Offshore-Windparks sind ein wichtiger Baustein der Energiewende. Die Europäische Union plant, die Offshore-Windkapazität in der Nordsee bis 2050 massiv auszubauen. Eine Studie des Helmholtz-Zentrums Hereon zeigt nun, dass ein sehr weitreichender Ausbau die regionale Niederschlagsverteilung beeinflussen könnte: Während die Niederschläge über dem Meer zunähmen, könnten sie in Küstenregionen abnehmen. Die Untersuchungen liefern umfassende Ergebnisse möglicher regionaler Klimaauswirkungen künftiger Offshore-Windparks – die immer im Einklang mit der Umwelt geplant werden müssen, so die Forschenden.
Forschende des Hereon-Instituts für Küstensysteme nutzten das hochauflösende regionale Klimamodell COSMO-CLM, um verschiedene technische Ausbauszenarien der Offshore-Windenergie zu simulieren. Grundlage waren Wetterdaten aus den Jahren 2008 bis 2017. Durch die Betrachtung eines Jahrzehnts lassen sich Mittelwerte für die atmosphärische Dynamik über Wetterlagen hinweg bestimmen und Schwankungen einzelner Jahre reduzieren. Auf diese Weise können langfristige mögliche Effekte bestimmt werden. Die Simulationen umfassen bestehende und potenzielle künftige Windparkgebiete in Nord- und Ostsee.
Dabei berücksichtigten die Forschenden unter anderem auch die Auswirkungen von Windkraftanlagen auf Windgeschwindigkeit, Luftdurchmischung und Feuchtigkeitstransport. Ziel war es, die grundlegenden atmosphärischen Prozesse besser zu verstehen, die durch große Offshore-Windparkflächen ausgelöst werden könnten. „Unsere Arbeit trägt dazu bei, den weiteren Ausbau der Offshore-Windenergie in Europa mit den Anforderungen des Klima-, Umwelt- und Küstenschutzes in Einklang bringen zu können“, sagt Dr. Naveed Akhtar, Erstautor der Studie.
Ein bewusst extremes Ausbauszenario
Die Simulation in der Studie entspricht einem rein technischen Szenario, das über die tatsächlichen derzeitigen Ausbauziele der Europäischen Union hinausgeht. Berücksichtigt wurden sämtliche Flächen in Nord- und Ostsee, die für eine mögliche Offshore-Windenergienutzung ausgewiesen sind. Für diese Flächen wurde ein maximaler Ausbau angenommen. Dadurch ergäbe sich eine Leistung, die deutlich über den diskutierten Ausbauzielen von 300 GW bis 2050 liegt.
Die Forschenden wählten dieses Szenario, um Klimaeffekte deutlich sichtbar zu machen und deren Größenordnung abzuschätzen. Hintergrund: Noch ist unklar, welche Flächen tatsächlich bebaut werden und wie sich die politischen Zielvorgaben verändern.
Niederschlag verändert sich
Die Ergebnisse zeigen, dass ein massiver Ausbau zu einer Zunahme der Niederschläge über den Offshore-Windparkgebieten führen könnte, während in angrenzenden Küstenregionen die Niederschläge abnehmen würden. Der grundsätzliche Effekt entsteht, weil Windkraftanlagen dem Wind einen Teil seiner Bewegungsenergie entziehen und gleichzeitig die Luftströmungen verwirbeln. Hinter den Anlagen entstehen starke Unterschiede in der Luftbewegung, die einen verstärkten Austausch zwischen Luftschichten bewirken. Feuchte Luft kann dadurch aufsteigen, abkühlen und kondensieren.
Die Folge sind Wolkenbildung und Niederschläge über den Windparks. Gleichzeitig verändert sich der Transport von Feuchtigkeit in Richtung Küste. Wenn Luftmassen über den Windparkgebieten verstärkt Niederschlag abgeben würden, stünde in den Küstenregionen weniger zur Verfügung. Für Teile Dänemarks, Deutschlands, der Niederlande und Großbritanniens ergeben die Simulationen Rückgänge der Küstenniederschläge von bis zu 15 Prozent.
Langfristige Wetterstatistik statt Einzelereignisse
Diese Schlussfolgerungen können die nachhaltige maritime Raumplanung unterstützen und die grenzüberschreitende Zusammenarbeit in der Nord- und Ostseeregion stärken. Frühere Hereon-Studien zeigten, dass unter anderem die Größe, Anordnung und der Abstand von Windkraftanlagen einen wichtigen Einfluss auf atmosphärische Effekte haben können.
Künftige Arbeiten sollten Ausbauszenarien untersuchen und analysieren, wie etwa Turbinendichte, Parkgröße und räumliche Verteilung das regionale Klima beeinflussen. Darüber hinaus wollen die Forschenden die Auswirkungen auf Ozean und Ökosysteme weiter untersuchen.