Je höher das Windrad, desto besser

Hereon-Forscher haben herausgefunden: Große Windräder der neuen Generation
haben weniger Einfluss sowohl auf die Meeresoberfläche als auch auf benachbarte
Windparks.
Windparks auf der Nordsee können sich gegenseitig ausbremsen und zudem das
Leben im Meer beeinträchtigen. Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums
Heron haben jetzt herausgefunden, dass sich diese Effekte mit dem
künftigen Ausbau der Offshore-Windenergie nicht unbedingt verstärken
müssen. Im Gegenteil: Der Trend geht zu immer höheren Windrädern, deren
Einfluss auf den Ozean offensichtlich geringer ist. Das kann die
Meereslebensräume entlasten und zugleich die Stromausbeute erhöhen.

Windräder werden immer höher und stärker. Anfang der 2000er-Jahre kamen
die ersten Anlagen der 2-Megawatt-Klasse auf den Markt, die Strom für
umgerechnet etwa 3000 Haushalte lieferten. Heute haben die höchsten und
stärksten Anlagen rund 15 Megawatt. In wenigen Jahren sollen es sogar 20
Megawatt sein. Damit will die Europäische Union die Stromproduktion auf
See, die sogenannte Offshore-Windkraft, massiv ausbauen. Derzeit stehen in
den europäischen Gewässern Windräder mit einer Gesamtleistung von 28
Gigawatt, was rund 50 Kernkraftwerksreaktoren entspricht. Bis zum Jahr
2050 sollen es 300 Gigawatt sein.

Angesichts dieses enormen Wachstums haben Wissenschaftler vom Hereon jetzt
untersucht, wie sich die künftigen Windparks aus 15-Megawatt-Giganten auf
ihre Umgebung auswirken könnten – sowohl auf die Meeresoberfläche als auch
auf benachbarte Windparks. Die Ergebnisse, die das Hereon-Team um den
Klimaforscher Dr. Naveed Akthar jetzt im Fachmagazin Nature Scientific
Reports veröffentlicht hat, überraschen: Windparks aus 15-Megawatt-Anlagen
beeinflussen ihre Umgebung weniger stark als solche aus den deutlich
kleineren 5-Megawatt-Anlagen. Dabei gehen die Forscher in ihrer Studie
davon aus, dass auf einem Quadratkilometer Windparkfläche künftig
vergleichsweise wenige 15-Megawatt-Windräder stehen werden. Statt vieler
kleiner Anlagen wie bisher, wird es in einem Windpark einige Große geben.
Der Grund: Für die Meeresgebiete in der Europäischen Union ist
reglementiert, wie viele Megawatt Windkraft-Leistung auf einem
Quadratkilometer installiert werden dürfen. Mit einigen wenigen großen
Anlagen ist dieses Limit schneller erreicht als mit kleinen.

Räumliche Veränderungen der Windfelder machen Probleme
Dass Windparks ihre Umgebung beeinflussen, liegt daran, dass durch die
Drehbewegung der Rotoren Luft verwirbelt wird. Dadurch treten hinter einem
Windpark Turbulenzen auf. Außerdem ist dort die Windgeschwindigkeit
geringer. Für einen Windpark, der hinter einem anderen liegt, bedeutet das
eine geringere Stromausbeute. Wie Naveed Akhtar und seine Kollegen schon
vor zwei Jahren in einem Fachartikel beschrieben haben, beeinflussen
Windanlagen auch das Leben im Meer. Durch Modellrechnungen am Computer
konnten sie zeigen, dass vor allem das Wachstum von Planktonalgen
verändert wird. Hinter einem Windpark kann es um bis zu zehn Prozent
geringer als in anderen Meeresgebieten sein. Die Ursache ist der
abnehmende Wind und die erhöhte Turbulenz hinter den Windenergieanlagen.
Die übertragene Energie in den Ozean nimmt in diesen Regionen durch die
Verringerung der Windgeschwindigkeit ab. Durch die räumlich
ungleichförmigen Windfelder in der Nähe der Wasseroberfläche werden zudem
Ausgleichsbewegungen im Ozean erzeugt, die zu Vertikaltransporten-
sogenanntes Up- und Downwelling führen und die Planktonproduktion entweder
verstärken oder verringern können.

Wie die aktuellen Modellrechnungen des Hereon-Teams zeigen, sind
Veränderungen des Windfeldes an der Wasseroberfläche bei einem Windpark
mit 15-Megawatt-Anlagen geringer. Das hat vor allem zwei Gründe. Zum einen
stehen die Anlagen weniger dicht zusammen. Zum anderen sind sie höher. Der
Rotor kommt der Meeresoberfläche damit nicht so nah wie bei kleinen
Anlagen. „Was die Meeresumwelt angeht, sind das gute Nachrichten für den
Ausbau der Offshore-Windenergie in den europäischen Gewässern“, sagt
Naveed Akhtar. Und auch für die Stromerzeuger sind die größeren Anlagen
von Vorteil. Windparks mit wenigen hohen Anlagen stören die Luftströmung
weniger als viele kleine Anlagen. Die Bremswirkung eines Windparks und die
Turbulenzen fallen geringer aus. „Alles in allem kann sich damit die
Stromausbeute in den Windparks um zwei bis drei Prozent erhöhen.“

Einzigartiger Blick auf die ganze Nordsee
Die Studie der Hereon-Forscher ist besonders, weil sie die Situation für
die gesamte Nordsee darstellt. „Für gewöhnlich wird bei derartigen
Berechnungen lediglich der Einfluss einzelner Windräder oder nur eines
Windparks berücksichtigt“, sagt Naveed Akhtar. „Angesichts des starken
Ausbaus in weiten Bereichen der Nordsee muss man aber das gesamte Gebiet
betrachten. Windparks haben eine Fernwirkung, die 60 bis 70 Kilometer weit
reichen kann. Um all das zu erfassen, muss man die ganze Nordsee im Blick
haben.“