Turbulenzen und Abschattungen sind in einem Windpark unwillkommene Effekte: Sie sorgen für niedrigere Energieerträge und höheren Verschleiß an den Windenergieanlagen. Mit einem Forschungsprojekt will das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) diese Strömungen besser verstehen und damit auch die Anordnung von Anlagen in einem Park verbessern.
Mehr Verständnis der dreidimensionalen, turbulenten Strukturen
Bis zu 100 Drohnen heben für das Projekt Establis-UAS (Exposing spatio-temporal Structures of Turbulence in the Atmospheric Boundary Layer with In-Situ measurements by a fleet of Unmanned Aerial Systems) in einer festgelegten Formation vom Boden ab. Die sogenannten „Unbemannten Flugsysteme“ (Unmanned Aerial Systems, UAS) messen Windeigenschaften, Temperatur und Luftfeuchtigkeit mit hoher Auflösung. Vorab wurden Versuche mit bis zu 20 dieser kleinen Drohnen durchgeführt. Sie sind besonders robust, damit sie auch bei größeren Windgeschwindigkeiten ihre Position halten und Ergebnisse liefern.
„Im Hinblick auf die Energiewende spielt das Verständnis der dreidimensionalen, turbulenten Strukturen eine wichtige Rolle. So können wir die Lasten verstehen, denen Windturbinen in ihrem Lebenszyklus ausgesetzt sind, und prognostizieren, welche Leistung sie ins Energienetz einspeisen“, sagt Projektleiter Dr. Norman Wildmann von DLR-Institut für Physik der Atmosphäre.
Weitere Experimente im Windkanal geplant
Windkraftanlagen erzeugen neben den schon vorhandenen Strömungsphänomenen zusätzlich eigene Wirbel. Ein Ziel der Windenergieforschung im DLR ist deswegen, ein Modell zu entwickeln, mit dem die Auswirkungen auf die Anlagen in der zweiten oder dritten Reihe deutlich werden. „Da gibt es noch einiges an Optimierungsbedarf. Die Antwort auf die Frage, wie sich der Wind an diesen Stellen verhält, ist sehr komplex“, erklärt Norman Wildmann. „Und sie ist nicht nur von der Anlage abhängig, sondern auch von der umgebenden Atmosphäre und den Eigenschaften des umgebenden Geländes. Es geht darum, beides zu kombinieren.“
Neben den Messungen an Windkraftanlagen sind Experimente im Windkanal der Universität Oldenburg und im DLR-Forschungspark Windenergie Krummendeich geplant. Zwei weitere Messkampagnen erfolgen im Rahmen der internationalen TeamX Initiative, die sich den komplexen Strömungen in der Grenzschicht des Gebirges widmet. Alle Experimente werden ergänzt durch numerische Simulationen. Letztlich soll ein umfassendes Modell für die Darstellung der turbulenten Strömung entstehen.
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