Diplomarbeit - FB 4 Allgemein - Fachhochschule Düsseldorf

2 Problematik der Windgeschwindigkeitsmessung
2 Problematik der Windgeschwindigkeitsmessung
2.1 Der Wind in Bodennähe
Bei Strömung der Luftmassen über die raue Erdoberfläche wird die
Strömungsgeschwindigkeit abgebremst und es entsteht eine bodennahe Grenzschicht
mit einer charakteristischen vertikalen Verteilung der Windgeschwindigkeit von null
bis zu der des geostrophischen 14 Windes (Bild 2.1).
Bild 2.1 Bodennahe Grenzschicht [3]
Die Strömungsgeschwindigkeit der
Luft wird direkt am Boden bis auf Null
abgebremst. Zwischen den ungestörten
Luftschichten des geostrophischen
Windes und dem Boden existiert
demzufolge eine Schicht starker
Variation der Windgeschwindigkeiten
[3]. Der Wind, der in Bodennähe
auftritt und von Windenergieanlagen
genutzt wird, ist relativ turbulent.
Die Windenergieanlagen arbeiten immer in dieser turbulenten Grenzschicht. Deshalb
ist es wichtig, dass die Anemometer die Geschwindigkeit einer turbulenten Strömung
richtig messen.
Über dem Meer ist die Bodenrauhigkeit geringer. Hier kommt es in geringen Höhen zu
einer relativ schnellen Zunahme der Windgeschwindigkeit. Deshalb werden
neuerdings viele Windenergieanlagen auf dem Meer (Offshore) gebaut.
2.2 Schwankung der mittleren Geschwindigkeit
Turbulenzdefinition
Die turbulente Strömung ist durch unregelmäßige zeitliche und räumliche
Schwankungen der Geschwindigkeit gekennzeichnet. In der Regel ist sie einer
Hauptströmung überlagert. Die Geschwindigkeit c setzt sich aus der mittleren
Geschwindigkeit c und deren Schwankung c’ zusammen: c = c + c′
[1]. Schwankt auch
die Komponente c so spricht man von der Schwankung der mittleren
Strömungsgeschwindigkeit. Bilder 2.2a und b zeigen eine mit MATLAB simulierte
turbulente Strömung (Sinussignal überlagert mit Rauschen).
14 Geostrophisch: der Wind, der noch keine Störung durch die Struktur der Erdoberfläche erfahren hat
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