Studie: So verändern Windparks die Nordsee

Windkraftanlagen des Offshore-Windparks alpha ventus in der Deutschen Bucht

Foto: Foto: Martina Nolte, Lizenz: Creative Commons by-sa-3.0 de
Lizenz: CC-BY-SA-3.0-de
Die Originaldatei ist hier zu finden.

Windkraftanlagen stellen Hindernisse für Wasser und Luft dar. Wie das die Natur im näheren Umkreis der Windräder beeinflusst, hat ein Team von Forschern nun in der Nordsee untersucht. Dies schreibt das russische online Magazin „SNA News“ .

Weiter heißt es diesbezüglich auf deren deutschen Webseite: "Ein Team um Nils Christiansen vom Helmholtz-Zentrum Hereon hat eine Studie zu den Einflüssen von Offshore Windparks auf die Ozeandynamik veröffentlicht. Im Fokus stand, wie verändert der abgeschwächte Wind die physikalischen Bedingungen der betroffenen Nordseegebiete. Denn die Windkraftanlagen stellen Hindernisse für Wasser und Luft dar. Die Effekte sind für die Planung zukünftiger Offshore Windparks wichtig. Die Studie erschien Anfang Februar im Fachmedium Frontiers in Marine Science.

Wenn der Wind abflaut

Die imposanten Aufnahmen der Offshore Windparks in der Nordsee mit Blick auf das glitzernde Wasser haben sich fest in den Köpfen eingebrannt. Sie gehören bereits wie der Wattwurm zum Bild der Nordsee. Doch welche nicht sichtbaren Zusammenspiele und Auswirkungen gehen mit dem wichtigen Baustein deutscher Energiewende einher?

Die Studie des Hereon-Instituts für Küstensysteme – Analyse und Modellierung – simuliert eine geringere Windgeschwindigkeit auf der windabgewandten Seite (Lee-Seite) der Parks. Belegt wurde das Phänomen kürzlich von einem Hereon-Team, dessen Studie im Journal Nature erschien (Akthar et al., 2021). Auslöser für dieses Phänomen sind die Turbinen. Sie entziehen laut der Studie dem Windfeld kinetische Energie, um Strom zu erzeugen. In Lee der Windräder entstehen sogenannte atmosphärische Wirbelschleppen. Diese sind langsamer, haben spezielle Druckverhältnisse sowie erhöhte Luftturbulenz. Unter stabilen atmosphärischen Bedingungen ist der Verlust an Windgeschwindigkeit bis zu 70 km hinter den Windparks messbar.

Einfluss auf die Strömungen und Schichtung des Wassers

In hochauflösender Computersimulationen konnte das Team die Effekte auf die südliche Nordsee für den Sommer 2013 (Mai bis September) zeigen.

Die Analyse weist darauf hin, dass die Wirbelschleppen und die Änderung des impulsgetriebenen Austauschs zwischen Atmosphäre und Wasser miteinander zusammenhängen. Hierdurch könnten wiederum die horizontalen Strömungen und die Schichtung des Wassers beeinflusst werden.

Die Effekte der Wirbelschleppen sind stark genug, um die vorhandenen Strömungen umzulenken. Dadurch verschiebt sich die mittlere Temperatur- und Salzgehaltsverteilung in den Gebieten der Windparks. Die auftretenden Änderungen bleiben laut der Studie im Rahmen der zwischenjährlichen Schwankungen. „Dennoch zeigen sie ähnliche Größenordnungen auf, wie die vermuteten mittleren Änderungen aufgrund des Klimawandels oder der Variabilität von Jahr zu Jahr“, so Nils Christiansen, federführender Studien-Autor vom Hereon Institut für Küstensysteme.

Es wird neu geschichtet

Eine weitere Folge der Wirbelschleppen: Die vom Winden hervorgerufene turbulente Durchmischung der Wasseroberfläche wird dutzende Kilometer um den Windpark reduziert. Wasser ist meist geschichtet, so liegt zum Beispiel eine Schicht mit wärmerem Wasser auf einer Schicht mit kaltem. Durch die Windparks wird die natürliche Schichtung gestört. Aufgrund der reduzierten Durchmischung wird eine stabilere Schichtung des Wassers begünstigt. Besonders auffällig war dies im Sommer zu beobachten.

Die natürliche Sichtung des Wassers ist im Sommer besonders markant und nimmt zum Herbst hin ab. Im Gebiet der Windparks wurde jedoch eine stabilere Schichtung außerhalb der jahreszeitlichen Schwankung berechnet.

Was bedeuten die Ergebnisse für die Nordsee?

„Die Größenordnung der induzierten mittleren Veränderungen deutet nicht auf schwerwiegende lokale Auswirkungen hin, allerdings treten weitreichende strukturelle Veränderungen im System auf“, sagt Christiansen. „Die Veränderungen in der Strömung und Durchmischung beeinflussen voraussichtlich die Planktonproduktion und die Struktur des Nahrungsnetzes und können die Wirkungsweise von Schutzgebieten beeinflussen. Es ist also wichtig diese Folgen bei der Entwicklung von Meeresschutzkonzepten zu berücksichtigen“, sagt Hereon-Institutsleiterin Corinna Schrum. Es seien aber weitere Untersuchungen erforderlich, um mögliche Rückkopplungen auf den Luft-Meer-Austausch zu analysieren. Eine Änderung dieses Austausches wirke sich potenziell auf regionale atmosphärische Bedingungen und die Ökosystemdynamik aus und wird Gegenstand weiterführender Studien sein."

Quelle: SNA News (Deutschland)