Turbulenz-Indikator für Windparks

Berechnet die effektive Turbulenz an einer Anlage in der Reihe nach vereinfachtem Frandsen-Modell. Ergebnis: Indikation, ob das Park-Layout grundsätzlich für eine IEC-61400-1-Anlagen-Klasse geeignet ist — oder ob ein vollwertiges Turbulenz-/Standsicherheitsgutachten Probleme zeigen wird.

Wie funktioniert der Rechner?

Das Tool nutzt das vereinfachte Frandsen-Modell für die zusätzliche Turbulenz hinter einer einzelnen Vor-Anlage:

I_wake  =  1 / (1,5 + 0,8 · x/D · √C_T⁻¹)

Für eine Reihe von n Anlagen wird die effektive Turbulenz an der letzten Anlage aus der quadratischen Summe der Wake-Beiträge der (n−1) Vor-Anlagen berechnet:

I_eff²  =  I_amb²  +  (n−1) · I_wake²

Das Ergebnis I_eff wird mit den Referenz-Turbulenzen der IEC-61400-1-Klassen verglichen. Wenn I_eff die Klasse A überschreitet, ist die Anlage für den Standort nicht ohne Standort-spezifische Klasse-S-Anlage zulässig.

IEC-61400-1-Klassen — kurz erklärt

Praxis-Bewertung dieses Tools

• Was es gut kann: erste Plausibilitäts-Prüfung in 30 Sekunden, ob ein geplantes Park-Layout grundsätzlich Sinn ergibt. Erkennt offensichtliche Layout-Konflikte (zu dichte Reihen mit zu vielen Anlagen).
• Was es nicht kann: Geländekorrektur (Hügel, Wald), Schräganström- Effekte, exakte WEA-Hersteller-CT-Kurven über Windgeschwindigkeit, Wake-Überlappungen im 2D-Layout, Saison-Variation der Ambient-Turbulenz.
• Wenn das Tool grün zeigt: Hauptwindrichtung kritisch — Layout machbar. Ein offizielles Gutachten wird vermutlich keine Layout-Korrekturen erzwingen.
• Wenn das Tool gelb/rot zeigt: wahrscheinlich Layout-Optimierung nötig (Abstand vergrößern, Anlagen versetzen, Anzahl reduzieren) — oder Standort-spezifische Klasse-S-Anlage.

Warum Turbulenz beim Repowering ein eigenes Thema ist

Beim Repowering ändert sich das Park-Layout meist grundlegend: weniger, aber deutlich größere Anlagen ersetzen viele kleine Bestandsanlagen. Das verändert die Wake-Situation auf zwei Arten gleichzeitig — größere Rotordurchmesser bedeuten, dass ein gegebener Absolutabstand in Metern einem kleineren x/D-Verhältnis entspricht, während gleichzeitig die Anlagenzahl in der Hauptwindrichtung oft sinkt. Ob eine Repowering-Konfiguration die Turbulenzbelastung gegenüber dem Altbestand verringert oder verschärft, lässt sich nicht pauschal beantworten und hängt stark vom gewählten neuen Layout ab. Deshalb lohnt sich bei jedem Repowering-Projekt eine erneute Turbulenz-Prüfung, auch wenn der Bestandspark unauffällig war — die alte Freigabe gilt nicht automatisch für die neue Anlagengeneration.

Warum Repowering die Turbulenzsituation grundlegend ändert

Beim Repowering ändert sich die Turbulenzbelastung oft stärker, als die reine Abstandsbetrachtung vermuten lässt: Wird eine kleinere Altanlage durch eine deutlich größere Neuanlage mit höherer Nabenhöhe ersetzt, verschiebt sich der Nachlaufbereich (Wake) sowohl in der Höhe als auch in der Ausdehnung. Steht in der Nähe eine weitere Bestandsanlage, die beim ursprünglichen Layout nicht im relevanten Wake-Bereich lag, kann sie das nach dem Repowering plötzlich sein — ein Grund, warum jedes Repowering-Layout eine eigene Turbulenzprüfung braucht, selbst wenn die Anlagenpositionen unverändert bleiben.

Häufige Fragen

Warum ist die Ambient-Turbulenz I_amb wichtig?

Sie beschreibt die natürliche Turbulenz am Standort ohne andere WEA — abhängig von Geländerauigkeit, Vegetationshöhe und Topographie. Onshore typisch 10–15 %, im Wald 18–22 %, an der Küste 8–12 %. Für die Vorab-Prüfung 12 % als grober Richtwert.

Wie wird die Hauptwindrichtung berücksichtigt?

Im offiziellen Frandsen-Modell wird über alle Windrichtungs-Sektoren gewichtet summiert. Dieses Vereinfachte Tool nimmt den ungünstigsten Fall: alle Anlagen liegen in Hauptwindrichtung exakt hinter einander. Bei realer Windverteilung (mehrere Hauptrichtungen) ist die effektive Turbulenz oft niedriger.

Welche Werte sind typische CT-Werte?

Der Schubbeiwert C_T hängt vom Anlagentyp und der Windgeschwindigkeit ab. Maximalwerte liegen meist bei v=8–12 m/s und betragen 0,75–0,85. Bei höheren Windgeschwindigkeiten regelt die Anlage ab — C_T sinkt. Für die Turbulenz-Bewertung wird der ungünstigste Wert verwendet (Volllast-Bereich).

Wann muss ich eine Klasse-S-Anlage nutzen?

Wenn die effektive Turbulenz auch nach Layout-Optimierung über 16 % (Klasse A) liegt. Klasse-S bedeutet, dass der Hersteller die Anlage für die spezifischen Standort-Bedingungen berechnet und freigibt — oft mit Aufpreis und längerer Lieferzeit.

Zählt nur die direkt vorgelagerte Anlage oder auch weiter entfernte?

Die hier verwendete Formel summiert die Wake-Beiträge aller (n−1) Anlagen in der Reihe, nicht nur der unmittelbar vorgelagerten. In der Realität nimmt der Wake-Effekt mit zunehmender Entfernung ab, und das vollständige Frandsen-Modell gewichtet die Beiträge entsprechend dem Abstand jeder einzelnen Vor-Anlage unterschiedlich. Dieses vereinfachte Tool nimmt zur Vereinfachung einen einheitlichen Abstand x/D zwischen allen Anlagen der Reihe an — bei ungleichmäßig verteilten Windparks ist diese Annahme nur eine grobe Näherung.

Wieso ist das Tool kostenlos und wake2e nicht?

wake2e ist ein professionelles SaaS mit Satellitendaten, vollständiger Hersteller-Datenbank, behördlich akzeptierten Berichten und 15+ Jahren Gutachter-Praxis. Unser Tool ist eine vereinfachte Faustformel mit klar gekennzeichneten Grenzen — gut für die erste Plausibilitäts-Prüfung, nicht für die Genehmigung.