Neue Studie: Offshore-Windparks verändern Strömungsmuster in der Nordsee
Bis zum Jahr 2050 soll die Leistung von Offshore-Windkraft in der Nordsee mehr als verzehnfacht werden. Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon haben erstmals die zu erwartenden langfristigen Auswirkungen dieses Windkraftausbaus auf die Hydrodynamik der Nordsee analysiert. Das Ergebnis: Das Strömungsmuster könnte sich großräumig verändern. Die Studie zeigt Ansätze auf, um mögliche Risiken für die Umwelt früh zu minimieren. Die Forschungsarbeiten wurden vom BMFTR unter anderem im Rahmen des Projekts CoastalFutures (DAM-Forschungsmission sustainMare) gefördert.
Offshore-Windkraftanlagen verändern Luft- und Meeresströmungen. Die Rotoren entziehen Windenergie und beeinflussen die Oberflächenströmungen, während die Turbinenpfeiler unter Wasser massive Hindernisse darstellen und die Gezeitenströmungen bremsen. Diese Nachlaufstrukturen, sogenannte Wake-Effekte, interagieren miteinander und bestimmen die komplexen, physikalischen Auswirkungen von Offshore-Windparks. Eine Forschungsgruppe um den Geophysiker Dr. Nils Christiansen vom Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung hat jetzt erstmals die Auswirkungen beider Effekte n analysiert und ihr Ausmaß für das Ausbauszenario bis 2050 berechnet.
Ein neues Strömungsbild
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 – mit bis zu 20 Prozent verlangsamten Oberflächengeschwindigkeiten bei einem Ausbauszenario für 2050“, sagt Christiansen. Dadurch kann es zu großräumigen Veränderungen im Sedimenttransport oder der Durchmischung des Meerwassers kommen. Diese Faktoren prägen auch das Meeresökosystem. Darüber hinaus 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.
Risiken frühzeitig minimieren
Neben möglichen großräumigen Langzeitveränderungen zeigen Christiansen und seine Kolleginnen und Kollegen 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 Ergebnisse legen offen, dass ein größerer Abstand zwischen den Windrädern die Überlagerung auftretender Turbulenzen durch die Gezeitenwakes deutlich reduzieren kann und so zu weniger Durchmischung führt – ein Schlüsselfaktor, der bereits in einer vorherigen Hereon-Studie im Zusammenhang mit größeren Turbinen und den daraus entstehenden atmosphärischen Effekten gezeigt wurde. Diese Erkenntnisse können als Grundlage für nachhaltige Planung und optimierte Windpark-Designs dienen.
„Offshore-Windkraft ist ein zentraler Baustein der Energiewende und der Dekarbonisierung“, sagt Christiansen. „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.“
Zur Studie im Nature-Fachjournal "Communications Earth & Environment"