Nutzung der Windenergie

7 Windparks (S. 104)

Der Zusammenschluss von Windkraftanlagen zu Windparks an Land und auf See ermöglicht z. B. Netzsysteme intensiv zu nutzen und Kosten beim Bau und Betrieb einzusparen. Leistungsausgleich und Parkmanagement bieten zudem erhebliche Vorteile im Vergleich zum Alleinbetrieb. Gegenseitige Einflüsse mindern allerdings die Energieerträge, erhöhen Turbulenzen und verringern die Lebensdauer von Tragwerken der Anlagen.

7.1 Parkeffekte

Wie bereits Kapitel 4 zeigt, entzieht jede Windkraftanlage dem Wind einen Teil seiner Energie. Das geschieht durch Verzögerung der Windgeschwindigkeit. Diese wirkt sich hinter der Anlage besonders stark aus und wird deshalb als Nachlauf-Effekt bezeichnet. Davon sind auch dahinter angeordnete Windkraftanlagen betroffen. Somit spielt die Richtung des Windes, die hauptsächlich vorkommt, also die Hauptwindrichtung, eine wesentliche Rolle für die Anordnung von Windkraftanlagen in einem Windpark. In Deutschland ist die Hauptwindrichtung meist Süd-West. Sie kann jedoch regional und lokal Verschiebungen aufweisen. Informationen über die Verteilung der Windgeschwindigkeit und die Häufigkeit der Windrichtungen werden in den sogenannten Windrosen auf der Grundlage meist langjähriger meteorologischer Messungen dargestellt. Dem europäischen Windatlas entsprechend wird der Horizont in 12 Sektoren unterteilt. Dabei wird einerseits die relative Häufigkeit der jeweiligen Windrichtung und andererseits diese mit der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit in dieser Richtung multipliziert aufgezeigt. Die Windrose gibt somit Informationen darüber, wie viel jede Windrichtung bzw. jeder Sektor zur durchschnittlichen Windgeschwindigkeit vor Ort beiträgt, bzw. welche Energieerträge aus welcher Richtung zu erwarten sind [63], [64].

Von flachem Gelände mit niedriger Rauigkeit ausgehend wurden Berechnungsverfahren entwickelt, um die Windgeschwindigkeitsänderungen und deren Auswirkungen auf andere Windturbinen in der Umgebung zu bestimmen. Wesentliche Faktoren sind dabei Windgeschwindigkeitsverzögerungen bzw. Energieertragsminderungen und Turbulenzen sowie daraus resultierende Lasterhöhungen an den Rotorblättern, der Nabe, dem Triebstrang etc. bis hin zum Turm und zum Fundament. Eine Verfeinerung der Berechnungsmethoden und deren Ausweitungen auf komplexe Geländestrukturen ermöglicht es heute, die Effekte gegenseitiger Beeinflussungen von Windkraftanlagen in Windparks bei unterschiedlichen Aufstellungsgeometrien, Anlagentypen, Turmhöhen etc. mit relativ guter Genauigkeit zu bestimmen und zu erwartende Energieerträge zu ermitteln.

7.2 Parkausführungen

Jede Anlage eines Windparks beeinflusst die unmittelbar umgebenden lokalen Windverhältnisse und den Energieentzug der anderen Anlagen. Diese Effekte müssen durch planerische Gestaltung von Windparks minimiert werden. Hierbei gilt es, die günstigsten Verhältnisse zwischen größter Anlagenzahl und kleinster gegenseitiger Beeinflussung in Einklang zu bringen.

Die technische und geometrische Ausführung von Windparks sollte demnach aus Ertragsgründen größtmögliche Abstände der Anlagen in Richtung des Windes aufweisen. Gleichzeitig werden allerdings kürzestmögliche Distanzen zwischen den Anlagen gefordert, um Kabelverbindungen kurz zu halten und eine möglichst hohe Zahl von Anlagen in einem vorgegebenen Geländeareal unterzubringen. Was zunächst sehr widersprüchlich erscheint, lässt sich unter Berücksichtigung von hauptsächlich und selten vorkommenden Windrichtungen in den Parkausführungen unter meist relativ günstigen Verhältnissen in Einklang bringen.