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2022 | OriginalPaper | Buchkapitel

6. Physik der Windparks

verfasst von : Stefan Emeis

Erschienen in: Windenergie Meteorologie

Verlag: Springer International Publishing

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Zusammenfassung

Die Beurteilung der meteorologischen Bedingungen in Windparks bedarf einer besonderen Behandlung, da hier die Anströmung der meisten Anlagen im Parkinneren nicht mehr ungestört ist. Die von den windaufwärts stehenden Turbinen erzeugten Wirbel können die windabwärts stehenden Turbinen massiv beeinflussen. Eine spezielle räumliche Anordnung der Turbinen in kleineren Windparks in Bezug auf die mittlere Windrichtung kann dazu beitragen, die Nachlauf-Turbinen-Interaktionen zu minimieren. Bei größeren Windparks sind jedoch Nachlauf-Turbinen-Interaktionen im Parkinneren unvermeidlich, und das Verhältnis zwischen mittlerem Turbinenabstand und Rotordurchmesser wird zum Hauptparameter, der die Parkeffizienz bestimmt.

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Fußnoten
1
Der Schubkoeffizient ist das Verhältnis zwischen der Widerstandskraft T und der dynamischen Kraft 0,5u20 D (Rotorfläche D). Die Widerstandskraft einer idealen Turbine ist gegeben durch T = 0,5u0 2A[4r(1 – r)] mit r = (u0 – u*h)/u0. u*h ist der Mittelwert von uh und u0. Wir haben u*h = u0 (1 – r). Somit ist CT = [4r(1 – r)]. Für uh = 0 ergibt sich u*h = 0,5u0, r = 0,5 und CT = 1. Für uh = u0 folgt u*h = u0, r = 0 und CT = 0. Der Ertrag ist P = Tu*h = 0,5u03 A[4r(1 – r)2 ] und der Ertragskoeffizient ist CP = [4r(1 – r)2 ]. Für die optimale Ausbeute an der Betz’schen Grenze ist r = 1/3 (berechnet aus ∂CP (r)/∂r = 0) und CT = 8/9 (Manwell et al. 2010)
 
