Windpotentialstudie Wiesbaden
Auftraggeber:
Umweltamt der Stadt Wiesbaden Luisenstraße 23
65185 Wiesbaden
Auftragnehmer:
JH Wind
Johannes Hagemann Gruberhof 8
Inhalt Seite
1. Vorbemerkung zur Windpotentialstudie 3
2. Lagebeschreibung und Karten 5
3. Beurteilung der Basisdaten 8
4. Vorgehensweise 16
5. Die Windverhältnisse im begutachteten Gebiet 20
6. Energieerträge von Windenergieanlagen 23
7. Zusammenfassung der Ergebnisse 28
8. Schlussbemerkungen zum Gutachten 29
Anhang: Windpotentialkarte der Höhe 50 m über Grund Windpotentialkarte der Höhe 85 m über Grund Windpotentialkarte der Höhe 100 m über Grund Windpotentialkarte der Höhe 140 m über Grund
J H Wind USt-IdNr: DE 230250886
Gruberhof 8 Tel 0761 / 289467
D- 79110 Freiburg Fax 03212 / 2894671 www.jh-wind.de email: j_hage@web.de Mitglied des Bundesverbands Windenergie
1. Vorbemerkung zur Windpotentialstudie
Die folgende Windpotentialstudie ist für das Gemeindegebiet von Wiesbaden erstellt wor- den. Bei dieser Studie werden Flächen innerhalb des Gemeindegebiets ermittelt, die Wind- verhältnisse aufweisen, die eine Wirtschaftliche Nutzung zulassen.
Es ist zu beachten, dass in der folgenden Studie zunächst das gesamte Gemeindegebiet un- tersucht wurde, um einen Überblick über mögliche Flächen für die Windenergienutzung zu geben. In dieser Studie erfolgt noch keine Auswahl von Flächen aufgrund von landschafts- planerischen Kriterien. In den Windpotentialkarten werden mögliche mittlere Windge- schwindigkeiten in den Höhen 50 m, 85 m, 100 m und 140 m über Grund dargestellt. Die Höhe von 50 m wurde gewählt, da in dieser Höhe häufig mittlere Windgeschwindigkeiten untersucht werden und somit ein Vergleich mit Studien von benachbarten Gebieten möglich ist. Es werden jedoch kaum noch Windenergieanlagen, im folgenden WEA genannt, mit die- sen Höhen genutzt. Die heute üblichen Nabenhöhen liegen bei 85 bis 100 m. Insbesondere die Karte mit dem 100 m Niveau ist für Planungen zu empfehlen. Weiterhin wird eine Be- rechnung für eine Höhe von 140 m durchgeführt. WEA mit Nabenhöhen in diesem Bereich sind in Entwicklung, wurden jedoch noch wenig in Serie gefertigt.
In den Windpotentialkarten werden die mittleren Windgeschwindigkeiten auf den entspre- chenden Höhen dargestellt. Hierbei werden mittlere jährliche Windgeschwindigkeiten ab 5,5 m/s bis 6,5 m/s ermittelt. Höhere mittlere Windgeschwindigkeiten kommen nicht vor, un- terhalb von 5,5 m/s ist kaum ein wirtschaftlicher WEA-Betrieb möglich.
Zusätzlich wurden Erträge an einzelnen Standorten errechnet. Den Berechnungen wurde eine für das Binnenland gebräuchliche Windenergieanlage vom Typ Eneron E 82 mit Naben- höhen von 84,5 m und 98 m, mit einem Rotordurchmesser von 82 m und einer Nennleistung von 2.000 kW zugrunde gelegt. Die Standorte wurden vom Auftragnehmer ausgewählt und dienen somit nur der Verdeutlichung des möglichen Potentials. Es handelt sich nicht um ge- plante oder um vorgeschlagene Standorte.
Diese Studie soll somit nur exemplarisch das Windpotential für die Gemeindefläche von Wiesbaden ermitteln. Die Auswahl von Flächen, an denen eine Windenergienutzung zuge- lassen werden kann, erfolgt durch die entsprechenden Behörden.
Werden von den zuständigen Behörden Flächen ausgewählt, die für eine Windenergienut- zung in Frage kommen, sind weitere Untersuchungen dieser Flächen erforderlich.
Für dieses Gutachten wurden Winddaten einer langjährigen Messung auf das Gemeindege- biet von Wiesbaden übertragen und dabei eine Plausibilisierung durchgeführt.
