Windenergie-Forschung

Wie verändern Offshore-Windparks den Wind?

Dieser Frage stellt sich das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme. Mit dem Forschungsprojekt X-Wakes wollen die IWES-Wissenschaftler herausfinden, ob sich Offshore-Windparks auf die Windbedingungen auf See auswirken.

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Stationäre Lidar Messungen liefern den IWES-Forschern kontinuierlich meteorologische Daten.

Die Pläne der Bundesregierung für die Energiewende in Deutschland sehen vor, dass die Erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2050 einen Anteil von mindestens 80 Prozent des Bruttostromverbrauchs decken sollen. Eine wesentliche Säule ist hierbei die Offshore-Windenergie. Offshore weht der Wind konstanter und kräftiger. Doch die für Windenergie nutzbare Fläche in der Deutschen Bucht ist begrenzt, daher werden die Windparks meist in Gruppen, sogenannten Windparkclustern, gebaut. Solche Cluster können aus mehreren hundert Windturbinen bestehen. Im Windschatten hinter den Anlagen entstehen sogenannte Nachlaufströmungen mit geringeren Windgeschwindigkeiten und stärkeren Turbulenzen, während stromaufwärts der Wind durch Vorstaueffekte reduziert wird. Das bedeutet, dass die Anlagen, auf die der Nachlauf trifft, weniger Energie konvertieren und stärker belastet werden. Unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen können sich Nachläufe über Entfernungen von mehr als 50 Kilometern erstrecken.

Computermodelle sollen Aufschluss geben

„In unserem Forschungsprojekt X-Wakes wollen wir diese Nachläufe und andere kumulative Effekte, wie den 'Global Blockage Effekt', genauer untersuchen und herausfinden, wie sich die Windparkcluster gegenseitig beeinflussen und welche Auswirkungen ein großflächiger Ausbau der Offshore-Windparks auf die zukünftigen Windverhältnisse haben wird“, sagt Projektkoordinator Martin Dörenkämper vom Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES). „Mit den Messergebnissen des Projekts wollen wir unsere Computermodelle weiterentwickeln, um mit diesen die Erträge der Windparks für künftige Ausbauszenarien unter realistischen Bedingungen vorhersagen zu können.“

Die Wissenschaftler arbeiten dabei mit einer Kombination aus sich ergänzenden Methoden. Stationäre Messungen an verschiedenen Standorten in der Deutschen Bucht, wie auf Windenergieanlagen, Konverterstationen und den FINO-Langzeitbeobachtungen, liefern kontinuierlich meteorologische Daten und mit Hilfe von satellitenbasierten Fernerkundungsdaten wird die Ausdehnung der Nachläufe großflächig analysiert. „Außerdem liefern Messkampagnen mit einem Forschungsflugzeug in geringer Flughöhe hochaufgelöste meteorologische Daten“, erklärt die wissenschaftliche Sprecherin des Verbundprojektes, Astrid Lampert.

White Paper zum Thema

Neben dem Fraunhofer IWES und der Technischen Universität Braunschweig sind fünf weitere Forschungspartner im Verbundprojekt beteiligt: das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Oldenburg mit dem Zentrum für Windenergieforschung (ForWind), die Universität Tübingen, das Helmholtz-Zentrum Geesthacht sowie UL International.