Windenergie Kleine Windparks sind viel effizienter als große – aber irgendwie doch nicht

01. Juli 2021, 09:50 Uhr

Eine neue Studie besagt, dass kleinere Windparks etwa zehnmal so energieeffizient arbeiten wie größere. Nur bedeutet Energieeffizienz nicht automatisch wirtschaftliche Effizienz. Deshalb sind riesige Offshore-Windparks wahrscheinlich weiterhin das Mittel der Wahl.

Man stelle sich vor, man hat 1.000 Windkraftanlagen zur Verfügung. Wie stellt man sie auf, damit sie möglichst effizient arbeiten?

Variante 1: Man platziert sie auf einer großen zusammenhängenden Fläche, zum Beispiel in einem Rechteck von 20 mal 50 Anlagen.
Variante 2: Man bildet mehrere kleine Cluster, zum Beispiel zehn Cluster mit jeweils zehn mal zehn Anlagen und mit ausreichend Abstand zwischen den Clustern.

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Bildrechte: Institut für Flugführung/TU Braunschweig

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Wetter Windräder bremsen die Winde aus

Windräder bremsen die Winde aus

Windräder machen Strom aus Wind. Nebeneffekt: Hinter dem Rotor wird die Luft ausgebremst. Aber wie stark ist der Effekt, wollten Forscher wissen. Ergebnis: Noch in 50 Kilometer Entfernung war die Bremswirkung messbar.

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In einer neuen Studie wurden solche Szenarien anhand von Simulationsmodellen untersucht. Die US-Forscher weisen zwar darauf hin, dass ihre Simulation von idealisierten Daten ausgeht. Trotzdem seien die Ergebnisse gerade für die Anordnung von Offshore-Windparks (also denen im Meer) von großem Nutzen.

Und das Ergebnis der Studie ist eindeutig: Die Energiedichte bei kleinen Clustern könne bis zu zehn Watt pro Quadratmeter betragen, sehr große Windparks dagegen hätten ein Limit von einem Watt pro Quadratmeter.

Eine zehnmal so hohe Energiedichte also in kleinen Windparks? Woran liegt das?
Schuld sind die sogenannten Wirbelschleppen, die im Windschatten einer Anlage entstehen.

Windparks entziehen bei der Stromerzeugung der Luftströmung Energie. Das heißt, direkt im Lee (Windschatten; Anm. d. Red.) liegende nachfolgende Windparks werden dann schwächer angeströmt und können daher weniger Energie erzeugen. Allerdings gleicht die Atmosphäre das Energiemanko hinter den Windparks mit der Zeit durch Durchmischung mit ungestörten Luftströmungen neben und über den Windkraftanlagen wieder aus.

Prof. Dr. Stefan Emeis, Leiter der Arbeitsgruppe Regionale Kopplung von Ökosystem-Atmosphäre-Prozessen, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Das heißt, je größere Lücken man in die Parks baut, umso größer sind die Chancen, dass die Atmosphäre wieder stärkeren Wind "nachschiebt".

Effizienz ist nicht gleich Effizienz

Aber Windkraftanlagen kosten eben eine Menge Geld. Und sie benötigen eine Menge Platz.
Energieeffizienz muss deshalb noch lange nicht mit wirtschaftlicher Effizienz einhergehen.

Energieentstehungskosten sind nicht 100 Prozent identisch mit der Windparkeffizienz. Denken wir an die Verkabelungskosten und den Verlust an Synergie und an die Skaleneffekte bei Bau von Trafostationen, Wartung und weitere, dann kann man fast mit Sicherheit behaupten, dass kleinere Windparks höhere Kosten haben als größere.

Prof. Dr. Po Wen Cheng, Leiter Stuttgarter Lehrstuhl für Windenergie (SWE), Institut für Flugzeugbau, Universität Stuttgart

Hinzu komme bei Offshore-Windparks (also denen im Meer), dass Fischerei, Schifffahrt und Militär ebenfalls einiges an Fläche benötigen. "Die Fläche bleibt eine Mangelware", sagt Prof. Dr. Po Wen Cheng. Oft sei der Bau von Offshore-Windparks ein Kompromiss von allen möglichen Einflussfaktoren, gepaart mit einer Optimierung nach physikalischem Gesetz.

Link zur Studie:

Spatial constraints in large-scale expansion of wind power plants

(rr)