23.02.2022 • Energie

Windparks verändern die Nordsee

Einfluss von Offshore-Windparks auf die Ozeandynamik untersucht.

Welchen Einfluss haben Offshore-Windparks auf die Ozean­dynamik? Dieser Frage ist jetzt ein Team um Nils Christiansen vom Helmholtz-Zentrum Hereon nachgegangen. Im Fokus stand eine Abschwächung des Winds und damit einher­gehende Veränderungen der physi­ka­lischen Bedingungen der betroffenen Nordsee­gebiete. Denn die Wind­kraft­anlagen stellen Hindernisse für Wasser und Luft dar. Die Effekte sind im Hinblick auf die Planung zukünftiger Offshore Windparks von großer Bedeutung.

Abb.: Ein Offshore-Windpark in der Nordsee (Bild: S. Billerbeck, Hereon)
Abb.: Ein Offshore-Windpark in der Nordsee (Bild: S. Billerbeck, Hereon)

Die Studie simuliert eine Abschwächung der Wind­geschwin­digkeit auf der wind­abge­wandten Seite der Parks. Belegt wurde dieses Phänomen erst kürzlich von einem weiteren Hereon-Team. Auslöser für die Abschwächung des Winds sind die Turbinen. Für die Strom­erzeugung entziehen sie dem Windfeld kinetische Energie. In Lee der Windräder entstehenden atmo­sphärische Wirbel­schleppen. Diese sind charak­te­risiert durch verringerte Wind­geschwin­digkeit sowie durch spezielle Druck­ver­hältnisse und erhöhte Luft­turbulenz. Unter stabilen atmo­sphärischen Bedingungen breiten sich die Defizite der Wind­geschwin­digkeit bis zu siebzig Kilometer hinter den Windparks aus.

Mithilfe hoch­auf­lösender, hydro­dynamischen Computer­simulationen hat das Team die Effekte auf die südliche Nordsee für den Sommer 2013 analysiert. Die Analyse zeigt einen Zusammen­hang von Wirbel­schleppen und Änderung des impuls­getriebenen Austauschs zwischen Atmosphäre und Wasser. 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. Das hat eine Verschiebung der mittleren Temperatur- und Salzgehalts­verteilung in den Gebieten der Windparks zur Folge. „Die auftretenden Änderungen bleiben im Rahmen der inter­annuellen Variabilität. Dennoch zeigen sie ähnliche Größen­ordnungen auf, wie die vermuteten mittleren Änderungen aufgrund des Klima­wandels oder der Variabilität von Jahr zu Jahr“, so Christiansen.

Eine weitere Konsequenz der Wirbel­schleppen ist die Minderung von scherungs­bedingten Prozessen an der Meeres­ober­fläche: Die von Winden hervor­gerufene turbulente Durch­mischung der Wasser­ober­fläche wird dutzende Kilometer um den Windpark reduziert. Wasser ist meist geschichtet, so liegt etwa 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 das während des Rückgangs der Sommer­schichtung. Die natürliche Schichtung 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.

„Die Größenordnung der induzierten mittleren Veränderungen deutet nicht auf schwer­wiegende lokale Auswirkungen hin, allerdings treten weit­reichende strukturelle Veränderungen im System auf“, sagt Christiansen. Und Hereon-Instituts­leiterin Corinna Schrum ergänzt: „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.“ 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.

Hereon / RK

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