Windkanalmesseinrichtung für das bistatische PTB-Wind-Lidar

Zusammenfassung Im Zusammenhang mit dem Erreichen der Klimaziele durch den Einsatz erneuerbarer Energien wurde in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in den letzten Jahren ein bistatisches Wind-Lidar (Light detection and ranging) entwickelt und aufgebaut. Dieses Wind-Lidar ermöglicht die für Windenergieanlagen notwendige Rückführung von Windgeschwindigkeiten in Höhen von 5 m bis 250 m mit kleinsten Messunsicherheiten in beliebigem Gelände, und stellt damit erstmals eine unabhängige Alternative zu bisher eingesetzten, kostspieligen Windmessmasten dar. Der geplante Einsatz des PTB-Lidars als rückgeführtes Transfernormal im Bereich der Windfernmessung erfordert neben vorherigen Vergleichsmessungen mit anderen Windfernmesssystemen in freiem Gelände auch eine detaillierte Untersuchung des PTB-Lidars unter kontrollierbaren Strömungsbedingungen zur Validierung seiner Messunsicherheit und Überwachung seiner Langzeitstabilität. Aus diesem Grund wurde im Kompetenzzentrum für Windenergie (CCW) der PTB ein neuer, speziell konstruierter Windkanal mit einem Laser-Doppler-Anemometer (LDA) als Strömungsgeschwindigkeitsnormal auf einer Plattform in 8 m Höhe errichtet. Dies ermöglicht es, das PTB-Lidar unterhalb der Messstrecke des Windkanals zu positionieren und auf die SI-Einheiten-rückgeführte Strömungsgeschwindigkeitsmessungen mit dem Wind-Lidar durchzuführen. Der Windkanal nach Göttinger Bauart hat eine offene Messstrecke mit einer Länge von 75 cm und einer Querschnittsfläche von 50 × 50 cm2. In der Messstrecke wird eine hohe Strömungshomogenität und ein niedriger Turbulenzgrad von <0,35 % im Geschwindigkeitsbereich von 1 m/s bis 30 m/s erreicht. Die erweiterte Messunsicherheit des LDA-Referenznormals beträgt 0,16 %. Sämtliche im Windkanal durchgeführten Vergleichsmessungen zeigen eine Geschwindigkeitsabweichung zwischen dem Lidar-System und dem LDA-Referenznormal von unter ±0,5 %. Eine Optimierung der Methode zur Positionierung und damit Lokalisierung des Lidar-Messvolumens in der Windkanalmessstrecke über einen dünnen Partikelfilm führte zu einer reproduzierten Verringerung der Geschwindigkeitsabweichung auf circa −0,10 %.