FATWAKE – Fatigue reduction in wake affected wind farms

Durch Langzeitmessungen der Parkturbulenz, des Nachlaufdefizites und der Anlagenbelastung im Realbetrieb, sowie dem Entwurf verbesserter Ingenieursmodelle zur Beschreibung der Turbulenz in Windparks mit geringen Abständen wird eine Verbesserung des Energieertrags durch optimiertes Sektormanagement erwartet.

Sehr viele der gängigen Verfahren zur Modellierung der Parkturbulenz bzw. zur Modellierung von Bauteilschädigungen werden neu beleuchtet und mit realen Daten verglichen. Viele der derzeit verwendeten Modelle, die für standortspezifische Lastberechnungen in der Industrie genutzt werden, sind an Anlagen vergangener Generationen kalibriert worden, sodass sich die Frage stellt ob diese verwendeten Modelle die Zustände im Nachlauf der WEA hinreichend genau beschreiben. Mithilfe des Projektes FATWAKE wird es möglich, eine wissenschaftliche Lücke in der Berechnung der Parkturbulenz und deren Auswirkung auf die Anlagenermüdung zu schließen sowie Ansätze für intelligentes Sektormanagement zu entwickeln, das auch kurzfristige Erhöhungen der Einspeiseleistung und damit die Erbringung positiver Regelleistung ermöglicht.

Eine Langzeitmessung innerhalb eines Windparks mit engem Anlagenabstand und genauer Erfassung der Windgeschwindigkeiten/-richtungen im ungestörten und abgeschatteten Bereich ist erforderlich, um die oben genannte Verbesserung von Berechnungsmodellen zu realisieren.

Ferner ist es wichtig, neben den Windbedingungen auch das Anlagenverhalten zu vermessen. Die HAW Hamburg plant derzeit einen Windpark in Hamburg-Bergedorf/Curslack. Der Windpark besteht aus fünf Nordex-Windenergieanlagen der 2,4 und 3 MW-Klasse mit maximaler Bauwerkshöhe von 180 m.

Die Anlagenabstände liegen zum Teil unterhalb von drei Rotordurchmessern. Dieser Windpark bietet die gewünschte Konfiguration, d.h. enger Anlagenabstand und Anlagen mit heutiger Technologie und typischen Abmessungen für das Binnenland.

Das Projekt bietet mit dem Windpark Curslack die Möglichkeit sowohl Wind- und Lastmessungen durchzuführen, als auch deren virtuelle Modellierung in Form von Wind- und Lastsimulationen bzw. weiteren Simulationsansätzen. Durch den Abgleich von Messung und Simulation wird das Potential für Verbesserung der Modellansätze abgeleitet und umgesetzt.

Das Projekt wird uns anhand der Langzeitmessdaten Einblick geben, inwieweit existierende Modelle zur Bestimmung der Nachlaufturbulenz in Windparks mit geringen Anlagenabständen geeignet sind. Die parallel durchzuführenden Simulationen verschiedener Modellansätze sollen die am besten geeigneten Modelle identifizieren, bzw. sollen diese ggf. modifiziert/angepasst werden. Somit kann Sektormanagement in Zukunft fundierter erfolgen und Ertragsverluste aufgrund unzureichender Nachlaufmodelle vermeiden.

Verbleibende Drosselungen eines Windparks können bei Kenntnis des Lebensdauereinflusses kurzzeitig aufgehoben werden, um so bei Netz-Lastspitzen eine Reserveleistung bereitstellen zu können. Bereits heute sind eine Reihe von Windenergieanlagen gedrosselt, vor Allem zur Schallminimierung. Gelingt es, diese bisher ungenutzten Leistungsreserven bei kurzzeitigen Lastspitzen zu nutzen, so kann dies einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilität darstellen. Von besonderem Vorteil ist, dass es für diese Art der Bereitstellung von Reserveleistung keiner zusätzlichen Infrastruktur bedarf. Lediglich das Know-how in der Anlagensteuerung und dem Anlagenverhalten in Windparks ist dafür notwendig und weiterzuentwickeln.

Das Potential zur Erhöhung des Windparkwirkungsgrads liegt bei ca. 3 bis 5 % durch optimiertes Sektorenmanagement.

Gerade wird mit dem Einbau der Messtechnik in den Windenergieanlagen begonnen. Parallel dazu werden Wind- und Lastsimulationen des Windparks Curslack durchgeführt.