Literatur
Barthelmie R.J., L.E. Jensen: Evaluation of wind farm efficiency and wind turbine wakes at the Nysted offshore wind farm. Wind Energy 13, 573–586 (2010)CrossRef
Barthelmie, R.J., L. Folkerts, F.T. Ormel, P. Sanderhoff, P.J. Eecen, O. Stobbe, N.M. Nielsen: Offshore Wind Turbine Wakes Measured by Sodar. J. Atmos. Oceanogr. Technol. 20, 466–477 (2003)CrossRef
Barthelmie, R., Hansen O.F., Enevoldsen K., Højstrup J., Frandsen S., Pryor S., Larsen S.E., Motta M., and Sanderhoff P.: Ten Years of Meteorological Measurements for Offshore Wind Farms. J. Sol. Energy Eng. 127, 170–176 (2005)CrossRef
Barthelmie, R., Frandsen, S.T., Rethore, P.E., Jensen, L.: Analysis of atmospheric impacts on the development of wind turbine wakes at the Nysted wind farm. Proc. Eur. Offshore Wind Conf. 2007, Berlin 4.-6.12.2007 (2007)
BDEW: Analyse und Bewertung von Möglichkeiten zur Weiterentwicklung des Regelenergiemarktes Strom. Grobkonzept – final. BDEW, Berlin (2015)
Boettcher, M., P. Hoffmann, H.-J. Lenhart, K.H. Schlünzen, R. Schoetter: Influence of large offshore wind farms on North German climate. Meteorol. Z., 24, 465–480 (2015)CrossRef
Bossanyi, E.A., Maclean C., Whittle G.E., Dunn P.D., Lipman N.H., Musgrove P.J.: The Efficiency of Wind Turbine Clusters. Proc. Third Intern. Symp. Wind Energy Systems, Lyngby (DK), August 26–29, 1980, 401–416 (1980)
Christiansen, M.B., Hasager, C.B.: Wake effects of large offshore wind farms identified from satellite SAR. Rem. Sens. Environ. 98, 251–268 (2005)CrossRef
Crespo, A., Hernandez, J., Frandsen, S.: Survey of Modelling Methods for Wind Turbine Wakes and Wind Farms. Wind Energy 2, 1–24 (1999)CrossRef
Cutler, N., M. Kay, K. Jacka, T.S. Nielsen: Detecting, Categorizing and Forecasting Large Ramps in Wind Farm Power Output Using Meteorological Observations and WPPT. Wind Energy, 10, 453–470 (2007)CrossRef
Dotzek, N., S. Emeis, C. Lefebvre, J. Gerpott: Waterspouts over the North and Baltic Seas: Observations and climatology, prediction and reporting. Meteorol. Z. 19, 115–129 (2010)CrossRef
Dotzek, N.: An updated estimate of tornado occurrence in Europe. – Atmos. Res. 67–68, 153–161 (2003)
DuPont, B., Cagan, J., & Moriarty, P. An advanced modeling system for optimization of wind farm layout and wind turbine sizing using a multi-level extended pattern search algorithm. Energy, 106, 802–814 (2016)
Elliot, D.L., J.C. Barnard: Observations of Wind Turbine Wakes and Surface Roughness Effects on Wind Flow Variability. Solar Energy, 45, 265–283 (1990)CrossRef
Emeis, S.: A simple analytical wind park model considering atmospheric stability. Wind Energy 13, 459–469 (2010)CrossRef
Emeis, S., S. Frandsen: Reduction of Horizontal Wind Speed in a Boundary Layer with Obstacles. Bound.-Lay. Meteorol. 64, 297–305 (1993)CrossRef
Emeis, S., S. Siedersleben, A. Lampert, A. Platis, J. Bange, B. Djath, J. Schulz-Stellenfleth, T. Neumann: Exploring the wakes of large offshore wind farms. Journal of Physics: Conference Series, 753, 092014 (11 pp.) (2016)
Fitch, A. C., J. B. Olson, J. K. Lundquist, J. Dudhia, A. K. Gupta, J. Michalakes, and I. Barstad: Local and Mesoscale Impacts of Wind Farms as Parameterized in a Mesoscale NWP Model. Mon. Wea. Rev., 140, 3017–3038 (2012)CrossRef
Frandsen, S.: On the Wind Speed Reduction in the Center of Large Cluster of Wind Turbines. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 39, 251–265 (1992)CrossRef
Frandsen, S.: Turbulence and turbulence generated structural loading in wind turbine clusters. Risø-R-1188(EN), 130 pp. (2007)
Frandsen, S.T., Barthelmie, R.J., Pryor, S.C., Rathmann, O., Larsen, S., Højstrup, J., Thøgersen, M.: Analytical modelling of wind speed deficit in large offshore wind farms. Wind Energy 9, 39–53 (2006)CrossRef
Frandsen, S., Jørgensen, H.E., Barthelmie, R., Rathmann, O., Badger, J., Hansen, K., Ott, S., Rethore, P.E., Larsen, S.E., Jensen, L.E.: The making of a second-generation wind farm efficiency model-complex. Wind Energy 12, 431–444 (2009)CrossRef
Göçmen, T., P. van der Laan, P.-E. Réthoré, A. Peña Diaz, G.Chr. Larsen, S. Ott: Wind turbine wake models developed at the Technical University of Denmark: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 60, 752–769 (2016)CrossRef
