Nachlaufeffekt (Wake-Effekt)
Geringere Windgeschwindigkeit und stärkere Turbulenz hinter einer Windkraftanlage, die den Ertrag dahinterstehender Anlagen senken und deren Ermüdungslasten erhöhen.
Eine Anlage, die dem Wind Energie entzieht, hinterlässt eine Nachlaufströmung aus langsamerer, turbulenterer Luft. Direkt hinter dem Rotor kann das Geschwindigkeitsdefizit 30–50 % betragen. Durch Vermischung mit der umgebenden Luft erholt sich der Nachlauf, das dauert aber viele Rotordurchmesser (D). Da die Leistung mit der dritten Potenz der Windgeschwindigkeit wächst, kostet ein Defizit von 10 % eine nachgelagerte Anlage rund 27 % ihres Ertrags.
Als Faustregel für das Layout gelten 5–9 D Abstand in Hauptwindrichtung und 3–5 D quer dazu. Typische Parkverluste (Wake-Verluste) beim Jahresertrag:
- Windparks an Land: 5–12 %
- Große Offshore-Windparks: 10–20 %; Messungen in Horns Rev und Lillgrund zeigten bei Wind entlang der Reihen Verluste einzelner Reihen von 30–40 %
Offshore hält sich der Nachlauf länger, weil die geringe Oberflächenrauigkeit und stabile Schichtung die Durchmischung bremsen. SAR-Satellitenbilder und Studien zur Deutschen Bucht zeigen Cluster-Nachläufe von 30–60 km Länge. Ein Windpark kann also die Erträge des benachbarten schmälern, was bei der Flächenvergabe in der Nordsee inzwischen eine Rolle spielt.
Ingenieurmodelle sind etwa Jensen/Park (rechteckiges Defizitprofil), die Gauß-Modelle von Bastankhah und Porté-Agel sowie das Framework FLORIS (NREL); für komplexe Fälle kommt Large-Eddy-Simulation zum Einsatz. Aktive Nachlaufsteuerung (Wake Steering), bei der vordere Anlagen mit dem Azimutsystem um einige Grad aus dem Wind gedreht werden, hat in Feldversuchen den Parkertrag um 1–3 % gesteigert.
Verwandte Begriffe
Alle Begriffe →- Offshore-Wind
Windkraftanlagen im Meer oder in großen Seen, meist auf festen Fundamenten in bis zu etwa 60 m Wassertiefe, wo der Wind stärker und gleichmäßiger weht als an Land.
- Leistungskurve
Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit auf Nabenhöhe und elektrischer Leistung einer Windkraftanlage; zusammen mit der Windgeschwindigkeitsverteilung ergibt sie den Jahresenergieertrag.
- Azimutsystem (Windnachführung)
Motoren, Getriebe, Lager und Bremsen, die die Gondel einer Windkraftanlage um die Turmachse drehen, damit der Rotor im Wind steht.
- Repowering
Ersatz alter Erzeugungsanlagen an einem bestehenden Standort durch neuere, meist größere und effizientere Technik; am häufigsten bei Windparks nach 15 bis 25 Jahren.
- Kapazitätsfaktor
Verhältnis der Energie, die ein Kraftwerk in einem Zeitraum tatsächlich erzeugt, zur Energie, die es bei durchgehendem Betrieb mit voller Nennleistung erzeugt hätte.