Wake-Effekte im Windpark - Teil I

Turbulenz durch Abschattung (Nachlaufeffekte)

Da eine Windkraftanlage dem Wind Energie entzieht, wird auch die Windgeschwindigkeit hinter der Windturbine reduziert.

Diese Energieentnahme erfolgt nicht gleichmäßig, was letztlich auch zu starken Schwankungen der Windgeschwindigkeit führt. Die dadurch verursachten Turbulenzen im Nachlauf der Turbine führen dann zu einer unregelmäßigeren Anströmung und zu höheren Belastungen der Windkraftanlagen im Nachlauf. Turbinen, die durch diese Nachlaufeffekte beeinflusst werden, produzieren weniger Energie und verschleißen schneller.

Bei der Planung von Windparks mit mehreren Windenergieanlagen ist es daher sehr wichtig, dass die Windparkkonstellation so ausgelegt wird, dass möglichst wenig Abschattungseffekte durch häufig auftretende Windrichtungen im Windpark entstehen.

Da das Klima und die Witterung jedoch nicht zu 100 % vorhergesagt werden können, kann es vorkommen, dass die Windenergieanlagen öfter abgeschattet werden als ursprünglich geplant.

Es ist also sehr spannend, die Auswirkungen der Abschattung in einem Windpark zu untersuchen.

Turbulenzrosen und die Windhäufigkeitsverteilung

Im Bild oben sehen Sie eine Turbulenzrose.

Diese Darstellung beschreibt die durchschnittliche Turbulenzintensität aus den verschiedenen Windrichtungen.

Man sieht z.B., dass aus ca. 25° und 260° höhere Turbulenzintensitäten gemessen wurden. Genau in diesen Richtungen befinden sich auch die benachbarten Anlagen.

Durch diese Art der Darstellung kann die mittlere Turbulenzintensität aus verschatteten Richtungen direkt mit der aus freien Strömungsrichtungen verglichen werden.

In diesem Fall bewirkt die Verschattung eine Erhöhung der Turbulenzintensität von ca. 14% auf 30%, was einer Verdoppelung entspricht.

Interessanterweise ist im Bild ein umgekehrtes Phänomen der Windrose zu sehen.

Lesen Sie in unserem nächsten Beitrag, wie Sie daraus einen Faktor berechnen können, der beschreibt, zu welchem Anteil der Betriebsstunden die Anlage verschattet war.