Koschmieder, H.: Über Böen und Tromben (On straight-line winds and tornadoes). Die Naturwiss. 34, 203–211, 235–238 (1946) [In German]
Lissaman, P.B.S.: Energy Effectiveness of arbitrary arrays of wind turbines. AIAA paper 79–0114 (1979)
Magnusson, M.: Near-wake behaviour of wind turbines. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 80, 147–167 (1999)CrossRef
Manwell, J.F., J.G. McGowan, A.L. Rogers: Wind Energy Explained: Theory, Design and Application. 2nd edition. John Wiley & Sons, Chichester. 689 pp. (2010)
Newman, B.G.: The spacing of wind turbines in large arrays. J. Energy Conversion 16, 169–171 (1977)CrossRef
Nygaard, N.G.: Wakes in very large wind farms and the effect of neighbouring wind farms. J. Phys. Conf. Ser., 524, 012162 (2014)
Peña, A., O. Rathmann: Atmospheric stability-dependent infinite wind-farm models and the wake-decay coefficient. Wind Energ. 17, 1269–1285 (2014)CrossRef
Platis, A., S.K. Siedersleben, J. Bange, A. Lampert,, K. Bärfuss,, R. Hankers, B. Canadillas, R. Foreman, J. Schulz-Stellenfleth, B. Djath, T. Neumann, S. Emeis: First in situ evidence of wakes in the far field behind offshore wind farms. Scientific Reports, 8, 2163 (2018)
Quarton, D.C.: Characterization of wind turbine wake turbulence and its implications on wind farm spacing. Final Report ETSU WN 5096, Department of Energy of the UK. Garrad-Hassan Contract (1989)
Rodrigues, S., P. Bauer, P.A.N. Bosman: Multi-objective optimization of wind farm layouts – Complexity, constraint handling and scalability. Renew. Sust. Energ. Rev., 65, 587–609 (2016)CrossRef
Siedersleben, S.K., A. Platis, J.K. Lundquist, A. Lampert, K. Bärfuss, B. Canadillas, B. Djath, J. Schulz-Stellenfleth, T. Neumann, J. Bange, S. Emeis: Evaluation of a Wind Farm Parametrization for Mesoscale Atmospheric 2 Flow Models with Aircraft Measurements. Meteorol. Z., submitted (2018)
Smith, R.B.: Gravity wave effects on wind farm efficiency. Wind Energy, 13, 449–458 (2010)CrossRef
Steinfeld, G., Tambke, J., Peinke, J., Heinemann, D.: Application of a large-eddy simulation model to the analysis of flow conditions in offshore wind farms. Geophys. Res. Abstr. 12, EGU2010-8320 (2010)
Stevens, R. J., Martínez-Tossas, L. A., Meneveau, C. : Comparison of wind farm large eddy simulations using actuator disk and actuator line models with wind tunnel experiments. Renewable Energy, 116, 470–478 (2018)CrossRef
Thom, H.C.S.: Tornado probabilities. – Mon. Wea. Rev. 91, 730–736 (1963)CrossRef
Thomsen, K., P. Sørensen: Fatigue loads for wind turbines operating in wakes. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 80, 121–136 (1999)CrossRef
Troen, I., E.L. Petersen: European Wind Atlas. Risø National Laboratory, Roskilde, Denmark. 656 pp. (1989)
Troldborg, N., J.N. Sørensen, R. Mikkelsen: Numerical simulations of wake characteristics of a wind turbine in uniform inflow. Wind Energy 13, 86–99 (2010)CrossRef
Vermeer, L.J., J.N. Sørensen, A. Crespo: Wind turbine wake aerodynamics. Progr. Aerospace Sci. 39, 467–510 (2003)CrossRef
Wu, Y.T., F. Porté-Agel: Simulation of turbulent flow inside and above wind farms: model validation and layout effects. Bound-Lay. Meteorol., 146, 181–205 (2013)
Xia G., L. Zhou: Detecting Wind Farm Impacts on Local Vegetation Growth in Texas and Illinois Using MODIS Vegetation Greenness Measurements. Rem. Sens., 9, 698 (16 pp.) (2017)
Xia G., L. Zhou, J.M. Freedman, S.B. Roy, R.A. Harris, M.C. Cervarich: A case study of effects of atmospheric boundary layer turbulence, wind speed, and stability on wind farm induced temperature changes using observations from a field campaign. Climate Dyn, 1–18 (2015)
Zhou L., Y. Tian, R.S. Baidya, C. Thorncroft, L.F. Bosart, Y. Hu: Impacts of wind farms on land surface temperature. Nat. Clim. Change, 2, 539–543 (2012)CrossRef
Metadaten
Titel
Physik der Windparks
verfasst von
Stefan Emeis
Copyright-Jahr
2022
Buch
Windenergie Meteorologie

Print ISBN: 978-3-031-22445-4

Electronic ISBN: 978-3-031-22446-1

Copyright-Jahr: 2022

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-031-22446-1_6