Windparks verändern Strömung der Nordsee

Bis zum Jahr 2050 soll sich die installierte Leistung der Offshore-Windkraft in der Nordsee mehr als verzehnfachen. Damit verändert sich nicht nur die Energieerzeugung auf See, sondern auch die Dynamik des Meeres. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie des Helmholtz-Zentrums Hereon in Geesthacht (Schleswig-Holstein), das zu Klima- und Küstensystemen forscht.

Ein Team um den Geophysiker Dr. Nils Christiansen vom „Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung“ hat die langfristigen Gesamteffekte von Wind- und Gezeitenwakes in einem Ausbauszenario für die Deutsche Bucht bis 2050 simuliert. Zur Erklärung: Offshore-Windkraftanlagen entziehen dem Wind Energie und verändern so die Luft- und Oberflächenströmungen − von „Windwakes“ ist die Rede. Gleichzeitig bremsen die Fundamente unter Wasser die Gezeitenströmung (Gezeitenwakes). Aus beiden Effekten entstehen, wie de Forschenden anführen, Wakestrukturen, die einander überlagern. Dieses Zusammenspiel analysierte das Forschungsteam in einem gekoppelten Modell.

Neues Strömungsbild in der Deutschen Bucht

Die Simulationen zeigen laut Hereon ein neues Strömungsbild in der Deutschen Bucht. Die Forscher registrierten geringere Spitzengeschwindigkeiten und veränderte Strömungsfrequenzen. „Unsere Simulationen zeichnen ein neues, fein strukturiertes Strömungsbild, das sich nicht nur innerhalb der Windparks zeigt, sondern sich in der Nordsee ausbreiten kann – mit bis zu 20 Prozent verlangsamten Oberflächengeschwindigkeiten bei einem Ausbauszenario für 2050“, sagt Christiansen.

Nach Angaben des Instituts können sich diese Effekte großräumig ausbreiten. Wenn Strömungen langsamer fließen oder häufiger ihre Richtung ändern, beeinflusst das den Sedimenttransport und die vertikale Durchmischung des Wassers. Beide Prozesse prägen das Meeresökosystem.

Die Forscher weisen zudem darauf hin, dass veränderte Strömungsmuster bestehende Vorhersagemodelle für Schifffahrt, Katastrophenmanagement, Umweltschutz und Fischerei beeinträchtigen können. Verschieben sich die hydrodynamischen Rahmenbedingungen, müssten Betreiber und Behörden ihre Modelle anpassen.

Ansatzpunkte für die Planung

Neben möglichen Langzeitfolgen identifizierte das Forschungsteam Stellschrauben für die Planung. Die Modellrechnungen zeigen, dass größere Abstände zwischen den Turbinen die Überlagerung von Turbulenzen durch Gezeitenwakes reduzieren und so die zusätzliche Durchmischung verringern.

Auch Standortwahl und lokale Gezeitenbedingungen beeinflussen laut dem Hereon-Team, wie stark sich Strömungen und Temperaturen verändern. Die Ergebnisse sollen, so die Intention der Forschungsarbeiten, Grundlagen für angepasste Windpark-Designs geben.

Christiansen ordnet die Befunde energiepolitisch ein: „Offshore-Windkraft ist ein zentraler Baustein der Energiewende und der Dekarbonisierung“, sagt er. Gleichzeitig müsse man verstehen, wie Anlagentypen und -größen die Nordsee beeinflussen, um den weiteren Ausbau mit dem Schutz der Meeresumwelt in Einklang zu bringen.