Offshore-Windparks: Im Übergang zwischen Land und Meer
Auch wenn sie 100 Kilometer davon entfernt stehen, können Offshore-Windparks noch stark vom Land beeinflusst werden – sie stehen im atmosphärischen Übergangsbereich von Land zu Meer: der Küste. Besonders der Wind vom Land in Richtung Meer spielt hier eine große Rolle: Er beschleunigt sich über dem Wasser. Auch der Temperaturunterschied zwischen Land und Wasser sowie der aktuelle Seegang beeinflussen zusätzlich. Diese und weitere Faktoren werden zusammen als Küsteneffekte bezeichnet.
Offshore-Windparks. Foto: Hereon/Sabine Billerbeck
Sie haben Auswirkungen auf die Art, Geschwindigkeit und Menge an Wind, die Offshore-Windanalagen zur Stromerzeugung bestmöglich ausnutzen sollen. Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon haben nun eine Studie im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts X-Wakes koordiniert, die einen Überblick über bereits bekannte Küsteneffekte liefert. Zusätzlich zeigt sie, dass weitere Forschung für genauere Simulationen und Messmethoden nötig ist, um diese Effekte in Zukunft besser vorherzusagen. An der Studie beteiligt sind neben dem Helmholtz-Zentrum Hereon und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) auch das Fraunhofer-Institut für Windenergiesysteme (IWES), die Universitäten Braunschweig, Tübingen und Oldenburg sowie UL International.
Die Komplexität der Küsteneffekte
Die Projektpartner analysierten Simulations- und Beobachtungsdaten und belegten damit, dass die Windgeschwindigkeiten in einzelnen Offshore-Windparks stark von der Windrichtung abhängen. Das hängt vor allem mit der speziellen Form der Küstenlinie in der Deutschen Bucht zusammen. Zusätzlich stellten die Forschenden fest, dass die Wechselwirkungen zwischen Ozean und Atmosphäre – wie zum Beispiel der Austausch von Wärme – mehr berücksichtigt werden sollten. Ein weiteres Ergebnis: Die mechanischen und thermischen Eigenschaften der Wattgebiete wie etwa die Rauigkeit der Oberfläche und ihre Auswirkungen auf die Küsteneffekte sind noch nicht ausreichend verstanden.
„Auch die Wechselwirkungen von Windabschattungen hinter Offshore-Windparks mit Küsteneffekten sind bisher nur ungenügend untersucht“, sagt Erstautor Johannes Schulz-Stellenfleth vom Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung.
Zuverlässige Aussagen über die Arbeitsleistung der Turbinen in Windparks zu treffen, ist wegen der vielen sich gegenseitig beeinflussenden Küsteneffekte anspruchsvoll. Beispielsweise die Wechselwirkung zwischen den Schwankungen von Temperatur und Windgeschwindigkeit ist besonders kompliziert, weil hierbei auch die Turbulenz der Luft eine große Rolle spielt. Mit dem beschleunigten Ausbau von Offshore-Windparks werden diese Installationen verstärkt Auswirkungen auf die Übergangsprozesse zwischen Land und Ozean haben und die Komplexität von Küsteneffekten noch verstärken. Diese genau zu kennen, ist aber notwendig, um nachhaltige Standorte für zukünftige Windturbinen bestimmen zu können oder Kurzfristvorhersagen für die Einspeisung ins Stromnetz treffen zu können. Die weitere Forschung auf diesem Gebiet leistet also einen entscheidenden Beitrag für die stabile Energieversorgung aus Windkraft.
Weitere Informationen
- Originalpublikation: Schulz-Stellenfleth, J., Emeis, S., Dörenkämper, M., Bange, J., Cañadillas, B., Neumann, T., Schneemann, J., Weber, I., zum Berge, K., Platis, A., Djath, B., Gottschall, J., Vollmer, L., Rausch, T., Barekzai, M., Hammel, J., Steinfeld, G., Lampert, A. (2022). Coastal impacts on offshore wind farms – a review focussing on the German Bight area. Meteorologische Zeitschrift. https://doi.org/10.1127/metz/2022/1109
- Institut für Küstemsysteme - Analyse und Modellierung | Hydrodynamik und Datenassimilation
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