Standorteignung von Windenergieanlagen: Optimale Platzierung mit Simulation

Noch mehr als bei Offshore Windenergieanlagen (WEA; wind energy converters - WEC), ist die Platzierung von Onshore-Anlagen entscheidend für die Performance, Lebensdauer, Wartungskosten und die Sicherheit. Besonders in kompliziertem, gegliederten Gelände (Hügel, Berge, bebautes Gebiet, hohe Bäume, ...) und in Anwesenheit von vielen Windturbinen - inbesondere in einer Repowering Situtation mit verschieden großen Windrädern - ist die richtige Platzierung eine Herausforderung. Large Eddie Simulation (LES) ist sehr gut dazu geeignet solche Situationen detailliert zu untersuchen und so eine solide Ausgangsbasis für Investitionsentscheidungen zu treffen. Wir berechnen solche Simulationen für Gebiete von bis zu 25km² mit atmosphärischer Grenzschicht (ABL - atmospheric boundary layer), generierten Windböen und optional, Sonnenstrahlung und Luftfeuchte.

In der Animation unten demonstrieren wir eine Simulation mit mehr als 300 WEA in Gebiet der Tehachapi Wind Farm. Das Terrain ist stark gegliedert mit flachen und hügelgen Gebieten und einer Mischung aus kleinen und größeren Windrädern, die alle mit Turbulenz und Wirbelschleppe simuliert wurden (mit dem actuator disc model, siehe Bild unten).


 

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Die Simulation wurde mit ca. 40 Mio Zellen und einer Auflösung hinunter bis zu ~1.5m durchgeführt (hier ein ähnliches Mesh). Die räumliche Dimension umfasst 4km x 2km x 1km (LxBxH). Die simulierte Zeitspanne beträgt insgesamt 20 Minuten, was 1 Woche Rechenzeit in Anspruch genommen hat. Das Terrain und die Aufstellungsorte der WEC wurden exakt übernommen, die Größe einiger Windturbinen wurde aber geändert.

Simulationen wie diese gehen weit über die reine Beurteilung der Standorteignung gemäß DIBt "Richtlinie für Windenergieanlagen" oder IEC 61400 hinaus. Der Einfluss von Turbulenzen die aus der Interaktion zwischen Wind, Terrain, Bebauung und weiterer WEA entsteht kann so im Detail analysiert werden um die bestmögliche Informationsbasis als Entscheidungsgrundlage aufzubauen. Der zu erwartende Zuwachs in Leistung, Sicherheit und Wartungseffizienz macht den Mehraufwand wett. Kontaktieren Sie uns, wenn Sie mehr erfahren möchten!

Das konkrete Beispiel eines kleinen, typischen, mitteleuropäischen Windparks, das im untenstehenden Video zu sehen ist, verdeutlicht das Ausmaß, dass diese Einflüsse einnehmen können. In diesem Fall bewirkt die Bewaldung für einige der Windkraftanlagen einen Produktionsverlust (bis zu 30% verringerte Windgeschwindigkeit), für andere aber - durch einen leichten Venturi-Effekt, der die Luftströmung beschleunigt - einen Zugewinn an Leistung. Viel größer als diese Einflüsse sind aber die Verluste durch Überlappung der Wirbelschleppen (wakes) der Turbinen. Durch die Ausrichtung in Hauptwindrichtung ergeben sich massiv langsamere Luftströmungen, die je nach statistischer Verteilung der Windrichtungen jährliche Verluste im Bereich von mehreren hunderttausend EUR pro Jahr verursachen können.


 

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