Verlangsamen sich Windparks gegenseitig?

Der Ausbau der Windkraft in der deutschen Golf- und Ostsee hat sich in den letzten Jahren deutlich beschleunigt. Die ersten Anlagen gingen 2008 in Betrieb. Heute zirkulieren in deutschen Gewässern Windenergieanlagen mit einer Leistung von rund 8000 Megawatt, was etwa acht Kernkraftwerken entspricht. Aber der Platz ist begrenzt. Aus diesem Grund werden Windparks manchmal nahe beieinander gebaut. Ein Team um Dr. Naveed Akhtar vom Helmholtz Zentrum Hereon hat herausgefunden, dass sich die Windgeschwindigkeit des Windparks stromabwärts dramatisch verlangsamt. Wie die Forscher jetzt in der Zeitschrift Nature schreiben Wissenschaftliche Berichte, führt diese Bremswirkung zu einem überraschend niedrigen, breiten Windmuster, das bei durchschnittlichen Windgeschwindigkeiten beobachtbar ist. Im Durchschnitt erstreckt sie sich über 35 bis 40 Kilometer – bei bestimmten Wetterbedingungen bis zu 100 Kilometer. So kann die Produktion eines benachbarten Windparks um 20 bis 25 Prozent reduziert werden, was letztlich zu wirtschaftlichen Folgen führt. Sollen Windparks in unmittelbarer Nähe zueinander geplant werden, müssen diese Vigilanzeffekte zukünftig berücksichtigt werden.

Naveed Akhtar, Experte für regionale Klimamodellierung, und Kollegen werfen mit ihrer Studie einen Blick in die Zukunft und bewerten die Windeigenschaften eines mittleren Zielzustands der Meeresausdehnung. Sie nutzten das Computermodell COSMO-CLM, das auch von den Wetterdiensten genutzt wird und in der Lage ist, regionale Wetterlagen – in diesem Fall für die gesamte Nordsee – detailliert aufzulösen und mit den Eigenschaften eines zukünftigen Windparks zu kombinieren. deren Fläche, Anzahl und Größe der Turbinen. Als Grundlage diente ein Nordsee-Windpark-Layout aus dem Jahr 2015. Darin enthalten sind Windparks, die zum Teil noch gebaut werden müssen.

Naveed Akhtar hat das COSMO-Modell verwendet, um die Windgeschwindigkeiten über der Nordsee für den Zeitraum von 2008 bis 2017 für verschiedene Wetterbedingungen zu berechnen. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass wir ein weit verbreitetes Muster niedriger Winde erleben werden, das bei stabilen Wetterbedingungen, die normalerweise im März und April auftreten, größere Ausdehnungen zeigt. In windigen Zeiten hingegen – insbesondere im November und Dezember – ist das Wetter so durchwachsen, dass die Auswirkungen des Windpark-Wake-up relativ gering sind. Um die Modelldaten zu verifizieren, hat das Team die Simulationen mit Windmessungen aus den Jahren 2008 bis 2017 abgeglichen. Dabei kamen Messungen von zwei Nordsee-Forschungsplattformen und Daten von Windmessflügen unserer Kollegen von der TU Braunschweig auf Windparks zum Einsatz. Der Vergleich zeigt, dass die Hereon-Forscher einen Windnachlauf richtig simulieren. Die Arbeit zeichnet sich dadurch aus, dass erstmals für die gesamte Nordsee ein vollständiger Zeitraum von zehn Jahren berechnet wurde. „Traditionelle Strömungsmodelle für die Windparkanalyse haben eine sehr hohe räumliche Auflösung, betrachten das Windfeld aber nur über einen kurzen Zeitraum“, sagt Akhtar. „Außerdem lässt sich damit nicht bestimmen, wie ein Windpark großflächig die Luftströmung verändert.“

Während sich die Gruppe in ihrer aktuellen Arbeit vor allem damit beschäftigt hat, wie sich Windparks gegenseitig beeinflussen, wollen sie in naher Zukunft den Einfluss geringerer Windgeschwindigkeiten auf das Leben auf See untersuchen. Wind und Wellen vermischen das Meer. Dadurch verändert sich der Salz- und Sauerstoffgehalt des Wassers, seine Temperatur und der Nährstoffgehalt in bestimmten Wassertiefen. Naveed Akhtar: „Nun möchten wir wissen, wie sich eine reduzierte Durchmischung auf das marine Ökosystem auswirkt.“

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