DLR untersucht Nahwindeffekte mit Drohnenschwarm

(17.9.2025) Im Projekt NearWake hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Messungen zum nahen Nachlauf (near Wake) von Windturbinen durchgeführt. Eingesetzt wurde ein Schwarm aus zehn Drohnen, der vor und hinter den Windanlagen OPUS 1 und OPUS 2 des DLR-Forschungsparks Windenergie WiValdi in Krummendeich Daten aufzeichnete. Der Forschungspark ist seit 2023 in Betrieb und mit über 2.000 Sensoren in Anlagen, auf Masten und im Gelände ausgestattet.

Messdatenaufzeichnungen durch Drohnenflug auf DLR-Gelände. (Bild: DLR) 

Untersucht wurde die Strömung direkt hinter den Turbinen, die durch Energieentzug des Windes langsamer und verwirbelter ist. Gemessen wurde bis zu einer Entfernung von zwei Rotordurchmessern – im Fall der OPUS-Anlagen rund 230 m. Über die Einheit Rotordurchmesser können verschiedene Anlagengrößen vergleichbar gemacht werden.

Einfluss auf Windparks

Nach Angaben des DLR können Leistung und Lasten von Rotorblättern erheblich durch das Aufeinandertreffen der Nachläufe benachbarter Anlagen beeinflusst werden. Auch beim Repowering, also dem Ersatz älterer durch leistungsstärkere Anlagen, verändern sich die Nachlaufeffekte, die dadurch komplexer und turbulenter werden.

Das Institut für Physik der Atmosphäre griff für NearWake auf Erfahrungen aus der Luftfahrtforschung zurück, da sich die Phänomene des Nachlaufs mit Wirbelschleppen von Flugzeugen vergleichen lassen.

Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen benachbarten Anlagen. (Bild: DLR) 

Drohneneinsätze und Datenauswertung

Der Drohnenschwarm absolvierte innerhalb von drei Wochen rund 100 Flüge. Die Geräte, etwa ein Kilogramm schwer, sind für Windmessungen optimiert und gleichen während des Einsatzes Turbulenzen selbstständig aus. Geflogen wurde eine feste Choreografie: Zwei Drohnenlinien positionierten sich in Abständen von einem halben (57,5 m) und einem ganzen Rotordurchmesser (115 m) hinter der Turbine und hielten dort jeweils 15 min die Position.

Die aufgezeichneten Daten werden mit einem speziell entwickelten DLR-Algorithmus verarbeitet und sind mit Ergebnissen stationärer Messgeräte vergleichbar.

Ergebnisse

Die Auswertungen zeigen, dass sich die Wirbel an den Blattspitzen weiter im Nachlauf fortsetzen als erwartet. Zudem hängt die Auflösungsgeschwindigkeit dieser Wirbel von den Wetter- und Atmosphärenbedingungen ab. Durch die Analyse dieser Prozesse können Simulationen erstellt werden, die genauere Aussagen zu Leistung und Belastungen ermöglichen. Damit wird eine präzisere Planung von Turbinen und Windparks unterstützt.