Dass Offshore-Windenergieanlagen sich gegenseitig beeinflussen und sich gewissermaßen den Wind aus den Flügeln nehmen, ist ein bekannter Effekt. Aber nicht nur die Windgeschwindigkeiten, sondern auch die Strömungsverhältnisse im Wasser werden von diesen sogenannten Wake-Effekten beeinflusst.
Eine neue Studie des Helmholtz-Zentrums Hereon hat nun die langfristige Gesamtwirkung der geplanten Windparks auf die Hydrodynamik der Nordsee analysiert. Das Ergebnis: Das Strömungsmuster könnte sich großräumig verändern.
Oberflächengeschwindigkeiten können bis zu 20 Prozent langsamer werden
Die Studie zeigt, dass das Zusammenspiel der Wake-Effekte zu Abnahmen der Spitzengeschwindigkeiten und Veränderungen von Strömungsfrequenzen in der Deutschen Bucht führt. „Unsere Simulationen zeichnen ein neues, fein strukturiertes Strömungsbild, das sich nicht nur innerhalb der Windparks zeigt, sondern sich in der Nordsee ausbreiten kann“, sagt Geophysiker Nils Christiansen vom Hereon-Institut für Küstensysteme. Bis zu 20 Prozent könnten sich die Oberflächengeschwindigkeiten verlangsamen, wenn – wie von den Nordseeanrainern geplant – 2050 insgesamt 300 GW in der Nordsee installiert sind.
Offshore Wind: Koalition folgt Branche und will Tender aussetzen – bloß warum?
Dadurch könne es zu großräumigen Veränderungen im Sedimenttransport oder der Durchmischung des Meerwassers kommen, was wiederum das Meeresökosystem beeinflusse, betont der Wissenschaftler. Ferner haben die Veränderungen des Strömungsbildes auch Konsequenzen für die Genauigkeit der Strömungsvorhersage, die zum Beispiel für den Schiffsverkehr, aber auch für Katastrophenmanagement, Umweltschutz und Fischerei relevant ist.
Trend zu großen Turbinen sorgt für größere Abstände und ruhigeres Wasser
Neben möglichen großräumigen Langzeitveränderungen zeigt das Team um Christiansen auch erste Ansätze, wie sich die Auswirkungen auf die Meeresumwelt verringern lassen. So deuten die Modellsimulationen darauf hin, dass der Turbinenabstand, der Standort der Windparks und die lokalen Gezeitenbedingungen entscheidend dafür sind, wie stark sich Strömungen, Temperaturen und die Durchmischung des Wassers verändern.
Die Forschenden gehen davon aus, dass ein größerer Abstand zwischen den Windenergieanlagen die Überlagerung auftretender Turbulenzen durch die Gezeitenwakes deutlich reduzieren kann und so zu weniger Durchmischung führt. „Stehen die Turbinen eng, können sich die einzelnen ‚Turbulenzfahnen‘ überlagern und flächendeckend das Turbulenzniveau im Windpark anheben“, erklärt Christiansen. „Stehen die Turbinen mit größeren Abständen, bleiben weiterhin Flächen des Windparks unbeeinflusst von den Turbulenzen und der Einfluss auf die Durchmischung im Windpark ist geringer.“
„Drohnenballett“ im Forschungspark Wivaldi: DLR erforscht Nachlauf von Windturbinen
Schon eine vorherige Hereon-Studie im Zusammenhang mit größeren Turbinen und den daraus entstehenden atmosphärischen Effekten habe ebenfalls diesen Schlüsselfaktor ermittelt, schreibt das Hereon-Institut in einer Presseinformation. Diese Erkenntnisse könnten als Grundlage für nachhaltige Planung und optimierte Windpark-Designs dienen, hieß es weiter.
Ausbau und Turblenzreduzierung können Hand in Hand gehen
Christiansen geht nicht davon aus, dass seine Erkenntnisse Auswirkungen auf die Ausbauziele haben: „Eher gehen die Entwicklungen Hand in Hand.“ Der Trend zu immer größeren Anlagen habe gleich zwei Effekte: mehr Platzbedarf für die Turbinen und damit größere Abstände zueinander sowie mehr Stromertrag pro Anlage. „Um die physikalischen Auswirkungen der Windparks zu reduzieren, sollte man somit weiterhin forcieren, auf größere Turbinen zu setzen, statt wie zuvor kleinere, engstehende Turbinen zu verbauen“, so Christiansen.
Mehr Strom Offshore: Messkampagne kommt Wake-Effekten auf die Spur
Offshore-Windkraft sei ein zentraler Baustein der Energiewende und der Dekarbonisierung, ist der Wissenschaftler überzeugt. „Gleichzeitig müssen wir verstehen, wie unterschiedliche Arten von Offshore-Installationen und die Größe der Anlagen die Nordsee beeinflussen. Nur so können wir Gesellschaft und Wirtschaft fundiert informieren und Maßnahmen entwickeln, um die möglichen Risiken frühzeitig zu minimieren.“
