Mehr Windturbinen, weniger Energie
Große Windparks bremsen den Wind und entziehen der Luftbewegung so Energie.
Die Erzeugung von Windenergie ist mit einer wachsenden Zahl von Windturbinen auf dem Vormarsch. Aber was passiert mit dem Wind, wenn immer mehr Turbinen der Luftbewegung immer mehr Energie entziehen? Eine internationale Forschergruppe, geführt von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena, hat diese Frage jetzt beantwortet. Simulationen mit einem für die Wettervorhersage entwickelten Modell zeigen einen starken Bremseffekt, der die Energieerzeugung von großen Windparks erheblich reduziert.
Abb.: Windpark in den USA (Bild: J. Winchell)
Das Team arbeitete mit einem sehr komplexen Simulationsmodell, das regelmäßig für die Wettervorhersage benutzt wird, und baute erstmalig Windparks und deren Auswirkungen zusätzlich in die Simulation ein. Das Modell wendeten die Forscher dann auf den mittleren Westen der USA an, eine der windigsten Regionen auf der Landoberfläche. „Wenn wir nur ein paar Windturbinen berücksichtigen, finden wir, was wir erwarten: Mehr Turbinen erzeugen mehr Strom“, sagt Lee Miller vom MPI für Biogeochemie. „Sobald wir sehr viel mehr Turbinen einführen, zeigt sich aber, dass die Windgeschwindigkeit zunehmend reduziert wird und jede Turbine weniger Energie erzeugt.” Das Ausbremsen des Windes führt dazu, dass nach Berechnungen der Forscher maximal etwa ein Watt pro Quadratmeter in dieser Region erzeugt werden kann. Diese Energieausbeute liegt deutlich unter früheren Abschätzungen, die den Bremseffekt nicht berücksichtigen.
Axel Kleidon, Leiter der Forschungsgruppe am MPI für Biogeochemie, erklärt die Begrenzung der Erzeugung von Windenergie durch physikalische Betrachtungen: „Die Atmosphäre treibt die Winde nahe der Oberfläche mit erstaunlich wenig Energie an. Je mehr Windturbinen diese Energie entziehen, umso mehr wird der Wind daher gebremst. Die Kombination dieser beiden Effekte führt dazu, dass Windturbinen in großen Windparks erheblich weniger Energie erzeugen können als eine isoliert stehende Turbine.” Kleidon betont jedoch, dass die bisher errichteten Windparks wahrscheinlich deutlich unter dieser Grenze operieren. Allerdings könne diese Grenze beim weiteren Ausbau der Windenergie im Zuge der Energiewende in Zukunft erreicht werden.
BGC / RK
