Entwicklung und Erprobung eines Modells zur Abschätzung der Ertragsminderung von Windenergieanlagen aufgrund von Abschaltungen im Zusammenhang mit Schattenwurf

In dieser Arbeit wurde ein Modell für die Berechnung des Schattenwurfs einzelner Windenergieanlagen(WEA) entworfen und erprobt, mit dem Ziel, den Ertragsverlust wegen Abschaltungen zur Einhaltung von Schattenwurfimmissionsrichtlinien zu prognostizieren. Im Unterschied zum gängigen statistischen Standard-Prognoseverfahren in der Gutachtenstellungwurden lokale meteorologische Zeitreihen zu Sonnen- und Windverhältnissen berücksichtigt. Außerdem wurden die Immissionsschutzflächen für die Beschattungsanalyse direkt aus einemgeeigneten Datensatz importiert und nicht manuell platziert. So sollten die Präzision der Vorhersagen und der Automatisierungsgrad der Analyse erhöht werden. Das Modell wurde validiert über die Zeitdauer eines Jahres anhand zweier WEA, für die Betriebsdaten und ein Schattenwurf-Gutachten nach Standardverfahren vorlagen. Die Validierung anhand von Betriebsdaten von Bestands-Anlagen war nicht aussagekräftig, weil keine Datensätze ohne Einfluss von Bestands-WEA vorlagen. Eine Analyse der Betriebsdaten ließ jedoch Hinweise auf Ähnlichkeit der Ergebnisse zu. Für den Vergleich mit den Gutachten-Ergebnissen konnten jedoch gemeinsame Testbedingungen hergestellt werden. Eine Auswertung der meteorologischen Zeitreihen zeigte deutliche Unterschiede zu den Annahmen des Referenzverfahrens bezüglich der Sonnen- und Windverfügbarkeit und damit der Relevanzdauer für Schattenwurfimmissionen. Dennoch stimmen unter den Bedingungen des Referenzverfahrens berechnete, real zu erwartende Beschattungszeiten nach beiden Verfahren, stark überein, mit einer jährlichen Abweichung der Gesamtbeschattungszeit von 1:26 h oder 2,3 %. Qualitativ sehr ähnliche Ergebnisse lieferten beide Verfahren auch bei Beschattungszeitkartogrammen und Abschaltzeiten. Das Modell ist damit fähig, die Ergebnisse des Standardverfahrens unter gleichen Bedingungen mit geringen Abweichungen zu reproduzieren. Wegen der Neuartigkeit des Beschattungsberechnungsverfahrens des Modells auf reale Immissionsflächen sind die Ergebnisse nicht mit denen des Standardverfahrens vergleichbar. Sie sind jedoch plausibel und können durch Beschattungsmessungen validiert werden, die hier aber nicht vorlagen. Aufbauend auf den Ergebnissen des Modellverfahrens wurden Abschaltmethoden vorgestellt, mit denen Immissionszeit und Ertragsverlust minimiert werden können. Die räumliche Genauigkeit des Modells liegt in der aktuellen Version bei ca. 20 m, was jedoch durch Verwendung höhererzeitlicher und räumlicher Auflösung verbessert werden kann. Für eine Skalierung des Modells sind vor allem Verbesserungen in der Rechenzeit nötig, ein Einsatz zum geplanten Zweck ist möglich.