Bei der Planung von Standorten sind in jedem Fall aufwändigere und detailliertere Untersu- chungen hinsichtlich des Windpotentials zu empfehlen. Oft sind auch spezielle Windmessun- gen vor Ort nötig. Eine Erweiterung dieser Studie nach der Auswahl möglicher Flächen für die Windenergienutzung wäre somit zu empfehlen.
2. Lagebeschreibung und Karten
Südlich bis südwestlich der Stadt Wiesbaden liegt das leicht hügelige Land von Rheinhessen, an das sich weiter südlich das Pfälzer Bergland anschließt, welches wiederum an den Pfälzer Wald grenzt. Das Gemeindegebiet liegt im Norden am Taunuskamm, der von westsüdwestli- cher Richtung nach Ostnordost verläuft. Der Taunuskamm bildet zwar eine starke Barriere für Winde aus südlichen und nördlichen Richtungen, durch Hangeffekte und die Höhenlagen sind am Taunuskamm jedoch auch Gebiete mit nutzbaren Windverhältnissen zu erwarten.
Die Form des Taunuskamms setzt sich mit den in gleicher Richtung verlaufenden Bergen vom Soonwald, Idarwald und Hochwald fort.
Karte 1: Großräumige Darstellung der Lage von Wiesbaden
Die Windrichtungen werden in 12 Sektoren eingeteilt, beginnend bei Nord N 0° über NNO 30°, ONO 60°, O 90°, OSO 120°, SSO 150°, S 180° SSW 210°, WSW 240° W 270°, WNW 300°, NNW 330°.
Die Sektoren WSW und SSW gehören zu der Hauptwindrichtung, aus der über 50 % des nutzbaren Windpotentials zu erwarten ist. Winde direkt aus WSW und ONO würden über den Taunuskamm und seine Verlängerung strömen, dies würde sich kaum positiv auf die Windverhältnisse auswirken und teilweise negative Auswirkungen haben. Winde aus WSW und teilweise SSW, aus Richtungen zwischen 240 und 210°,würden zwischen dem Taunus- kamm und seiner Verlängerung und dem Pfälzer Wald über das Nordpfälzer Bergland kom- mend auf den Taunuskamm treffen und dabei eher verstärkt werden. Der spitze Winkel, in dem diese Winde auf den Taunuskamm treffen, ist jedoch nicht optimal. Es gibt einige Hö- henzüge auf dem Wiesbadener Gemeindegebiet, die in etwa rechtwinklig zum Taunuskamm verlaufen. Winde aus südwestlichen Richtungen treffen auf diese Höhenzüge in einem opti- malen Winkel. Allerdings haben diese Höhenzüge nicht die Höhe des Taunuskamms.
Karte 2: Gemeindegebiet von Wiesbaden Höhenmodell von WindSim Karte 3: Topographische Karte von Wiesbaden
3. Beurteilung der Basisdaten
Einer Windpotentialstudie, die eine Aussage über langjährige mittlere Windgeschwindigkei- ten machen soll, müssen langjährige Windmessungen zugrunde liegen. Bei den Windmes- sungen sollten Zeiträume von mindestens 10 bis 15 Jahren berücksichtigt werden. Mess- reihen, die bis zu 30 Jahren zurückreichen, sind von Vorteil.
Neben der zeitlichen Auflösung der Messdaten ist auch die Qualität der Winddaten von Be- deutung. Dabei ist zu beachten, dass langjährige Windmessdaten, die von regionalen Wet- terdiensten erhoben wurden, den verschiedenen Verwendungen in der Meteorologie und Klimatologie dienten. Zur Untersuchung der Möglichkeiten der Windenergienutzung wurden solche Daten jedoch ursprünglich nicht erhoben. Besonders wenn die Messzeiträume länge- re Zeit zurückreichen, nimmt die Genauigkeit der erhobenen Daten ab, da die Messtechnik oft noch nicht für die Nutzung der Windenergie entwickelt war.
Es gibt zum einen die Möglichkeit, die Winddaten von regionalen Wetterstationen zu über- prüfen und diese auf Gebiete, deren Windpotential ermittelt werden soll, zu übertragen.
Befinden sich bereits Windenergieanlagen in der Nähe des Standorts, lässt sich die Anwend- barkeit von Winddaten eher überprüfen.
