In der Masterarbeit wird eine Methode zur Regionalisierung von Windkraftanlagen für die BRD entwickelt und deren technische Umsetzung beschrieben.
Die in dieser Arbeit durchgeführte Regionalisierung von Windkraftanlagen an Land basiert auf einer detaillierten Analyse der Gesamtfläche der BRD bezüglich ihrer Nutzbarkeit für die Windenergieerzeugung. Hierzu wird die Gesamtfläche der BRD in 14,3 Mio. Rasterzellen von 200 m x 200 m unterteilt. Für jede Rasterzelle erfolgt eine Bewertung der Windqualität und der Flächenverfügbarkeit für die Windenergienutzung. Hierbei wird die Standortqualität verschiedener Windzonen sowie Flächenrestriktionen unterschiedlicher Flächennutzungstypen berücksichtigt. In geeigneten Rasterzellen wird dann die Errichtung von Windkraftanlagen vorgesehen. Standortabhängig werden dabei unterschiedliche Standard-Windkraftanlagen angenommen, wobei ein technisch notwendiger Mindestabstand zwischen Windkraftanlagen eingehalten wird. Die Summe der Leistung aller in geeigneten Rasterzellen errichteten Windkraftanlagen ergibt das in der BRD maximal installierbare Leistungspotenzial. In die Skalierung gehen ebenfalls die Ausbauziele der Bundesländer ein, wodurch eine Gewichtung der Verteilung der Windenergieleistung auf Bilanzkreisebene der Bundesländer erfolgt. Die Ausbauziele werden im Szenariorahmen 2019-2030 konkretisiert, weshalb als Eingangsparameter für die Skalierung die Daten des Szenarios C 2030 aus dem Szenariorahmen 2019-2030 verwendet werden.
Nach der Einleitung in Kapitel 1 werden in Kapitel 2 grundlegende technische Zusammenhänge dargestellt, die für die Regionalisierung von Windkraftanlagen an Land wichtig sind.I n Kapitel 3 wird eine Analyse der Windqualität in der BRD durchgeführt. In Kapitel 4 wird eine Flächenanalyse der BRD durchgeführt. Dabei wird jede Rasterzellen daraufhin untersucht, ob in ihr Arten der Flächennutzung vorliegen, die der Windenergieerzeugung entgegenstehen oder diese begünstigen. Ausgehend von den in den Kapitel 3 und Kapitel 4 erfassten Daten wird in Kapitel 5 eine Allokation von Windkraftanlagen in geeigneten Rasterzellen vorgenommen. Das bewertete Leistungspotenzial wird in Kapitel 6 auf die Ausbauziele der Bundesregierung für Windkraftanlagen an Land skaliert. In Kapitel 7 wird die technische Umsetzung der Regionalisierung der Windkraftanlagen an Land vorgestellt. In Kapitel 8 wird die Methodik zur Regionalisierung von Windkraftanlagen an Land zusammenfassend dargestellt.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- Abkürzungsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Motivation
- 1.2 Struktur der Arbeit
- 2 Grundlagen
- 2.1 Windenergietechnik
- 2.2 Volllaststunden und Weibullverteilung
- 2.3 Starkwind- und Schwachwindanlagen
- 2.4 Schallemissionen von Windkraftanlagen
- 2.5 Analyse der Windqualität
- 3 Ermittlung der Volllaststunden
- 3.1 Ermittlung der Volllaststunden
- 3.2 Einteilung von Windzonen
- 3.3 Auswahl von Standard-Windkraftanlagen
- 4 Flächenanalyse
- 4.1 Windvorrang- und Windeignungsgebiete
- 4.2 Baunutzfläche
- 4.2.1 Wohnbaufläche
- 4.2.2 Industrie- und Gewerbefläche
- 4.2.3 Fläche gemischter Nutzung
- 4.2.4 Flächen besonderer funktionaler Prägung
- 4.2.5 Sonstige Baunutzflächen
- 4.3 Infrastruktur
- 4.3.1 Fahrbahnen
- 4.3.2 Gleis- und Bahnanlagen
- 4.3.3 Freileitungen
- 4.3.4 Flugsicherungsanlagen, Flughäfen und Landeplätze
- 4.4 Natürliche und technische Ausschlussflächen
- 4.4.1 Moore und Sümpfe, stehende und fließende Gewässer
- 4.4.2 Hangneigung
- 4.5 Naturschutz
- 4.5.1 Naturschutzgebiete
- 4.5.2 Nationalparks
- 4.5.3 Flora-Fauna-Habitate
- 4.5.4 Vogelschutzgebiete
- 4.5.5 Ramsar-Gebiete
- 4.5.6 Biosphärenreservate
- 4.5.7 Landschaftsschutzgebiet
- 4.5.8 Naturparks
- 4.5.9 Waldfläche
- 4.5.10 Wasserschutzgebiete
- 4.6 Analyse der Ausschluss- und Potenzialfläche
- 5 Ermittlung des Leistungspotenzials von Windkraftanlagen an Land in der BRD
- 5.1 Ermittlung des Leistungspotenzials
- 5.2 Ermittlung des bewerteten Leistungspotenzials
- 5.3 Repowering
- 6 Regionalisierung der Windenergieleistung gemäß Szenariorahmen Strom 2019-2030
- 6.1 Auswahl des Szenarios C 2030 für die Regionalisierung von Windkraftanlagen an Land
