Die Nutzung von Offshore-Windkraftanlagen in der Nordsee wird bis zum Jahr 2050 erheblich ausgeweitet, mit dem Ziel, die Leistung mehr als zehnmal zu steigern. Eine Forschungsgruppe des Helmholtz-Zentrums Hereon hat nun zum ersten Mal die langfristigen Auswirkungen dieser Windparks auf die Hydrodynamik der Nordsee untersucht. Die Ergebnisse dieser Studie, die im Fachjournal Communications Earth & Environment veröffentlicht wurden, zeigen, dass sich die Strömungsmuster in der Region erheblich verändern könnten.
Offshore-Windkraftanlagen beeinflussen sowohl die Luft- als auch die Wasserströmungen. Die Rotoren der Windkraftanlagen entziehen dem Wind Energie, was die Oberflächenströmungen beeinflusst. Gleichzeitig wirken die Unterwasserpfeiler der Turbinen als Hindernisse, die die Gezeitenströmungen bremsen. Diese Effekte, bekannt als Wake-Effekte, interagieren miteinander und können komplexe physikalische Veränderungen in der Nordsee zur Folge haben.
Die Forschungsgruppe, geleitet von Dr. Nils Christiansen, hat die Auswirkungen dieser Wake-Effekte erstmals gemeinsam analysiert und deren potenzielle Ausmaße bis zum Jahr 2050 abgeschätzt. Die Simulationen deuten darauf hin, dass das Zusammenspiel der Strömungen zu einer Verringerung der Spitzengeschwindigkeiten und zu Veränderungen in den Strömungsfrequenzen in der Deutschen Bucht führen wird. „Unsere Ergebnisse zeigen ein neuartiges, detailliertes Strömungsbild, das sich nicht nur auf die Windparks selbst beschränkt, sondern auch in der gesamten Nordsee beobachtet werden kann. In unserem Ausbauszenario könnten die Oberflächenströmungen um bis zu 20 Prozent langsamer werden“, erklärt Christiansen.
Diese Änderungen in den Strömungsmustern könnten weitreichende Folgen für den Sedimenttransport und die Durchmischung des Meerwassers haben, was wiederum das marine Ökosystem beeinflussen könnte. Zudem hat das veränderte Strömungsbild Auswirkungen auf die Genauigkeit von Strömungsvorhersagen, die für verschiedene Bereiche wie Schiffsverkehr, Katastrophenschutz, Umweltschutz und Fischerei von Bedeutung sind.
Die Studie gibt auch erste Hinweise darauf, wie die negativen Auswirkungen der Windkraftanlagen auf die Meeresumwelt verringert werden können. Insbesondere die Modellsimulationen legen nahe, dass der Abstand zwischen den Turbinen, die Positionierung der Windparks und die lokalen Gezeitenbedingungen entscheidend dafür sind, in welchem Maß Strömungen, Temperaturen und die Durchmischung des Wassers verändert werden. Ein größerer Abstand zwischen den Windrädern könnte dazu beitragen, die Überlagerung von Turbulenzen durch die Gezeitenwakes zu reduzieren, was zu einer geringeren Durchmischung führen könnte. Diese Erkenntnisse sind besonders relevant, da sie in früheren Studien des Hereon-Instituts in Verbindung mit größeren Turbinen und deren atmosphärischen Effekten untersucht wurden.
Dr. Christiansen betont die Bedeutung dieser Forschung für die zukünftige Planung von Offshore-Windkraftprojekten: „Offshore-Windkraft ist ein zentraler Bestandteil der Energiewende und der Dekarbonisierung. Gleichzeitig müssen wir verstehen, wie unterschiedliche Arten und Größen von Offshore-Anlagen die Nordsee beeinflussen. Nur so können wir die Gesellschaft und die Wirtschaft umfassend informieren und Maßnahmen entwickeln, um potenzielle Risiken frühzeitig zu minimieren.“
Das Helmholtz-Zentrum Hereon verfolgt das Ziel, eine lebendige und nachhaltige Welt zu erhalten. Rund 1000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten daran, neues Wissen zu generieren und Technologien zu entwickeln, die Resilienz und Nachhaltigkeit fördern. Der Weg von der Idee über experimentelle Studien und Modellierungen bis hin zu digitalen Zwillingen wird genutzt, um komplexe Systeme im Bereich Klima und Küste zu verstehen und praxisnahe Anwendungen zu schaffen.
Durch die Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Forschungsnetzwerken bringt das Hereon seine Expertise in den politischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Diskurs ein, um eine nachhaltige Zukunft zu gestalten. Die Ergebnisse dieser Forschung sind von großer Bedeutung, nicht nur für die Energieindustrie, sondern auch für den Schutz der marinen Umwelt und die Sicherheit der Küstenregionen.