Insbesondere im Gebirge ist es von Bedeutung, am Standort oder in der Nähe von Standor- ten Windmessungen durchzuführen, die den Anforderungen der Windenergienutzung Rech- nung tragen. Es sollten dabei Anemometer auf mindestens zwei bis drei Höhen verwendet werden, die in gewissen Abständen kalibriert werden und im ausreichenden Abstand vom Messmast angebracht werden. Für das oberste Anemometer sollte eine Höhe, die mindes- tens 60 % einer möglichen Nabenhöhe beträgt, eingehalten werden. Anemometer, Wind- richtungsgeber und Datenlogger sollten für die Anwendung bei der Windenergienutzung konstruiert sein. Die dargestellten Anforderungen sind jedoch mit einem hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand verbunden. Derartige Messungen werden somit meist nur durch- geführt, wenn für einen Standort schon eine Baugenehmigung und eine entsprechende Pla- nung vorliegen.
Für eine Windmessung ist zudem von Bedeutung, dass das Gelände die Windverhältnisse nicht zu stark beeinflusst. Dabei ist die schon erwähnte ausreichende Höhe über Grund von Bedeutung, um Einflüssen von Wäldern und Hindernissen entgegenzuwirken. Darüber hi- naus können starke Hangneigungen oder zerklüftetes Gelände einen starken Einfluss auf die Daten haben.
Die Effekte des Geländes am Messstandort und am Standort der begutachteten WEA können durch Simulationsprogramme bis zu einem gewissen Grad berücksichtigt werden.
Für das vorliegende Gutachten wurden Messstandorte von regionalen Wetterstationen mit langjährigen Messreihen begutachtet. Es wurden zum einen die Umgebung der Messmasten sowie die Messmasten selbst bei Begehungen in Augenschein genommen und bewertet.
Zum anderen wurden die Messdaten gewisser Stationen bei Simulationen mittels digitaler Geländemodelle und entsprechender Software auf die Messstandorte übertragen (Näheres dazu im Kapitel Methode).
Als besonders geeignet erschienen die Daten der Messstation am Flughafen Frankfurt. Lang- jährige Winddaten, die auf dem Gemeindegebiet Wiesbaden erhoben wurden und für diese Studie geeignet sind, waren nicht erhältlich. Die Messstation Flughafen Frankfurt liegt etwa 25 km vom Stadtzentrum Wiesbaden entfernt. Die Messung wurde mit einem Anemometer in einer Höhe von 10 m über Grund durchgeführt. Bei dieser Messhöhe ist das flache Gelän- de des Flughafens, sowie die weitere flache Umgebung der Rhein-Main Tiefebene von Vor- teil. Hangeffekte und Bewuchs haben bei dieser Messhöhe häufig einen sehr starken Einfluss der zu hohen Unsicherheiten führt, was am Flughafen jedoch auszuschließen ist.
Die Messtation befindet sich auf einer Höhe von 111m über NN an folgender Stelle:
Geographischen Koordinaten: N 50°02'47 E 08°35'55 Gauß Krüger Bessel Zone 3: RW 34.712.250 HW 55.455.510
Karte 4 : Flughafen Frankfurt
Die Messstation liegt am östlichen Rand der Startbahnen des Flughafens. Aus den südlichen und westlichen Richtungen ist die Messstation somit frei anströmbar. In südlicher Richtung befinden sich Wälder und Gebäude in ca. 1 km Entfernung, in den südwestlichen Richtungen in 3 bis 5 km Entfernung. In diesen Windrichtungen sind die meisten relevanten Winde zu erwarten. In östlicher Richtung befinden sich Wälder schon in 200 m Entfernung und üben somit einen starken Einfluss auf die Messung aus. Wälder und Gebäude in der Umgebung des Flughafens wurden im Geländemodell berücksichtigt.
Abbildung 1: Dargestellt wird die Windrose mit den Häufigkeiten der auftretenden Windrichtungen und Windgeschwindigkeiten. Erläuterung nachfolgender Text.
Angegeben ist der Messzeitraum vom 01.01.1976 bis zum 31.12.1990. Die bereits genannten Koordinaten der Lage x Rechts- und y Hochwert und z über Grund. Die Windrose wurde in 12 Sektoren unterteilt mit jeweils 30 Geschwindigkeitsklassen von 1 m/s bis 30 m/s. Die Wind- rose ist in der grafischen Darstellung vereinfacht worden. Insgesamt wurde am Messpunkt eine mittlere Windgeschwindigkeit von 3,14 m/s gemessen. Die Weibullparameter A und k geben die Möglichkeit, eine Häufigkeitsverteilung darzustellen. In der nachfolgenden Tabelle sind für die 12 Sektoren, die mittleren Weibullparameter k und A, die Häufigkeit (freq: eng.
frequency) und die mittlere Windgeschwindigkeit (mean) angegeben.
