestellungen: Wie wird der Wald gutachterlich erfasst / bewertet? Welchen Einfluss hat der Wald auf das Windprofil? Wie ändert sich der Ertrag in Folge von Wiederaufforstung? Gibt es Energieertragsänderungen durch Laubfall? Welche Turbulenzen sind über Waldgebieten zu erwarten? Abteilung: 08.11.2010 3
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Wald weltweit Wald 33% der Landfläche > 40% Wald; h > 5 m 10% - 40% Waldfragmente Buschland, etc. Quellen: http://www.grida.no/publications/other/geo3/?src=/geo/geo3/english/fig91.htm Abteilung: 08.11.2010 5
Wald in Deutschland Gesamtfläche: 1.075.799 ha Waldfläche Entspricht 31 % der Landesfläche von Deutschland Davon: 30 % Fichten 23 % Kiefern 15 % Buchen 8 % Eichen 24 % Douglasie, andere Quelle: Bundeswaldinventur 2002 Abteilung: 08.11.2010 6
Waldtyp Windenergierelevante Größen durchschnittlicher Wälder: Alter [a] Tendenz Wuchsdichte [1/ Tendenz Kronenbreite [m] ha] Typ Höhe [m] Tendenz Fichte 18 47 801 4.2 5.6 Kiefer 15.7 48 910 4 Buche 19.9 65 509 5 20 Eiche 17 62 460 Quelle: Bundeswaldinventur 2002 Abteilung: 08.11.2010 7
Waldtyp Bergwald Buchenwald Kiefernwald Dichte des Waldes variiert Höhe des Baumbestandes variiert Junger Mischwald Individuelle Betrachtung nötig! Abteilung: 08.11.2010 8
Waldvermessung Laservermessung von: Höhen Breiten Abständen Abteilung: 08.11.2010 9
Wald = physikalischer Wert Gutachterliche Bewertung mittels sog. Rauigkeiten Rauigkeit (R) = Nutzung der Erdoberfläche (Landnutzung), hat Auswirkungen auf das Windprofil und gibt an, wie durchlässig die Landnutzungsart ist: R = 0.01 m blanke Erdoberfläche R = 0.1m Acker und Wiese mit Buschwerk durchsetzt R = 1.0 m Städte Beispiele für Waldrauigkeiten: Dichter Wald ausgeprägte Krone, alter Waldbestand, dicht mit Buschwerk R = 1.0 m Lichter Wald Baumbestand mit großen Abständen, wenig Unterholz R = 0.8 m Jungwald nur geringe Höhe, wenig Unterholz R = 0.6 m Abteilung: 08.11.2010 10
Waldeigenschaften Zumeist Kuppenlagen, Berglagen, Hanglagen Saisonale Änderungen, Laubfall Oftmals von Buschwerk durchsetzt Veränderungen des Waldbestandes durch Krankheiten, Rodungen, Sturmschäden Abteilung: 08.11.2010 11
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Wirtschaftlichkeit - Windprofil a) Windmessung, ohne Wald im Flachland 350 m hoch 8 Messstellen dargestellt Auswertungsdauer 2 Jahre Waldhöhe = 0 m b) Windmessung, im Wald im Mittelgebirge 130 m hoch 5 Messstellen dargestellt Auswertungsdauer > 12 Monate Waldhöhe = ca. 20 m 400 350 300 250 200 150 100 50 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 0 0 5 10 15 Abteilung: 08.11.2010 13
Wirtschaftlichkeit - Windprofilanpassung Nabenhöhenreduktion: Wald lässt nur wenig Wind durch Wald kann auch wie ein Hindernis wirken Effektive Änderung der tatsächlichen Turmhöhe (NH) Quelle: Hui Shiu, Crockford Anthony: Wind profiles and forests: Technical University of Denmark, 2006 Abteilung: 08.11.2010 14
Wirtschaftlichkeit - Windprofilanpassung Durchführung der Nabenhöhenreduktion: Dichter (undurchlässiger) Wald wirkt sich wie ein Hindernis aus Lichter (durchlässiger) Wald wirkt sich wie ein dichter Sieb aus (Porosität) An Waldrändern liegende WEA sehen unterschiedlich große Wälder (sektorielle Unterscheidung) Ausdehnung der Wälder ist relevant gutachterliche Einzelfallentscheidung der Nabenhöhenreduktion nach dem Modell von Raupach Abteilung: 08.11.2010 15
Modell Raupach Rauigkeitslänge Höhenverschiebung Model nach Garrat,Dolman Jarvis, Hicks Nach Raupach: Quelle: Hui Shiu, Crockford Anthony: Wind profiles and forests: Technical University of Denmark, 2006 Abteilung: 08.11.2010 16
Fallbeispiel für NH-Reduktion Drag Partitioning Model nach Raupach: h D λ Stirnflächenindex b mittlere Kronenbreite h mittlere Baumhöhe b Abteilung: 08.11.2010 17
