Nimmt ein Windrad dem anderen den Strom? Forscher gehen Phänomen nach

Wirbelschleppen eines Windparks können benachbarte Windkraftanlagen beeinflussen.

Die Nutzung der Windenergie, insbesondere durch Offshore-Windparks, spielt eine zentrale Rolle in der Strategie zum Erreichen der Klimaziele. Da die Fläche der möglichen Aufstellorte begrenzt ist, ist das Wissen über die gegenseitige Beeinflussung der Anlagen von großer Bedeutung. Ein Forschungsteam der University of Colorado Boulder konnte wichtige Erkenntnisse über die Dynamik der Windenergiegewinnung in Offshore-Windparks gewinnen, die für die Planung und Optimierung dieser Energiequellen entscheidend sind.

Das Hauptaugenmerk der Studie liegt auf dem sogenannten Wirbelschleppeneffekt (wake effect), der entsteht, wenn Wind durch die Rotorblätter von Windturbinen strömt. Turbinen, die sich an der Vorderseite eines Windparks befinden, entziehen dem Wind Energie, was dazu führt, dass der Wind hinter diesen Turbinen langsamer und turbulenter wird. Dies kann die Effizienz nachfolgender Turbinen erheblich beeinträchtigen und die Gesamtenergieproduktion eines Windparks um 34 bis 38 Prozent reduzieren, wie die Forscher durch detaillierte Computersimulationen und Atmosphärendaten herausgefunden haben.

Einfluss der Wirbelschleppen in über 50 Kilometern Distanz messbar

Um ein detaillierteres Verständnis der regionalen Windbedingungen zu gewinnen, führte das Forscherteam im Dezember 2023 eine Feldstudie durch. Dabei installierten sie auf Inseln vor der Küste Neuenglands verschiedene Messinstrumente, darunter Wetterwächter und Radarsensoren. Diese Instrumente sollen kontinuierlich Daten sammeln, um die bisherigen, oft lückenhaften Informationen aus Satellitenbeobachtungen und Schiffsdaten zu ergänzen.

Eine besonders interessante Entdeckung ist, dass die Wirbelschleppen unter bestimmten Wetterbedingungen, insbesondere an heißen Sommertagen, sich über Distanzen von bis zu 55 Kilometern ausbreiten können. Dies kann auch benachbarte Windparks beeinträchtigen, die sich in unmittelbarer Nähe befinden. An Tagen, an denen die Luft über der kühlen Meeresoberfläche stabil ist, können diese Wirbelschleppen länger anhalten und sich weiter ausbreiten, was zu einer verminderten Leistung führt.

Trotz der Herausforderungen, die der Wirbelschleppeneffekt darstellt, gibt es Wege, mit denen die negativen Effekte minimiert werden können. Die Studienergebnisse geben daher wichtige Antworten für die zukünftige Planung und den Betrieb von Offshore-Windparks.