Bundesverband WindEnergie e.V.

Kapitel 2

Windparkeffekt

Parkeffekt

Abb: Windpark Uckermark

Werden mehrere Windanlagen in Windparks aufgestellt, muss zusätzlich neben der Geländerauigkeit und den Hindernissen noch die Verschattung der Anlagen untereinander berücksichtigt werden. Die Einflüsse der Windkraftanlagen untereinander werden „Windparkeffekt“ genannt.

Stehen zum Beispiel zwei gleiche Anlagen hintereinander in der selben Windrichtung, wird die hintere Anlage nicht die Leistung der vorderen Anlage erreichen können. Die Luftströmung hinter der ersten Anlage wird abgebremst, verwirbelt wegen des Nachlaufeffektes und trifft nicht gleichförmig auf die vom Rotor der zweiten Anlage überstrichenen Fläche. Die Aerodynamik der hinteren Anlage funktioniert dann nicht mehr optimal und ermöglicht somit keine maximale Energiegewinnung.

Der Windparkeffekt hat verschiedene Auswirkungen:

Abb: Windprofil vor und hinter 5.3-mal dem Rotordurchmesser einer Windkraftanlage

 

 

Die Windgeschwindigkeit ist hinter der Anlage niedriger. Die oben dargestellte Grafik zeigt die Windgeschwindigkeit nach einem Abstand von 5,3 mal dem Rotordurchmesser einer Windkraftanlage (die 28 Meter Durchmesser und 31 Meter Nabenhöhe hat). Deutlich ist zu sehen, dass die Windgeschwindigkeit nach der Anlage viel niedriger als vor der Anlage ist. An der Nabenhöhe (31 Meter hoch) ist beispielsweise die Windgeschwindigkeit gleich 6 m/s statt 7,2 m/s vor der Anlage!

Abb: Turbulenzprofil hinter einer Windkraftanlage

 

 

Die erste Turbulenzquelle eines Windparks ist der Nachlaufeffekt. Die Turbulenzen sind nach einer Windkraftanlage viel höher, besonders am Rotorrand. Diese Turbulenzen führen für die hinteren Anlagen zu einer größeren Ermüdung der mechanischen Teile und eine Begrenzung der Lebensdauer mancher Komponenten.

Einfluss des Abstands und Verminderung des Parkeffekts:

Abb: Turbulenzintensität in Abhängigkeit vom Rotordurchmesser

Die oben dargestellte Grafik zeigt die Turbulenzintensität mit dem Abstand zur Windkraftanlage. Deutlich ist die Abnahme der Turbulenzintensität mit dem Abstand zu erkennen. Nach einem Abstand von fünfmal dem Rotordurchmesser, ist die Turbulenzintensität auf ca. 60% des Wertes unmittelbar hinter dem Rotor reduziert. Nach einem Abstand des zehnmaligen Rotordurchmessers ist der Wert um ca. 80% gesunken. Eine ungestörte Turbulenzintensität ist nach einem Abstand des vierundzwanzigfachem des Rotordurchmessers zu erwarten.

Da der Windparkeffekt mit geringer werdendem Abstand zur Windkraftanlage zunimmt, müssen die Anlagen weit genug auseinander errichtet werden, um den Parkeffekt zu minimieren und den Energieertrag sowie die Lebensdauer der Anlagen zu erhöhen.

In der Hauptwindrichtung sollte ein Abstand von mindestens dem fünf- bis neunfachen des Rotordurchmessers und in der Querrichtung ein Abstand von mindestens 3 bis 5 Rotordurchmessern beachten werden.

Parkwirkungsgrad

Die theoretisch maximale Leistung eines Windparks kann aufgrund der beschriebenen Verschattung nicht erreicht werden. Der Parkwirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Energieertrag des Windparks und dem theoretisch maximalen Energieertrag (Ertrag einer unverschatteten Anlage mal der Anzahl der Anlagen)

Der Parkwirkungsgrad hängt von dem Windparklayout (Abstand zwischen den Anlagen), sowie von den Umgebungsverhältnissen, die mittleren Windgeschwindigkeit und der Häufigkeitsverteilung der Windrichtung ab. Der Parkwirkungsgrad liegt in der Regel zwischen 85 und 97%.