Windkraft gilt als eine wichtige Säule der Energiewende. Doch obwohl der Wind in für Windparks geeigneten Gebieten nahezu ständig weht, erreichen solche Anlagen schnell ihre Leistungsgrenze. Der Grund: Windturbinen gewinnen Strom aus der Bewegungsenergie des Windes – sie müssen ihn abbremsen. Dies führt dazu, dass jede Turbine die Windgeschwindigkeit verlangsamt und damit die Antriebskraft für die nachfolgenden Windräder verringert. Doch wie weit reicht dieser sogenannte Wake- oder Nachlauf-Effekt?
Julie Lundquist von der University of Colorado in Boulder und ihre Kollegen haben gezeigt, dass sich nicht nur dicht gestellte Turbinen innerhalb eines Windparks gegenseitig den Antrieb nehmen können. Der Bremseffekt scheint sich sogar tatsächlich von Windpark zu Windpark zu übertragen. Für ihre Studie untersuchten die Forscher, wie sich die Stromausbeute eines großen Windparks in West-Texas veränderte, nachdem in unmittelbarer Nähe eine weitere Anlage installiert worden war. Durch den Bau des zweiten Windparks befand sich die erste Anlage nun im Windschatten dieser neuen Anlage. Würde sich dies auf ihre Produktivität auswirken?
Große Nachlauf-Zone
Tatsächlich zeigte sich: Im Beobachtungszeitraum von 2009 bis 2015 verringerte sich die Stromproduktion des alten Windparks wahrnehmbar – im Schnitt um fünf Prozent. Diese Verluste bedeuteten jährliche finanzielle Einbußen von rund zwei Millionen US-Dollar, wie Lundquist und ihr Team berichten. Sowohl der Vergleich mit einem nahegelegenen, aber nicht im Windschatten der neuen Anlage gelegenen Windpark als auch Modellsimulationen bestätigten, dass der beobachtete Effekt tatsächlich durch die Bremswirkung des anderen Windparks zustande kam.
Den Simulationen zufolge hängen Stärke und Reichweite des Wake-Effekts dabei auch von den jeweils vorherrschenden Bedingungen in der Atmosphäre ab. Unter bestimmten atmosphärischen Voraussetzungen können die Auswirkungen demnach bis zu 50 Kilometer weit reichen, bei Offshore-Anlagen sogar noch weiter. “Knapp 90 Prozent aller Windparks in den USA stehen in einem Umkreis von 40 Kilometern zu einem anderen Windpark. Und das bedeutet, dass all diese Anlagen von Wake-Effekten betroffen sein könnten”, schreiben die Wissenschaftler. Mit Blick auf Deutschland kommentiert Stefan Emeis vom Karlsruher Institut für Technologie: “Der Effekt hat auch für den Ausbau der Offshore-Windparks in Deutschland Bedeutung. Trotz der logistischen Randbedingungen in der Nordsee sollte man versuchen, die Abstände zwischen den einzelnen Windparks zu vergrößern, um die gegenseitige Abschattung möglichst gering zu halten”.
Quelle: Julie Lundquist (University of Colorado, Boulder) et al., Nature Energy, doi: 10.1038/s41560-018-0281-2