Sektor 1 entspricht der Richtung Nord mit z.B. 2,6 % Häufigkeit. Sektor 2 NNO mit 12,1 % und Sektor 3 ONO mit 16,2 % Häufigkeit sind die östlichen Sektoren, die von besonderer Be- deutung sind. Weiter sind die Sektoren 8 SSW mit 21,9 % und 9 WSW mit 13,2 % Häufigkeit wichtig. Im Sektor 9 WSW tragen insbesondere die vorkommenden höheren Windgeschwin- digkeiten dazu bei, dass dieser Sektor den höchsten Anteil bei der Energieproduktion ein- nehmen kann.
Die Daten der beschriebenen Station Frankfurt Flughafen wurden auf einen Punkt in der Gemeinde Wiesbaden übertragen mittels einer Methode die im Abschnitt Vorgehensweise erläutert wird.
Abbildung 3:Darstellung der Häufigkeiten von mittleren Windgeschwindigkeiten mit den Weibull – Parametern der vorangegangenenen Tabelle
Karte 5: Lage des Punkts auf den die Daten von Frankfurt mit den vorher beschriebenen Windverhältnissen übertragen wurden; Gitterweite 1 km
4. Vorgehensweise
Zur Erstellung dieses Gutachtens wurde das Programm WindSim verwendet. Hierbei findet eine dreidimensionale, nichtlineare Strömungsmodellierung zur Ermittlung von Windver- hältnissen statt. Die Windfeldsimulationen mit Hilfe von Windsim sind speziell für orogra- phisch komplexe Geländesituationen geeignet.
Bei der Anwendung von WindSim wird zunächst ein digitales Geländemodell erstellt, das das Gelände in einem Umkreis von 30 km um die begutachteten Standorte bzw. um die Mess- standorte berücksichtigt. Es werden Höhenlinien in einem Abstand von 10 Höhenmetern digitalisiert, die üblicherweise auf Karten von 1 : 25.000 eingezeichnet sind. Weiterhin wer- den die Rauhigkeiten flächenhaft kartiert. Bei Begehungen wird das Gelände zusätzlich begu- tachtet. Dieses Geländemodell wird mit Hilfe der Software von WindPro vorbereitet. Die Formate von WindPro werden in WindSim Formate konvertiert und mit WindSim wird ein digitales Geländemodell erstellt.
Aus den Höhenlinien entsteht ein Gitternetz, wobei an jedem Knoten des Netzes jeweils Be- rechnungen der relevanten Parameter für das Windfeld durchgeführt werden. Es ist üblich, für das umliegende Gebiet des Messstandorts und für den begutachteten Standort selbst ein Netz mit hoher Auflösung zu verwenden. Für den Standort 25 bis 100 m und für das umlie- gende Gebiet in größere Distanzen bis zu 100 bis 250 m. Auch die vertikale Ausdehnung die- ses Netzes ist von Bedeutung.
Es ist auch bei WindSim Windfeldsimulationen unerläßlich, dass eine Plausibilisierung statt- findet, d. h. dass mit den Daten einer Messung die Windverhältnisse an einem anderen Messstandort oder bei einer Vergleichanlage berechnet werden. Kommt es bei einer solchen Berechnung zu Abweichungen, kann das digitale Geländemodell zur Windfeldsimulation ent- sprechend korrigiert werden.
Für diese Studie war ein Vergleich mit dem Windpark Kemel durchführbar. Dort existieren 7 WEA vom Typ Enercon E 40 mit 40,3 m Rotordurchmesser und 65 m Nabenhöhe. Die Erträge dortiger Anlagen wurden auch mit Modellen dieser Studie berechnet und mit dem langjähri- gen Mittel der erzielten Erträge verglichen. Die tatsächlichen Erträge sollen an dieser Stelle nicht genannt werden, da dies vom Betreiber eventuell nicht erwünscht ist. Die Errechnung der Erträge ergab eine mittlere jährliche Windgeschwindigkeit in 65 m Höhe über Grund von 5,23 m/s. Hierbei wurde ein feineres Modell für die Umgebung Kemel angewendet. Der Windpark Kemel liegt ca. 17 km nordwestlich vom Stadtzentrum Wiesbaden nördlich des Taunuskamms. Nachfolgend sind die Häufigkeitsverteilungen, die für einen Punkt im Wind- park Kemel berechnet wurden, mit einer mittleren Windgeschwindigkeit von 5,02 m/s bei 65 m Höhe über Grund, dargestellt. Der Wert 5,02 wurde mit einem gröberen Modell errech- net, das die Windverhältnisse von Frankfurt nach Kemel überträgt. Es kam somit zu einer Abweichung von 0,21 m/s. Die Höhe der Abweichung lässt den Schluss zu, dass die Übertra- gung der Daten vom Messtandort Frankfurt auf das Stadtgebiet von Wiesbaden zu plausib- len Ergebnissen führte.
