US-Windkraftanlagen erreichen durch die Nachlaufsteuerung einen prognostizierten jährlichen Produktionszuwachs von 0.8 %.
Nachlaufsteuerung ist eine Strategie, die bei Windkraftanlagen eingesetzt wird, bei der vorgeschaltete Turbinen falsch auf die Windrichtung ausgerichtet werden, um Nachläufe von nachgeschalteten Turbinen abzulenken, was folglich die Nettoerzeugung von Windenergie in einer Anlage erhöht.
In Zeitschrift für erneuerbare und nachhaltige Energie, von AIP Publishing, veranschaulichen Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums, wie Nachlauflenkung die Energieerzeugung für eine große Stichprobe kommerzieller landgestützter US-Windkraftanlagen steigern kann.
Während einige Anlagen aufgrund ungünstiger meteorologischer Bedingungen oder des Turbinenlayouts weniger Potenzial für die Nachlaufsteuerung zeigten, waren mehrere Windkraftanlagen ideale Kandidaten, die stark von der Nachlaufsteuerung profitieren könnten.
Insgesamt wurde für die untersuchten Windkraftanlagen ein prognostizierter durchschnittlicher jährlicher Produktionsgewinn von 0.8 % gefunden. Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass Windturbinen bei Windkraftanlagen mit Nachlauflenkung enger beieinander platziert werden konnten, wodurch die in einem bestimmten Gebiet erzeugte Strommenge um fast 70 % gesteigert werden konnte, während die gleichen Kosten für die Energieerzeugung beibehalten wurden.
Illustration der Nachlaufsteuerung für eine beispielhafte Windkraftanlage. Windturbinen sind mit dem Wind falsch ausgerichtet, um ihre Nachströmungen von nachgeschalteten Turbinen wegzulenken. Blaue Regionen zeigen niedrigere Windgeschwindigkeiten an, die durch Kielwasser verursacht werden. Bildnachweis: Eric Simley, NREL
„Wir waren überrascht zu sehen, dass es immer noch eine große Variabilität in der potenziellen Energieverbesserung durch Nachlaufsteuerung gab, selbst nach Berücksichtigung der Nachlaufverluste verschiedener Windkraftanlagen“, sagte Autor David Bensason.
So wie Regenschirme einen Schatten werfen können, erzeugen Windturbinen hinter ihrem Rotor einen Bereich mit langsameren, turbulenteren Luftströmungen, der als Nachlauf bezeichnet wird. Wenn diese Nachströmungen in eine andere Turbine fließen, reduzieren sie deren Stromerzeugungskapazität.
Die Nachlaufsteuerungsstrategie „lenkt“ diese Nachläufe von den Turbinen weg, indem sie den Winkel zwischen der Rotorfläche und der ankommenden Windrichtung versetzt. Diese Technik opfert die Leistungseffizienz einiger weniger Turbinen, um die Leistung der Windkraftanlage als Ganzes zu erhöhen. Die Nachlaufsteuerung kann die Energieproduktion nur dann erhöhen, wenn zu Beginn Nachlaufverluste vorhanden sind. Folglich steigen die Vorteile der Nachlaufsteuerung für Windanlagen mit höheren Nachlaufverlusten tendenziell.
Die Studie ist eine der ersten, die das vom NREL entwickelte Gauss-Curl-Hybrid-Nachlaufmodell verwendet. Dieses Modell sagt das Nachlaufverhalten in einer Windkraftanlage genauer voraus als frühere Modelle und erfasst Effekte, die in großen Anlagen stärker ausgeprägt sind. Die Forscher kombinierten auch mehrere öffentlich zugängliche Datenbanken und Tools, die zusammen die Untersuchung des Wake-Steering-Potentials für eine große Stichprobe von US-Windkraftanlagen ermöglichen.
„Wir hoffen, dass diese Studie, die das Potenzial der Nachlaufsteuerung für eine große Auswahl bestehender kommerzieller Windkraftanlagen in den USA aufzeigt, Windkraftanlagenbesitzer dazu motiviert, Nachlaufsteuerung in ihren Windkraftanlagen zu implementieren, um die Energieerzeugung zu steigern und zur Erzeugung von Windenergie beizutragen weit verbreitete, erschwingliche, saubere Energiequelle“, sagte Co-Autor Eric Simley.
Referenz: „Evaluation of the potential for wake Steering for US land-based wind power plants“ wurde verfasst von D. Bensason, E. Simley, O. Roberts, P. Fleming, M. Debnath, J. King, C. Bay and R. Mudafort, 18. Mai 2021, Zeitschrift für erneuerbare und nachhaltige Energie.
DOI: 10.1063 / 5.0039325