- 6.2 Skalierung der Leistung der Windkraftanlagen an Land auf den Zielwert des Szenario C 2030
- 7 Technische Umsetzung der Regionalisierung
- 7.1 Software
- 7.2 Aufbau des Rasters und Gridcode
- 7.3 Ermittlung der Volllaststunden und der Hangneigung
- 7.4 Selektion und Pufferung von Flächen und Linienstrukturen
- 7.5 Aggregation von Geometrien
- 7.6 Aufbau und Überführung von Daten in die Datenbank
- 7.7 Datenverarbeitung in der Datenbank
- 8 Schlussbetrachtung
- 8.1 Zusammenfassung
- 8.2 Weiteres Vorgehen
- 8.3 Optimierungsoptionen
- 9 Kartenanhang
- 9.1 Volllaststunden einer Enercon E82 E4
- 9.2 Verteilung des Windkraftanlagenbestandes
- 9.3 Windzonen
- 9.4 Windvorrang und Windeignungsgebiete
- 9.5 Baunutzfläche mit Schutzabstand
- 9.6 Fahrbahnen, Bahn- und Gleisanlagen, Freileitungen
- 9.7 Flughäfen, Landeplätze, Flugsicherungseinrichtungen
- 9.8 Fließ-/Stehgewässer, Moore und Sümpfe, Hangneigung >5°
- 9.9 Naturschutzgebiete und Nationalparks
- 9.10 Vogelschutzgebiete und Flora-Fauna-Habitate
- 9.11 Ramsar-Gebiete und Biosphärenreservate
- 9.12 Naturparks und Landschaftsschutzgebiete
- 9.13 Waldflächen und Wasserschutzgebiete
- 9.14 Ausschlussflächen und Potenzialflächen
- 9.15 Leistungspotenzial
- 9.16 Bewertetes Leistungspotenzial
- 9.17 Skalierte Leistung für Szenario C 2030
- 10 Anhang
- 10.1 Anhang 1
- 10.2 Anhang 2
- 10.3 Anhang 3
- 10.4 Anhang 4
- 10.5 Anhang 5
- 10.6 Anhang 6
- 10.7 Anhang 7
- 10.8 Anhang 8
- 10.9 Anhang 9
- Darstellungsverzeichnis
- Tabellenverzeichnis
- Digitales Anhangsverzeichnis
- Literatur- und Quellenverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Methodik zur Regionalisierung von Windkraftanlagen an Land in Deutschland. Ziel ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die räumliche Verteilung von Windenergieanlagen auf Basis des Szenariorahmens zum Netzentwicklungsplan Strom 2019-2030 ermöglicht. Die Methodik soll die Berücksichtigung relevanter geografischer, technischer und ökologischer Kriterien gewährleisten und so zur effizienten und nachhaltigen Planung von Windenergieprojekten beitragen.
- Ermittlung des Leistungspotenzials von Windkraftanlagen an Land in Deutschland
- Entwicklung einer Methodik zur Regionalisierung von Windenergieanlagen basierend auf dem Szenariorahmen Strom 2019-2030
- Analyse und Berücksichtigung relevanter Ausschlussflächen und Potenzialflächen
- Integration geografischer, technischer und ökologischer Faktoren in die Planung
- Entwicklung eines softwarebasierten Werkzeugs zur Unterstützung der Regionalisierung
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Motivation und den Aufbau der Masterarbeit erläutert. Im Anschluss werden in Kapitel 2 die relevanten Grundlagen zur Windenergietechnik, den Volllaststunden und der Weibullverteilung sowie zu Starkwind- und Schwachwindanlagen vorgestellt. Kapitel 3 beschäftigt sich mit der Ermittlung der Volllaststunden und der Einteilung von Windzonen, während Kapitel 4 die Flächenanalyse mit der Berücksichtigung von Windvorrang- und Windeignungsgebieten sowie von Ausschlussflächen und Potenzialflächen behandelt. In Kapitel 5 wird das Leistungspotenzial von Windkraftanlagen an Land in Deutschland ermittelt, wobei sowohl das unbewertete als auch das bewertete Leistungspotenzial berechnet wird. Kapitel 6 widmet sich der Regionalisierung der Windenergieleistung gemäß dem Szenariorahmen Strom 2019-2030. Kapitel 7 beschreibt die technische Umsetzung der Regionalisierung, inklusive der verwendeten Software, des Aufbaus des Rasters und der Datenverarbeitung in der Datenbank. Die Arbeit schließt mit einer Schlussbetrachtung, die die Ergebnisse zusammenfasst, zukünftige Schritte und Optimierungsoptionen diskutiert.
Schlüsselwörter (Keywords)
Die Arbeit befasst sich mit den Themen Windenergie, Regionalisierung, Leistungspotenzial, Szenariorahmen, Netzentwicklungsplan Strom, Ausschlussflächen, Potenzialflächen, GIS-Analyse, Softwareentwicklung, Datenbankmanagement, räumliche Planung, Nachhaltigkeit, Energiewende.
- Quote paper
- Stephan Röttgen (Author), 2019, Entwicklung einer Methodik zur Regionalisierung von Windkraftanlagen an Land. Szenariorahmen zum Netzentwicklungsplan Strom 2019-2030, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/540547