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Karte 6: Kreis rechts die Windmesstation Frankfurt Flughafen, Quadrat Mitte die Daten wurden auf die Hohe Wurzel bei Wiesbaden und auf den Windpark Kemel übertragen Quadrat links.
Es wird mit grossflächigen Geländemodellen begonnen und die Berechnungen des Windfeldes auf feinmaschigere Modelle übertragen. Folgende Modellgrössen kamen zur Anwendung. Es wird die Anzahl der Zellen angegeben:
Abbildung5: Geländemodell Wiesbaden_1: In diesem Modell wurden die Winddaten vom Frankfurter Flughafen (Punkt rechts), auf den Punkt bei der Hohen Wurzel (Quadrat links unten) übertragen. Taunuskamm von Hoher Wurzel bis Hohe Kanzel (Quadrat rechts oben).
Abbildung 6: Geländemodell von WindSim Wiesbaden 4, Auflösung vom Netz ín m (Grid spacing) und gesamte Anzahl der Knotenpunkte des Modells (Number of cells). Der weiße Punkt stellt den Ort dar, auf den die Wind- daten von einem Model Wiesbaden_1 mit größerer Ausdehnung und gröberer Auflösung übertragen wurden und die weiteren Punkte liegen an den Standorten für die eine Ertragsberechung durchgeführt wurde.
5. Die Windverhältnisse im begutachteten Gebiet
Mit Hilfe der bereits beschriebenen Methode ist die Datengrundlage der Windpotentialkar- ten erstellt worden. Es wurde eine Auflösung von 80 m gewählt. Diese Rasterweite hat den Vorteil, dass das Gemeindegebiet von Wiesbaden in einem einzigen Modell untersucht wer- den kann. Anderenfalls wäre eine Aufspaltung in mehrere Karten nötig gewesen. Bei der Größe des untersuchten Gebiets gibt es für die Verfeinerung der Auflösung bestimmte Gren- zen. Die gewählte Auflösung ist für die Fragestellung der Windpotentialkarte jedoch ausrei- chend.
Auf einer Windpotentialkarte werden die Flächen gleicher mittlerer Windgeschwindigkeiten dargestellt. Auf dem Gebiet von Wiesbaden kamen laut dieser Studie Gebiete mittlere Windgeschwindigkeiten zwischen 0 und 6,5 m/s vor. Bei allgemeinen Darstellungen der Kli- matologie werden die vorhandenen Windgeschwindigkeiten in Intervalle unterteilt und dar- gestellt, etwa in Intervallen von 0,5 m/s. Dies wären bei den vorhandenen Windverhältnis- sen 13 Intervalle. Derartige Darstellungen sind für Fragestellungen der Klimatologie von Be- deutung, für die Frage der Windenergienutzung ist jedoch eine andere Darstellung sinnvoll.
In dieser Studie wurden nur Windgeschwindigkeitsbereiche gewählt, bei denen eine Nutzung der Windenergie sinnvoll erscheint. Werden alle Bereiche gewählt, wird die Karte oft unü- bersichtlich. Durch die Beschränkung auf die Darstellung der nutzbaren Bereiche ist die Lage der entsprechenden Gebiete auf den Karten gut zu erkennen.
Erfahrungen haben gezeigt, dass eine wirtschaftliche Nutzung der Windenergie ab einer mittleren Windgeschwindigkeit von 5,5 m/s in der jeweiligen Nabenhöhe möglich wird. Ge- ringere mittlere Windgeschwindigkeiten werden nur in wenigen Ausnahmen genutzt. Es sind zwar ältere WEA vorhanden, die geringere Windgeschwindigkeiten nutzen. Es ist jedoch zu beachten, dass die Zahlungen durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) bei Errichtung der Anlagen höher und die WEA-Kosten oft niedriger waren. Heute ist zu beobachten, dass Flächen mit geringeren Windgeschwindigkeiten (< 5,5 m/s) in Nabenhöhe, die bei der bei Planungen ausgewiesen wurden, nicht genutzt werden, obwohl die Nachfrage nach WEA- Standorten sehr groß ist.
