Einfl&#252;sse von unterschiedlichen atmosph&#228;rischen Bedingungen auf die Induction Zone von Windturbinen
Authors: Schmitt Carolin 
Published: December 2021

&lt;p&gt;Beim Betrieb einer Windkraftanlage wird die Windgeschwindigkeit bereits vor dem Rotor durch den Vorstaueffekt im Vergleich zur freien Str&amp;#246;mung abgebremst.&amp;#160; Dieser Bereich wird als sogenannte &amp;#8222;Induction Zone &amp;#8220; (IZ) bezeichnet. &amp;#160;Besondere Bedeutung bekommt dieser Effekt bei gro&amp;#223;en Offshore Windparks, wenn sich die IZ mehrerer Turbinen &amp;#252;berlagern und es zur Ausbildung des &amp;#8222;Global Blockage Effect&amp;#8220; (GBE) kommt und die Str&amp;#246;mung noch st&amp;#228;rker abgebremst wird als f&amp;#252;r Einzelanlagen.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Auspr&amp;#228;gung und St&amp;#228;rke der IZ h&amp;#228;ngen von atmosph&amp;#228;rischen Bedingungen wie auch technischen Parametern der Windturbinen ab.&amp;#160; Am besten kann die IZ mittels Fernerkundungsmethoden wie Lidar vermessen werden, da es so m&amp;#246;glich ist, die Einstr&amp;#246;mbedingungen in verschiedenen Distanzen vor dem Rotor bis in den Bereich der freien Anstr&amp;#246;mung hin zu erfassen. Dies ist insbesondere wichtig, da bei der Beurteilung der Performance von Windkraftanlagen, der sogenannten Leistungskurvenvermessung, das Verh&amp;#228;ltnis zwischen freier Windgeschwindigkeit und produzierter Leistung bewertet wird. Hierf&amp;#252;r wird standardm&amp;#228;&amp;#223;ig die Windgeschwindigkeit in 2.5 Rotordurchmessern vor der Anlage als freie Geschwindigkeit angesetzt.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;F&amp;#252;r die hier gezeigten Auswertung werden verschiedene Messungen in der IZ On- und Offshore betrachtet. Neben Sensitivit&amp;#228;tsstudien zur Leistungskurvenvermessung wird auch untersucht, wie sich die Str&amp;#246;mungseffekte um eine Anlage herum entwickeln, wie die relevanten Parameter zur Str&amp;#246;mungsmodellierung angepasst werden k&amp;#246;nnen und wie der Nachlauf von benachbarten Turbinen die Auspr&amp;#228;gung der IZ beeinflussen kann. Dar&amp;#252;ber hinaus wird auch der Einfluss der Oberfl&amp;#228;chenrauigkeiten im Vergleich der Onshore und Offshore Standorte betrachtet. Ein weiterer Punkt ist der Vergleich mit den standardm&amp;#228;&amp;#223;ig auf den Gondeln installierten Anemometern, die &amp;#252;ber eine sogenannte &amp;#8222;Nacelle Transfer Function&amp;#8220; (NTF) auf eine reale, freie Windgeschwindigkeit skaliert sein sollten.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Bei der Onshore Kampagne erm&amp;#246;glicht ein gro&amp;#223;er, freier Anstr&amp;#246;msektor die ungest&amp;#246;rte IZ und damit die Einfl&amp;#252;sse von atmosph&amp;#228;rischer Stabilit&amp;#228;t, Turbulenz und Turbinenzustand auf den Geschwindigkeitsgradienten zu untersuchen. Weiterhin gibt es Perioden mit klar definierten Windrichtungen, in denen der Nachlauf von einer oder mehreren Turbinen und somit der Einfluss auf das horizontale Profil &amp;#160;isoliert werden kann.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Bei der Offshore Kampagne findet die Messungen bereits innerhalb der GBE Zone statt. &amp;#160;Es werden neben den Messungen mit Gondellidaren auch Lidar-Scanner im Dual Doppler Verfahren eingesetzt, um Gradienten aus gr&amp;#246;&amp;#223;eren Entfernungen und die Bereiche der freien Anstr&amp;#246;mung zu erfassen. Hierf&amp;#252;r ist auch interessant, wie sich die Korrelationen mit dem Geschwindigkeitsfeld direkt vor dem Rotor f&amp;#252;r die unterschiedlichen Stabilit&amp;#228;ts- und Anstr&amp;#246;mbedingungen &amp;#228;ndern.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Die vorgestellten Messungen zeigen f&amp;#252;r alle Standorte, dass sich die IZ weit &amp;#252;ber 2.5 Rotordurchmesser stromaufw&amp;#228;rts erstreckt. Eine Absch&amp;#228;tzung der Leistungskurve kann somit auf zu geringen Windgeschwindigkeiten basieren und zu energiereicheren Kurven f&amp;#252;hren, als tats&amp;#228;chlich vorliegen. Verschiedene Sensitivit&amp;#228;tstests zeigen die St&amp;#228;rke dieses Effekts. Die Kombination aus Daten von Gondel- und Long-Range-Lidarger&amp;#228;ten wird hier erstmalig zur Modellverifikation und zur Modellierung des GBE angewendet.&lt;/p&gt;