Die Windkraft hat sich zu einer wichtigen Komponente im Strommix der erneuerbaren Energien entwickelt. Als besonders ergiebig gelten dabei die sogenannten Offshore-Windparks: Immer mehr Länder bauen auf dem Meer teils gewaltige Anlagen, um dem meist stetigen Luftstrom Energie abzuzapfen. So hat auch der Ausbau der Windenergie in der Deutschen Bucht und der Ostsee zu beachtlichen Erfolgen geführt: Heute drehen sich dort Windräder mit einer Leistung von rund 8000 Megawatt, was etwa acht Atomkraftwerken entspricht. Da ließen sich doch einfach noch mehr Windräder aufstellen, könnte man meinen. Doch leider ist die Kraft des Windes nicht so unerschöpflich, wie es scheint: Rotoren bremsen den Luftstrom und können dadurch nachfolgenden den Antrieb nehmen.
Der Schatteneffekt im Blick
Wegen dieser bekannten Bremswirkung werden die einzelnen Windräder in Offshore-Anlagen in bestimmten Mindestabständen zueinander aufgestellt. Bereits bekannt ist zudem, dass Windparks durch ihren Schatteneffekt auch großräumige Auswirkungen auf die Luftströmungen haben und somit benachbarte Anlagen beeinflussen können. Da die Standortmöglichkeiten begrenzt sind und die Windparks deshalb zum Teil möglichst dicht nebeneinander gebaut werden, ist eine Einschätzung dieses Effekts und seiner Auswirkungen auf die Rentabilität der Anlagen wichtig. Diesem Forschungsthema haben sich nun die Wissenschaftler um Naveed Akhtar vom Helmholtz-Zentrum Hereon in Geesthacht gewidmet.
Für ihre Studie haben sie ein Modellierungssystem für die gesamte Nordsee verwendet, das Daten von Wetterdiensten einbezieht. Dadurch kann es die Wettersituation regional detailliert auflösen und berechnen, wie sich Wetter und Klima beziehungsweise Windverhältnisse verhalten. In die Berechnungen wurden dann Daten über die Positionierung und die Ausmaße von bestehenden und geplanten Windparks in der Nordsee integriert. Als Grundlage nutzten die Forscher die Planung für die Nordsee aus dem Jahr 2015. Diese umfasst auch Windparks, die zum Teil noch nicht gebaut worden sind. Die Studie wirft somit einen Blick in die Zukunft – gewissermaßen auf den Zielzustand des Offshore-Ausbaus.
Bremswirkung bei stabilen Wetterlagen
In den Ergebnissen zeichnet sich ab, wie großräumig sich die Bremswirkung auswirken kann: Im Durchschnitt reicht sie 35 bis 40 Kilometer weit – bei bestimmten Wetterlagen sogar bis zu 100 Kilometer, berichten die Forscher. Die Leistung eines benachbarten Windparks kann sich dadurch um 20 bis 25 Prozent verringern, was sich letztlich in wirtschaftlichen Verlusten widerspiegelt. Dabei kommt es allerdings auf die Jahreszeit an, verdeutlichen die Ergebnisse: Die Bremswirkung der Windparks reicht vor allem bei stabilen Wetterlagen sehr weit – wenn in der Atmosphäre nur wenige Turbulenzen auftreten. Dies ist vor allem im März und April der Fall. In stürmischen Zeiten – besonders im November und Dezember – ist die Atmosphäre hingegen so stark durchmischt, dass die Schatteneffekte der Windparks kaum ins Gewicht fallen, geht aus den Modellsimulationen hervor. Dass die theoretischen Ergebnisse die Realität widerspiegeln, konnten die Forscher anschließend anhand von Vergleichen mit Windmessungen von zwei Forschungsplattformen in der Nordsee aus den Jahren 2008 bis 2017 bestätigen.