Oft sind jedoch mittlere Windgeschwindigkeiten, die mindestens bei 5,8 - 6,2m/s liegen für einen wirtschaftlichen WEA-Betrieb erforderlich. Bei der Frage nach der Wirtschaftlichkeit eines Standorts kann somit hier keine absolute Grenze in m/s gegeben werden.
Die dargestellten Geschwindigkeitsbereiche entsprechen jedoch den Bereichen, die genutzt werden.
Die im Einzelfall erzielte Erträge hängen auch von der Häufigkeitsverteilung der Windge- schwindigkeiten ab. So sind auch bei Standorten mit gleicher mittlerer Windgeschwindigkeit unterschiedliche Erträge möglich. Für die wirtschaftliche Nutzung sind zahlreiche weitere Faktoren von Bedeutung, wie etwa die Kosten der Netzanbindung, die auch von der Entfer- nung zu der nächsten Leitung zur Einspeisung bestimmt wird.
Wichtig ist auch die Höhe über Grund, in der mittlere Windgeschwindigkeiten ermittelt und dargestellt werden. Der Wind nimmt mit der Höhe über Grund zumeist zu. In welchem Maße dies geschieht ist jedoch von zahlreichen Faktoren der Geländebeschaffenheit und von me- teorologischen Gegebenheiten abhängig. Karten die für geringere Höhen, etwa 10 m bis 50 m über Grund erstellt wurden, können somit kaum Aufschluss über solche Höhen geben, die für die Windenergienutzung von Bedeutung sind.
Für die Darstellung dieser Studie wurden die Höhen 50 m, 85 m, 100 m und 140 m gewählt.
In einer Höhe von 50 m sind kaum Gebiete mit ausreichenden Windgeschwindigkeiten vor- handen. Dies begründet sich daher, dass windstarke Gebiete zumeist auf Höhenzügen liegen und diese Höhenzüge bewaldet sind. Der Wald vermindert die Windgeschwindigkeit beson- ders bei geringeren Höhen, bei Höhen von 100 m über Grund vermindert sich der Einfluss des Waldes stark.
Bei einer Nabenhöhe von 85 m steigt die Zahl der für die Windenergienutzung geeigneten Gebiete und bei einer Höhe von 100 m steigt diese Zahl erneut. Heute werden WEA zumeist mit Nabenhöhen zwischen 85 m und 100 m errichtet. Bei der Ermittlung von Standorten für die Windenergienutzung sind also vor allem Karten mit diesen Höhen heranzuziehen.
Weiterhin wurde eine Karte mit einer Höhe von 140 m über Grund erstellt. Bei diesen Na- benhöhen würde das Windpotential erneut deutlich zunehmen. Es werden derzeit neue sehr leistungsstarke WEA-Typen entwickelt, die derartige Nabenhöhen erforderlich machen. Sol- che WEA werden an einzelnen Standorten erprobt.
Höhe 50 m Höhe 85 m
Höhe 100 m Höhe 140 m
Karte 7: Die Windpotentialkarten für die vier Höhen über Grund im kleinen Format, im Anhang in Orginalgröße < 5,5 keine Windenergienutzung möglich
>=5,5 <5,7 Fläche eventuell für die für Windenergienutzung geeignet
>=5,7 <5,9 Fläche bedingt geeignet für die Windenergienutzung
>=5,7 <5,9 Fläche geeignet für die Windenergienutzung
>=6,1 <6,3 Fläche gut geeignet für die Windenergienutzung
>=6,3 <6,5 Fläche sehr gut geeignet für die Windenergienutzung
6. Energieerträge von Windenergieanlagen
Um das vorhandene Windpotential zu verdeutlichen, sind im Folgenden mögliche Erträge an einzelnen Standorten errechnet. Hierbei wurden nicht tatsächlich geplante Standorte, son- dern Gebiete in den verschiedenen Windgeschwindigkeitsbereichen gewählt. Um die WEA wurde ein roter Kreis im Abstand von 500 m und ein blauer Kreis im Abstand von 1 km gezo- gen. Es wurden nur Erträge von Einzelanlagen berechnet. Bei der Planung von mehreren Anlagen an einem Standort wäre eine Berechnung der Parkwirkung erforderlich.
