Energieertrag und Nachlaufeigenschaften sehr gro&#223;er Windparks in der Deutschen Bucht: Grobstruktursimulationen f&#252;r verschiedene meteorologische Bedingungen
Authors: Maas Oliver 
Published: December 2020

&lt;p&gt;Die Energiewende in Deutschland ist nur durch einen erheblichen Ausbau der Offshore-Windenergie zu erreichen. Die zu errichtenden Windparks werden einen gro&amp;#223;en Teil der ausschlie&amp;#223;lichen Wirtschaftszone in der Deutschen Bucht einnehmen. Da diese Windparks viel gr&amp;#246;&amp;#223;er und zusammenh&amp;#228;ngender sind als bisherige Windparks, stellt sich die Frage, inwieweit gegenseitige Abschattungseffekte zu Ertragseinbu&amp;#223;en f&amp;#252;hren. Au&amp;#223;erdem ist zu kl&amp;#228;ren, welchen Einfluss diese gro&amp;#223;en Windparks auf das Str&amp;#246;mungsfeld sowie auf die meteorologischen Bedingungen in und hinter den Windparks haben. Zur Untersuchung dieser Fragestellungen eignen sich Grobstruktursimulationen am besten, da sie im Gegensatz zu einfachen, empirischen Nachlaufmodellen alle relevanten physikalischen und meteorologischen Prozesse ber&amp;#252;cksichtigen.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;In dieser Arbeit wurde das Grobstruktursimulationsmodell PALM verwendet, um Windparkstr&amp;#246;mungen mit verschiedenen Stabilit&amp;#228;ten, Grenzschichth&amp;#246;hen und Turbinenabst&amp;#228;nden zu simulieren. Die gr&amp;#246;&amp;#223;te Simulation beinhaltet mehr als 2000 15 MW-Windturbinen in einem Modellgebiet von ca. 200 km x 160 km x 3 km mit 20 m Gitterweite und &amp;#252;ber sieben Milliarden Gitterpunkten. Die mittlere Windgeschwindigkeit und -richtung in Nabenh&amp;#246;he betragen 10&amp;#160;m/s und 225&amp;#176;, was einer typischen Situation in der Deutschen Bucht entspricht.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Die Ergebnisse zeigen, dass bei dieser Windparkgr&amp;#246;&amp;#223;e Str&amp;#246;mungseffekte auftreten, die es bei kleineren Windparks nicht gibt. So pflanzt sich das, vom Windpark induzierte, Geschwindigkeitsdefizit durch turbulente Durchmischung bis zum Oberrand der Grenzschicht fort. Die verringerte Geschwindigkeit innerhalb der Grenzschicht f&amp;#252;hrt zu einem Aufdicken der Grenzschicht. Da aus der freien Atmosph&amp;#228;re kein Impuls in die Grenzschicht &amp;#252;bertragen wird, kann die Str&amp;#246;mung nur durch die relative schwache Druckgradientkraft beschleunigt werden. Folglich ist der Nachlauf deutlich l&amp;#228;nger (&gt;100 km) als bei kleinen Windparks. Aufgrund der Ausdehnung des Nachlaufs f&amp;#252;hrt die verringerte Corioliskraft zu einer Ablenkung des Nachlaufs gegen den Uhrzeigersinn. Bei kleiner Grenzschichth&amp;#246;he werden durch die Windparks Schwerewellen in der freien Atmosph&amp;#228;re angeregt.&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Eine Verdopplung der installierten Leistungsdichte durch Verringerung des Turbinenabstandes von sieben auf f&amp;#252;nf Rotordurchmesser f&amp;#252;hrt zu einem Leistungszuwachs von nur 40&amp;#160;%. Das Ergebnis zeigt, dass bei gr&amp;#246;&amp;#223;eren Windparks gr&amp;#246;&amp;#223;ere Turbinenabst&amp;#228;nde angestrebt werden sollten, um die Kosteneffizienz zu erh&amp;#246;hen. Eine Verdopplung der Grenzschichth&amp;#246;he von 700&amp;#160;m auf 1400&amp;#160;m f&amp;#252;hrt zu einem Leistungszuwachs von 20&amp;#160;%, was zeigt, dass die Grenzschichth&amp;#246;he als wichtiger Parameter bei Standortbewertungen ber&amp;#252;cksichtigt werden sollte.&lt;/p&gt;