Windparks sollen weltweit auf Tausende von km2 anwachsen und mit einer Leistungsdichte von über 30 MW/km2 installiert werden. Windenergieanlagen werden immer größer, mit 12 MW, sogar 25 MW Nennleistungen und Nabenhöhen von 200 Metern.
Allein in der deutschen Nordsee sollen die Kapazitäten bis zum Jahr 2050 auf 50 bis 70 Gigawatt ausgebaut werden. Allerdings ist dies nicht unumstritten, denn neben möglichen Folgen solcher Anlagen für Mikro-Klima und Meerestiere sind die Windturbinen auch nicht unbegrenzt dicht platzierbar: Windkraft wandelt Windenergie in Elektrizität um und entzieht so der Luft diese Energie. Jede Windturbine nimmt der hinter ihr stehenden Anlage buchstäblich den Wind aus den Rotoren.
Dem Wind wird durch eine Windenergieanlage (WEA) nicht nur kinetische Energie entzogen und deshalb die Windgeschwindigkeit für Windparks in Lee verringert, sondern die Luft wird auch großflächig und kilometerweit verwirbelt. Beobachtet wurde, dass die atmosphärischen Wirbelschleppen in Lee von Windrädern bis zu 70 km weit hinausreichen können. Je höher die Windräder sind und je größer ihre Rotorflächen, umso gravierender ist die Energieentnahme, umso nachhaltiger sind die Verwirbelungen.
Wie man sich die Beeinflussung der Windströmung durch WEA-Parks vorzustellen hat.
Wie sich die Entnahme von viel Energie auf Wetter oder Klima auswirken könnte, ist Gegenstand diverser Untersuchungen, die unter anderem von Cfact [1] beschrieben werden. Die Studien reichen von den globalen Klimaauswirkungen bis hin zu den lokalen Auswirkungen einer einzelnen großen Windenergieanlage. Ein Teil der Forschungsschlussfolgerung ist, dass die Maximierung der globalen Windentwicklung einen ebenso großen Einfluss auf das Klima haben könnte, wie einige Klimamodelle für die Verdoppelung von CO2 vorgeben [1].
Eine interessante neue Studie deutscher Wissenschaftler wurde im Februar 2022 zu so genannten Wake-Effekten veröffentlicht [2] [3]:
- Die möglichen Auswirkungen von Offshore-Windparks durch abnehmende Meeresoberflächen-Windgeschwindigkeit auf den Scherantrieb und deren Folgen für die Meeresdynamik werden untersucht.
- Die Simulationen zeigen die Entstehung großräumiger Dämpfung im Windantrieb und damit verbundene Veränderungen in der lokalen Hydro- und Thermodynamik. Die Nachlaufeffekte führen zu einer unerwarteten räumlichen Variabilität der mittleren horizontalen Strömungen und zur Bildung großräumiger Dipole in der Meeresoberflächenhöhe.
- Induzierte Änderungen der vertikalen und lateralen Strömung sind stark genug, um Veränderungen der Temperatur- und Salzgehaltsverteilung in Bereichen des Windparkbetriebs nach sich zu ziehen. Letztendlich beeinflussen die dipolbezogenen Prozesse die Schichtungsentwicklung in der südlichen Nordsee und weisen auf mögliche Auswirkungen auf marine Ökosystemprozesse hin. Insbesondere in der Deutschen Bucht beobachten wir einen großflächigen Strukturwandel in der Schichtungsstärke, der schließlich die Schichtung während des Rückgangs der Sommerschichtung gegen Herbst verstärkt.
Naveed Akhtar et.al. [4] verwenden ein hochauflösendes regionales Klimamodell mit implementierten Windpark-Parametrisierungen, um die Produktionsgrenzen von Offshore-Windenergie in der Nordsee zu erkunden. Sie ermittelten für benachbarte Windparks eine Reduktion des Kapazitätsfaktors um 20 % und mehr, „was die Energieerzeugungskosten und die wirtschaftlichen Verluste erhöht. Wir kommen zu dem Schluss, dass Windenergie eine begrenzte Ressource in der Nordsee sein kann. Die Grenzen und Optimierungspotenziale müssen in Klimaschutzstrategien berücksichtigt werden und eine länderübergreifende Optimierung von Offshore-Energieerzeugungsplänen ist unumgänglich.“
In einer ausführlichen Darlegung des physikalischen Sachverhalts von Windenergieanlagen werden von Boehme [5] die Leistung und die Grenzen der Optimierung von WEA erklärt. Die oft falsch verwendeten Begriffe Energie und Leistung (Trugschluss mit der Nennleistung) werden beleuchtet. Auch wird die These betrachtet, ob durch immer größere Windräder eine Steigerung der Leistung möglich ist. Dazu wird gezeigt, wie durch die Entnahme von Energie aus der Luft die Windgeschwindigkeit vermindert und dadurch die Leistung von Windparks beeinflusst wird. Der Einfluss von Windrädern auf das Mikroklima wird erklärt und ein Ausblick bezüglich der Energieentnahme aus der Atmosphäre gegeben. Zu den eingangs schon erwähnten größeren Windrädern schreibt Boehme:
- Größere Windräder bremsen den Wind in größeren Höhen und nehmen WEA im gleichen Windpark und anderen Windparks in Lee noch mehr Wind weg.
- Größere Windräder bedeuten, dass die abgebremste Windgeschwindigkeit nur durch immer höhere Luftschichten ausgeglichen werden kann, die immer näher an die Wolkengrenze reichen. Dadurch werden immer größere Windräder immer mehr zu Wettermachern und beeinflussen damit großflächig das (Mikro)-Klima.
Erschreckend ist Boehmes [5] Bilanz über eine Landschaft voller Windräder:
„Man müsste bei einer (von dem Max-Planck-Institut/Jena für große Windparks ermittelten) Leistungsdichte der Windkraft von 0,5 MW/km2 ganze 75.000 km2 Landschaft mit Windrädern zustellen, nur um die Hälfte (37.500 MW) des mittleren Leistungsbedarfes (Last) von Deutschland von ca. 75.000 MW zu generieren. Dazu müsste man ganz Bayern(Fläche 70.500 km2) in einen einzigen Windpark verwandeln, inkl. Städten, Seen und Alpen. Doch bliebe dann immer noch das ungelöste Problem der Stromspeicherung. Auch kann man das Strom-Netz nicht als Speicher benutzen, auch wenn dies für eine bekannte Politikerin eine sehr attraktive Wunschvorstellung sein mag. Welche jedoch treffend das technische Niveau offenbart, auf dem sich manche politischen Entscheidungsträger bewegen.“
Diese Publikationshinweise sandte mir Lars Schernikau https://co2coalition.org/teammember/lars-schernikau/ mit seiner Mail vom 24. April 2022. Ihm danke ich für die Information.
[4] https://www.nature.com/articles/s41598-021-91283-3 , 27.08.2021
[5] Dipl. Phys. Dieter Böhme, „Windräder bremsen den Wind – und beeinflussen das Mikro-Klima“, 09.02.2022. <kd.boehme@gmx.de>