Für folgende Standorte sind Berechnungen durchgeführt worden:
Tabelle1: WindSim Darstellung der WEA an den Standorten mit Standortbezeichnung, Koordinaten,Gaus Krüger Bessel Zone 3 (x, y), Höhe über NN (z) und Nabenhöhe (hub height). Als Berechnungsgrundlage diente eine WEA vom Typ Enercon E 82 mit 2.000 KWh Nennleistung und einem Rotordurchmesser von 82 m.
Karte 8: Die sechs Standorte der vorherigen Tabelle; rot Radius von 500m, blau Radius 1 km um WEA
Tabelle 2:_ Windsim Ausdruck; mit Standortbezeichnung, Nabenhöhe (hub height), mittlerer Windgeschwin- digkeit, die auf Nabenhöhe berechnet wurde (wind speed) und Erträgen in MWh (energy).
Bereich m/s Standort Nabenhöhe m
Errechnet m/s
Ertrag MWh
< 5,5
(keine Nutzung)
Mechtildshausen 85 4,91 3.265,3
Mechtildshausen 98 5,03 3.438,3
Medenbach 85 5,39 3.972,1
Hammereisen 85 5,45 4.066,6
>=5,5 < 5,7
(eventuell geeignet)
Medenbach 98 5,51 4.147,8
Hammereisen 98 5,57 4.239,9
Rentmauer 85 5,59 4.283,5
>=5,7 < 5,9
(bedingt geeignet)
Rentmauer 98 5,70 4.450,1
Hahnberg 85 5,72 4.503,1
Hahnberg 98 5,84 4.671,4
>=5,9 < 6,1
( geeignet) Hohe Wurzel 85 6,03 4.913,3
>=6,1 < 6,3
(gut geeignet)
Hohe Wurzel 98 6,12 5.036,5
>= 6,3 < 6,5
(sehr gut geeignet)
Hohe Wurzel 140 6,3 5.273,0
Tabelle 3: Ergebnisse der vorherigen Berechnung Tabelle 2, geordnet nach Windgeschwindigkeitsbereichen, die auf den Windpotentialkarten dargestellt wurden.
Aus der Tabelle 3 wird ersichtlich, dass die Standorte mit geeignetem Windpotential alle auf Höhenzügen liegen.
Gebiete mit ähnlichen Windverhältnissen wie am Standort Mechtildshausen befinden sich besonders westlich des Wiesbadener Stadtgebiets. Sie liegen auf Höhen, die 200 m über NN nicht überschreiten. Auch höhere Nabenhöhen lassen in diesen Gebieten keine wirtschaftli- chen Erträge erwarten. Mittlere Windgeschwindigkeiten liegen dort oft zwischen 4,5 und 5,2 m/s bei 100 m Höhe über Grund.
Die Standorte Hammereisen und Medenbach liegen auf Höhenzügen mit relativ geringen Höhen über NN (335,8 m und 269,8 m) mit einem günstigen Winkel zu den Hauptwindrich- tungen. Wirtschaftlich Erträge werden an diesen Standorten bei 98 m Nabenhöhe erreicht.
Der Standort Rentmauer liegt mit 483,8 m über NN schon exponierter auf dem Taunus- kamm, der Winkel zu den Hauptwindrichtungen ist jedoch weniger günstig für die Verstär- kung der Windgeschwindigkeiten.
Der Standort Hahnberg liegt mit 449,4 m über NN ebenfalls exponiert. Anders als beim Standort Rentmauer sind diesem Standort gerade in westliche, aber auch östlichen Richtun- gen weniger Höhenzüge des Taunuskamms vorgelagert, die eine Blockadewirkung ausüben und somit die Windgeschindigkeiten verringern.
