Oldenburg/Bremerhaven – Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energetyki Wiatrowej IWES uruchomił innowacyjny system radarowy do pomiaru wiatru, który umożliwia trójwymiarowe pomiary pola wiatru w niespotykanych dotąd odległościach i rozdzielczości. Tak zwany podwójny radar dopplerowski, składający się z dwóch synchronicznie działających urządzeń radarowych, został zainstalowany w pobliżu farmy wiatrowej WiValdi należącej do DLR w powiecie Stade w Dolnej Saksonii i od początku czerwca dostarcza dane pomiarowe. System radarowy został opracowany i zbudowany przez firmę SmartWind Technologies z Teksasu w Stanach Zjednoczonych. W ramach projektu „Wind farm RADAR”, finansowanego przez niemieckie Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energii, system radarowy jest po raz pierwszy poddawany walidacji naukowej przez Fraunhofer IWES we współpracy z ForWind – Uniwersytetem Carla von Ossietzky’ego w Oldenburgu. Celem jest udostępnienie tej zasadniczo nowej technologii pomiarów pola wiatru dla przemysłu wiatrowego i oferowanie jej w dłuższej perspektywie jako usługi dla projektantów i operatorów. Projekt ma potencjał, aby zasadniczo zrewolucjonizować rozumienie przepływów wiatru w farmach wiatrowych i wokół nich.

Celem jest ustanowienie technologii podwójnego radaru dopplerowskiego jako nowej techniki pomiarowej w związku z rosnącym zapotrzebowaniem na energię elektryczną z odnawialnych źródeł. Może ona dostarczyć kluczowych danych do oceny lokalizacji i optymalizacji farm wiatrowych. System radarowy może być wykorzystywany zarówno na etapie planowania, jak i równolegle z eksploatacją istniejących farm wiatrowych.

System mierzy warunki wiatrowe na obszarze ponad 1000 kilometrów kwadratowych i stanowi unikalną bazę informacji dla operatorów farm wiatrowych, inwestorów i planistów. Co dwie minuty rejestruje kilka milionów pomiarów wiatru w zasięgu 35 kilometrów i na głębokościach sięgających od obrotu wirnika w górę do niższych warstw atmosfery. Technologia pomiarowa ma zatem potencjał, aby zmniejszyć ryzyko inwestycyjne i określić krzywe wydajności wszystkich turbin wiatrowych w farmie wiatrowej jednocześnie. Takie zestawy danych są również interesujące dla naukowców w celu walidacji nowych modeli modelowania pól wiatrowych dla przemysłu oraz opracowania metod optymalizacji sterowania farmami wiatrowymi.

„Dzięki naszemu systemowi przemysł wiatrowy może analizować pola wiatrowe bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej. To zbliża nas o krok do osiągnięcia celów klimatycznych i niezależności energetycznej” – wyjaśnia dr Jan Diettrich, kierownik projektu Wind Farm RADAR w Fraunhofer IWES.

System radarowy oparty jest na zasadzie podwójnego Dopplera: dwie stacje radarowe, każda wyposażona w czterometrową antenę radarową, emitują impulsy elektromagnetyczne, które odbijają się od cząstek w powietrzu. Charakterystyka energii odbitej od każdego radaru jest następnie analizowana i łączona w celu określenia dokładnej prędkości wiatru – w trzech wymiarach na całym badanym obszarze. Uzyskane dane dostarczają między innymi informacji na temat rozkładu obciążenia turbin wiatrowych. Ponadto można mierzyć i określać turbulencje i efekty śladu aerodynamicznego, co ma fundamentalne znaczenie dla instalacji turbin w farmach wiatrowych.

Ciągłe, dokładne dane pomiarowe

Podwójny radar dopplerowski został uruchomiony na początku czerwca 2025 r. i od tego czasu co dwie minuty dostarcza pomiary kierunku wiatru i turbulencji. Zainstalowano również inne urządzenia, takie jak lidar (laserowy miernik wiatru) oraz disdrometr do pomiaru intensywności opadów i wielkości kropli deszczu. Wszystkie dane zostaną wykorzystane w tym projekcie badawczym do weryfikacji i walidacji pomiarów radarowych.

„System podwójnego radaru dopplerowskiego stanowi znaczący postęp w badaniach nad energią wiatrową. Projekt ten umożliwia nam walidację danych pomiarowych i wykorzystanie wyników do stworzenia nowych możliwości optymalizacji farm wiatrowych” – mówi prof. dr Martin Kühn z ForWind – Uniwersytetu w Oldenburgu.

Planowane dalsze projekty

Po zakończeniu pomiarów w Niemczech planowana jest kampania pomiarowa na morzu w Anglii. W przyszłości Fraunhofer IWES będzie oferować odpowiednie usługi pomiarowe z wykorzystaniem podwójnego radaru dopplerowskiego. Obejmuje to nie tylko dostarczenie niezbędnego sprzętu, ale także opracowanie i zastosowanie strategii i metod optymalnego pomiaru, analizy i interpretacji danych, a także walidację i weryfikację uzyskanych wyników.

Źródło: Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energetyki Wiatrowej IWES