Ebbe und Flut mindern die Auswirkungen von Windkraftanlagen

Windturbinen verändern die Geschwindigkeit und Richtung des durch sie durchströmenden Windes. Diese sogenannten Wirbelschleppen haben Auswirkungen bis zur Wasseroberfläche und darunter. Sie beeinflussen die Strömung und Schichtung des Wassers mit Konsequenzen für die darin lebenden Tiere und Pflanzen. Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon zeigen nun in einer neuen Studie, dass der Einfluss von Ebbe und Flut die Auswirkungen der Wirbelschleppen abschwächen kann. Ihre Ergebnisse veröffentlichte das Fachmagazin Frontiers.

Bis 2030 soll die Stromgewinnung aus erneuerbaren Energien allein in Deutschland verdoppelt werden. Dazu liefern Windkraftanlagen einen enormen Beitrag. Für einen nachhaltigen Ausbau der Windenergie muss ihr Einfluss auf die Umwelt aber genau untersucht und verstanden werden. Bekannt ist, dass Wirbelschleppen – das sind Luftverwirbelungen, die durch Windturbinen verursacht werden – die Strömung und Schichtung des Wassers unter ihnen beeinflussen. Das Wasser wird je nach Wind weniger durchmischt als üblich, was den Salzgehalt und die Temperatur verändert. Ein Team aus Hereon-Forschenden hat nun herausgefunden, dass die Auswirkungen der Wirbelschleppen durch die Gezeiten abgeschwächt werden.

Windpark in der Nordsee. Foto: Hereon

Das Autoren-Team um Nils Christiansen, Doktorand am Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung, untersuchte mit Hilfe eines Computermodells, wie sich das Auftreten von Gezeiten in der südlichen Nordsee auswirkt. Dabei fanden sie heraus, dass die Gezeitenströmung einen deutlichen Einfluss auf die durch die Wirbelschleppen erzeugten Strömungen hinter den Windfarmen hat. Die Gezeitenströmungen lenken diese ab und können sie sogar umkehren. Die Ausrichtung zwischen Wind- und Meeresströmungen bestimmt dabei die Größenordnung der entstehenden Nachlaufeffekte. Im Laufe der Zeit verringern die sich periodisch verändernden Gezeitenströmungen somit die Auswirkungen der Offshore- Windenergie auf die Strömung im Meer. Im Resultat sind die Strömungsänderungen durch Offshore-Windkraft in Gebieten mit starker Gezeitenströmung nur halb so stark wie in vergleichbaren Gebieten ohne Gezeiten.

Für die Deutsche Bucht, in der die Gezeitenströmungen stark sind, bedeutet dies, dass die Auswirkungen der Wirbelschleppen hier schwächer sind als in Gebieten ohne starke Gezeitenströmung. "Die Ergebnisse liefern damit wertvolle Erkenntnisse, um die Auswirkungen von Offshore-Windkraftanlagen besser bewerten zu können und geben erste Hinweise darauf, in welchen Regionen die Auswirkungen stärker sein könnten", sagt Prof. Corinna Schrum, Leiterin des Hereon-Instituts für Küstensysteme. Darauf aufbauend vermuten die Autoren, dass die Auswirkungen auf die Meeresumwelt durch Windenergieausbau in der Ostsee im Vergleich zur Nordsee deutlich stärker zu spüren sein werden, da die Gezeitenströmung hier sehr schwach ist. Ob das wirklich der Fall ist, muss aber noch durch weitere Studien belegt werden.

Hintergrund

Die Studie baut auf die Erkenntnisse einer vorangegangenen Forschungsarbeit auf, die auch unter der Leitung von Nils Christiansen entstanden ist. Hier stellten die Forschenden fest, dass Offshore-Windparks die Windgeschwindigkeit verringern und die dabei entstehenden Wirbelschleppen hinter den Windfarmen die Strömung und Durchmischung des Meerwassers in der Nordsee beeinflussen. Es stellen sich großräumige Veränderungen ein, die über die Größe der Windfarmen weit hinausgehen. Die jetzige Arbeit wurde finanziert durch das Helmholtz Forschungsprogramm Changing Earth – Sustaining our Future im Topic Coastal Transition Zones under Natural and Human Pressure. Sie ist ein Beitrag zum Exzellenzclusters Climate, Climate Change and Society (CLiCCS) der Universität Hamburg, indem sie untersucht, wie sich die Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels auf die Meeresumwelt auswirken. Die Arbeit des Teams um Christiansen bildet damit auch eine wichtige Grundlage für die Forschungsmission sustainMare der Deutschen Allianz für Meeresforschung (DAM) und für das Missionsprojekt CoastalFutures, welches Szenarien für den Ausbau der Offshore-Windkraft entwickeln und deren Auswirkungen auf die Meeresumwelt untersuchen wird.