Der Standort Hohe Wurzel weist die günstigsten Windverhältnisse auf. Mit 617,3 m über NN liegt er auf einer höheren Erhebung des Taunuskamms. Die Bergkuppe der Hohen Wurzel verläuft jedoch eher im rechten Winkel zur generellen Richtung des Taunuskamms, somit von Südost nach Nordwest. Die Kuppe der Hohen Wurzel bietet für Winde aus Südwesten eine günstige Richtung. Verstärkt werden diese Effekte möglicherweise noch durch ein Tal, das zwischen Wambach und Georgenborn verläuft und den Wind kanalisiert. An diesem Standort würden schon bei einer Nabenhöhe von 85 m gute Erträge erzielt (Bereich geeig- net), bei 98 m Nabenhöhe würde der Windgeschwindigkeitsbereich knapp erreicht (gut ge- eignet). Der beste Bereich (sehr gut geeignet) wird im Wiesbadener Gemeindegebiet mit 6,30 m/s nur auf der Hohen Wurzel bei einer Nabenhöhe von 140 m, ansonsten jedoch kaum erreicht. Unterhalb einer Nabenhöhe von 140m gibt es keinen Standort mit mittleren Wind- geschwindigkeiten => 6,3 m/s.
7. Zusammenfassung
Bei der Ermittlung des Windpotentials für die Gemeinde Wiesbaden wurde, wie zu erwarten war, deutlich, dass die Topografie eine wichtige Rolle spielt. Flächen mit ausreichenden Windverhältnissen befinden sich auf dem Taunuskamm und auf dessen Ausläufern. Beste- hende WEA in Gemeinden im Binnenland bestätigen ebenfalls, dass ein WEA-Betrieb nur an exponierten Standorten wirtschaftlich ist.
In den eher flachen häufig landwirtschaftlich genutzten Gebieten der Gemeinde Wiesbaden, besteht der Vorteil, dass Wälder keinen großen Einfluss auf die Windverhältnisse haben und lediglich die vorhandenen Siedlungen einen gewissen Einfluss ausüben. Trotz dieser Vorteile kommen in diesen Gebieten keine wirtschaftlich nutzbaren Windverhältnisse vor.
Die Studie hat gezeigt, dass in bestimmten Lagen der Gemeinde Wiesbaden durchaus ein gutes Windpotential vorhanden ist. Mit der Errichtung von WEA in Windgeschwindigkeitsbe- reichen im Mittel zwischen 5,7 und 6,1 m/s lassen sich erfahrungsgemäß etwa 4.500 MWh an Windenergie pro Jahr erzielen. Mit einer WEA allein ließen sich schon 1.500 4-Personen- Haushalte versorgen. Der Berechnung wurde die Annahme zugrunde gelegt, das ein vier Per- sonen Haushalt etwa 3 MWh im Jahr verbraucht. Übertragen auf die Energiebedarfsverhält- nisse der Gemeinde Wiesbaden bedeutet dies: Mit einer WEA könnten etwa 2,1 % des priva- ten Stroms, mit 5 WEA etwa 10,5 % und mit 10 WEA 21 % des privaten Stroms erzeugt wer- den.
Wiesbaden kann somit als Gunstraum für die Windenergie betrachtet werden.
8. Schlussbemerkungen zum Gutachten
In dieser Studie kamen allgemein anerkannte Methoden zur Berechnung der Windverhält- nisse zur Anwendung. Es bestehen jedoch Unsicherheiten hinsichtlich der angewendeten Methode und aufgrund verschiedener klimatologischer Phänomene, die sich nicht ausrei- chend quantifizieren lassen und die nicht immer im digitalen Geländemodell berücksichtigt werden können.
Zudem bestehen Unsicherheiten bezüglich der Eingangsdaten der Windmessungen am Flug- hafen Frankfurt. Der Messzeitraum der Windmessung birgt ebenfalls gewisse Risiken.
Es ist weiterhin zu beachten, dass mögliche langjährige mittlere Erträge berechnet wurden.
Bei Berechnungen der Wirtschaftlichkeit ist zu berücksichtigen, dass die jährlichen Erträge starken Schwankungen unterliegen
Zudem ist zu beachten, dass bei der Planung von Windenergiestandorten unbedingt detail- lierte Untersuchungen des Windpotentials erforderlich sind. Hierbei würden verfeinerte Ge- ländemodelle sowie im Gemeindegebiet erhobene Winddaten verwendet. Es würden Windmessungen erforderlich.
Aufgrund der dargestellten Unsicherheiten kann für die Ergebnisse dieser Studie keine Haftung übernommen werden.
Die Erstellung dieser Studie erfolgte nach bestem Wissen und Gewissen. Es kann jedoch aufgrund der dargestellten Sachverhalte keine Haftung für das Vorhandensein der Wind- verhältnisse, die für die Gemeinde Wiesbaden ermittelt wurden, übernommen werden.
Freiburg, den 24. Februar 2009
(Johannes Hagemann) JH Wind
