Windströmungsverluste durch Wake-Effekte in Offshore-Windparks sind deutlich größer sind als bislang angenommen. Zu diesem Schluss kommt eine aktuelle Studie des amerikanischen Consulting-Unternehmens ArcVera Renewables. Die Studie habe gezeigt, dass die üblicherweise verwendeten Modelle für technische Nachlaufströmungen die Energieverluste bei weitem unterschätzten, heißt es in einer Presseinformation. Geschwindigkeitsdefizite von bis zu 1 m/s oder 10 Prozent bestünden bis zu 100 km oder mehr in Windrichtung großer Offshore-Anlagen und führen zu Energiedefiziten, die viel größer seien als von den meisten Fachleuten in der Branche erwartet.
„Warnung für die Windindustrie“
ArcVera verwendete das Weather Research and Forecasting (WRF)-Modell, nach Unternehmensangaben ein fest etabliertes numerisches Wettervorhersagemodell mit hoher Genauigkeit. Diesem Modell sei die Windparkparametrisierung (WFP) hinzugefügt worden, um die Auswirkungen der Windturbinen im Untersuchungsgebiet zu berücksichtigen.
„Diese neue Studie ist eine wichtige Warnung, da die Windindustrie weltweit zu immer größeren Windturbinenmodellen mit höherer Parkdichte übergeht“, sagt Greg Poulos, CEO von ArcVera Renewables. Die Ergebnisse von WRF-WFP zeigten, dass technische Nachlauf- oder WFAI-Modelle derzeit weitreichende Nachlaufverluste deutlich unterprognostizieren. „Es ist wahrscheinlich, dass unerwartete Verluste durch Windparks verursacht werden, von denen man bisher annahm, sie seien zu weit entfernt, um für die Projektleistung relevant zu sein.“
Verwendetes Tool wurde onshore validiert
Ein Grund für die Abweichungen sieht das Unternehmen darin, dass die Modelle, die üblicherweise zur Abschätzung von Wake-Effekten verwendet werden, für interne und nahgelegene externe Wake validiert sind, nicht aber für große Entfernungen und große Windturbinen mit Nennleistung über 12 MW und Rotordurchmessern über 200 m.
Das von ArcVera verwendete WFP-Wettermodell wurde von anhand von SCADA-Aufzeichnungen für einen Onshore-Fall validiert. Das Tool werde aktiv zur Risikominderung und Optimierung des Windparkdesigns eingesetzt.
Atmosphärische Bedingungen über dem Meer besonders stabil
„In der Onshore-Validierungsstudie, die wir in Iowa, USA, durchgeführt haben, wurde festgestellt, dass sich die Wirbel bei stabilen atmosphärischen Bedingungen über 40 km über Land bewegen können. Über dem Meer ist die atmosphärische Stabilität in der Regel höher, insbesondere wenn warme Luft über kälteres Wasser strömt“, sagt Mark Stoelinga, der bei ArcVera die Innovation im Bereich der Atmosphärenforschung leitet. „Wir vermuten auch, dass die sehr großen Turbinen, die in der Studie untersucht wurden, ungewöhnlich starke Wirbel erzeugen, die ihren verlorenen Schwung nicht so leicht zurückgewinnen können, insbesondere unter den Bedingungen erhöhter atmosphärischer Stabilität.“ (kw)
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