Robert Klatt
Die Windenergie wird in vielen Ländern stark ausgebaut. Forscher haben nun untersucht, ob sich Windkraftanlagen gegenseitig beeinträchtigen und ihre Leistung dadurch reduzieren.
Boulder (U.S.A.). Im Atlantik an der Ostküste der U.S.A. werden immer mehr Offshore-Windkraftanlagen errichtet. Es ist dabei für die Betreiber entscheidend, möglichst genau berechnen zu können, wie viel Windenergie diese erzeugen werden. Weil genaue Vorhersagen bislang schwierig sind, haben Forscher der University of Colorado Boulder (CU Boulder) um Julie K. Lundquist untersucht, ob und wie sich Windkraftanlagen gegenseitig beeinflussen können.
„Die U.SA. planen den Bau von Tausenden von Offshore-Windturbinen, daher müssen wir vorhersagen, wann diese Wakes teuer werden und wann sie wenig Auswirkungen haben.“
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Wind Energy Science kamen die Wissenschaftler dabei zu dem Ergebnis, dass Windkraftanlagen signifikante Mengen an Wind von anderen in der Nähe befindlichen Turbinen wegnehmen können. Die Stromproduktion kann dadurch um mehr als 30 Prozent sinken.
Wenn Wind durch Offshore-Windturbinen strömt, entziehen die vorderen Turbinen dem Wind Energie, was zu einer Verlangsamung und erhöhter Turbulenz hinter diesen Turbinen führt. Dies führt dazu, dass bei den nachfolgenden Turbinen eine geringere Windgeschwindigkeit ankommt und diese weniger Energie produzieren. Der sogenannte Wake-Effekt, also die Verwirbelung des Winds hinter den Turbinen, ist bei Offshore-Anlagen besonders stark, weil es dort keine natürlichen Hindernisse wie Häuser oder Bäume vorhanden sind, die den Wind verwirbeln und die Wakes auflösen könnten.
Laut den Computersimulationen und atmosphärischen Beobachtungsdaten kann der Wake-Effekt die Energieproduktion eines geplanten Offshore-Windparks um 34 bis 38 Prozent reduzieren. Überdies können sich die Wakes vor allem an heißen Sommertagen mit stabiler Luft über Distanzen von bis zu 55 Kilometern ausbreiten und auch benachbarte Windparks stören.
„Leider ist der Sommer die Zeit, in der viel Strom nachgefragt wird. Wir haben gezeigt, dass Wakes einen erheblichen Einfluss auf die Stromerzeugung haben werden. Aber wenn wir ihre Auswirkungen vorhersagen und antizipieren können, wann sie auftreten werden, dann können wir sie im Stromnetz managen.“
Vor der Küste von Massachusetts wurden 2024 die ersten fünf große Windturbinen in Betrieb genommen. Der Bau weiterer Turbinen ist entlang der Küsten von Rhode Island, Virginia und New York geplant. Insgesamt möchte die aktuelle Regierung um Biden Offshore-Windparks mit einer Gesamtleistung von 30 Gigawatt (GW) installieren. Diese könnten rund 10 Millionen Haushalte mit Strom versorgen.
Wie die Forscher der CU Boulder erklären, schwankt die Leistung der Windkraftanlagen aber stark, was die Stabilität des Stromnetzes gefährden kann. Ihre neuen Studienergebnisse können den Netzbetreibern somit dabei helfen, erneuerbare Energien besser in die Stromnetze zu integrieren, weil die von ihnen produzierte Strommenge präziser prognostiziert werden kann.
„Wir benötigen eine vielfältige Mischung aus sauberen Energiequellen, um den Bedarf zu decken und das Netz zu dekarbonisieren. Mit besseren Vorhersagen der Windenergie können wir eine größere Abhängigkeit von erneuerbaren Energien erreichen.“
Wind Energy Science, doi: 10.5194/wes-9-555-2024