Turbulenz im Park

English: Turbulence in the Park / Español: Turbulencia en el parque / Português: Turbulência no parque / Français: Turbulences dans le parc / Italiano: Turbine nel parco

Windkraftanlagen entziehen der Luftströmung Energie. Dabei verringern sie nicht nur die Strömungsgeschwindigkeit lokal, sondern die Windkraftanlagen bewirken auch eine zusätzliche Verwirbelung der Strömung. Daher verändert jede Windkraftanlage die Anströmbedingungen der Anlagen, die sich in der Nähe in ihrem Nachlauf befinden. Diese Veränderung führt nicht nur zu einer Verringerung der möglichen Energieausbeute, sondern auch zu einer Erhöhung der dynamischen Strukturbelastung.

Sowohl theoretisch als auch empirisch kann gezeigt werden, dass die Beeinflussung der Luftströmung durch Windkraftanlagen und damit auch die gegenseitige Beeinflussung der Windkraftanlagen entscheidend vom Rotorschub, also dem Schubbeiwert abhängt.

Die von einer Windkraftanlage auf die Strömung aufgeprägten Störungen gehen vom Rotor aus und breiten sich im Lauf der Zeit, d. h. mit zunehmendem Abstand von der Anlage, in alle Richtungen aus. Es findet eine allmähliche Durchmischung statt, die von der schon in der Strömung vorhandenen Turbulenz abhängt. Je turbulenter eine Strömung ist, desto schneller wird die von der Windkraftanlage eingebrachte zusätzliche Turbulenz verteilt. Die Aufstellungsgeometrie der Windkraftanlagen sowohl hinsichtlich der Winkel, die die Anlagen zueinander bilden, als auch der gegenseitigen Abstände sind von Belang.

Die Windgeschwindigkeitsverteilung und die Windrichtung sind die wesentlichen Parameter bei der gegenseitigen Beeinflussung von Windkraftanlagen.

Die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit im Windpark unter dem Einfluss der Windkraftanlagen wurde nach einem theoretisch entwickelten und aufgrund von Messergebnissen angepassten Eddy-Viscosity-Modell berechnet. Die Veränderung der Turbulenzintensität durch die Anlagen wird über ein empirisch von Ainslie und Quarton entwickeltes Modell ermittelt. Diese Modelle sind im Programm WindFarmer implementiert, wobei auf realitätsnahe Ergebnisse auch bei mehrfacher Beeinflussung durch Windkraftanlagen geachtet wird.

Zur Berechnung der Turbulenz im Park z.B. mit der Software Windfarmer werden neben der Umgebungsturbulenz die Schubbeiwerte der Windkraftanlagen, die Rotordurchmesser und Nabenhöhen sowie die Drehzahlen abhängig von der Windgeschwindigkeit benötigt. Spezifikationen von Windkraftanlagen geben häufig nur die minimale und die maximale Rotordrehzahl im Leistungsbetrieb an. Der genaue Verlauf über die Windgeschwindigkeiten muss daher meist geschätzt werden.