Fallbeispiel für NH-Reduktion Drag Partitioning - Model nach Raupach: Beispiel: Kiefernwald Höhe: Kronenbreite: Mittlerer Abstand: 20 m 4 m 5 m Höhenverschiebung: 17,1 m 85 % Rauigkeitslänge z 0,max : 0,86 m Abteilung: 08.11.2010 18
Fallbeispiel: Laubfall Potentialkarte 1: Laubwald Sommer Rauigkeit: 0,8 m Potentialkarte 2: Laubwald Winter Rauigkeit: 0,4 m Abteilung: 08.11.2010 19
Fallbeispiel: Änderung Waldbestand Auswirkungen von Wiederaufforstung 105 104 103 102 101 100 Relativer Ertrag [%] 99 98 97 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Aktueller Zustand in 5 Jahren in 10 Jahren in 15 Jahren in 20 Jahren Relative Waldhöhe [%] Abteilung: 08.11.2010 20
Wirtschaftlichkeit: Fazit a) Windmessung, ohne Wald im Flachland Windprofil ist über die ganze Höhe weitestgehend exponentiell Belastbarkeit der Windgutachten gewährleistet Erfahrung vorhanden, Windmessung in 2/3 der geplanten NH ausreichend b) Windmessung, im Wald im Mittelgebirge Windprofil ist im unteren Bereich kaum definierbar Oberhalb der Baumkronen befindet sich eine instabile Zone (Turbulenz) Weit oberhalb der Baumkronen weitestgehend exponentielles Windprofil Erfahrungen werden aufgebaut, Windmessung > 2/3 der geplanten NH erforderlich Abteilung: 08.11.2010 21
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Standsicherheit Turbulenz Quelle: Patton, N. The Wind in the Willows. Atmospheric Boundary Layers: Concepts, Observations, and Numerical Simulations. Les Houches Summer School 2008 Abteilung: 08.11.2010 23
Standsicherheit Turbulenz Definition: Turbulenz ist die (Standard-)Abweichung der momentanen Windgeschwindigkeit von der mittleren Windgeschwindigkeit in einem bestimmten Zeitintervall (10 Minuten). Auslöser von Turbulenzen: Rauigkeit des Untergrundes (Landnutzungstyp) Temperaturunterschiede Abteilung: 08.11.2010 24
Turbulenzfeld Modellierung des Turbulenzfeldes 120 100 80 60 40 20 Wald wird als Hindernis modelliert Zunehmende Höhe und Intensität des Turbulenzfeldes 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 L [m] Quelle: Gardiner B. Airflow over Forests and forest gaps. BWEA Tree Workshop Forestry Comission March 2004 Abteilung: 08.11.2010 25
Charakteristische Turbulenz Charakteristische Turbulenzintensität nach IEC 61400-1 Charakteristische Turbulenzintensität nach IEC 61400-1 35% 35% Charakteristische Turbulenzintensität [-] 30% 25% 20% 15% 10% 5% 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Windgeschwindigkeit v [m/s] in Nabenhöhe Charakterist. Turbulenzintensität [-] 30% 25% 20% 15% 10% 5% 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Windgeschwindigkeit v [m/s] in Nabenhöhe Turbulenzklasse A Turbulenzklasse B Referenzpunkt Turbulenzklasse A Turbulenzklasse B Referenzpunkt Unbewaldeter Standort Waldstandort Abteilung: 08.11.2010 26
I II Waldvorkommen Wirtschaftlichkeit III Standsicherheit IV Zusammenfassung Fazit Abteilung: 08.11.2010 27
Fazit Wirtschaftswälder bieten neue Nutzungsmöglichkeiten der Windenergie Schall- und Schattenwurfproblematik reduziert Raubvogelflugzone weitestgehend überschritten Vorhandene Infrastruktur Unterscheidung von Wäldern (Laub- Nadelwald, etc.) Aufwändigere Modellierung notwendig Größere Abstände von WEA im Wald (Turbulenz) Hohe Nabenhöhen können Verluste abfangen Windmessung in Waldgebieten > 2/3 der geplanten Nabenhöhe der WEA Abteilung: 08.11.2010 28
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Windgutachten / Windparkzertifizierung Peter H. Meier Tel.: +49 (0)941 460212-12 peter-h.meier@tuev-sued.de Wind Cert Services Ludwig-Eckert-Straße 10 93049 Regensburg Deutschland windenergy@tuev-sued.de Abteilung: 08.11.2010 29