Analyse: Maximaler Ausbau von Offshore-Windenergie kann Niederschläge verändern

Was geschehen ist – die Kernmeldung

Ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums Hereon hat eine wissenschaftliche Analyse veröffentlicht, die sich mit den klimatischen Auswirkungen eines massiven Ausbaus von Offshore-Windparks in der Nord- und Ostsee befasst. Die zentrale Erkenntnis der Untersuchung ist, dass eine extrem hohe Dichte an Windenergieanlagen in diesen Meeresgebieten die regionale Verteilung von Niederschlägen signifikant verändern könnte. Den Simulationen zufolge würde es bei einem solchen Szenario zu einer Verschiebung der Regenmengen kommen: Während über den Windparkgebieten selbst die Niederschläge zunehmen könnten, müssten angrenzende Küstenregionen mit einem Rückgang rechnen. Die Forschenden betonen jedoch ausdrücklich, dass dieses Szenario auf einer maximalistischen Annahme basiert, die weit über die derzeitigen politischen Ausbauziele der Europäischen Union hinausgeht und somit als aktuell unrealistisch einzustufen ist. Das Ziel der Studie war es vielmehr, die physikalischen Zusammenhänge zwischen großflächigen Windparks und atmosphärischen Prozessen sichtbar zu machen und deren Größenordnung für die zukünftige Planung besser abschätzbar zu gestalten.

Die Einzelheiten der Untersuchung

Die Ergebnisse der Studie, die im Fachmagazin „Communications Earth & Environment“ publiziert wurden, basieren auf komplexen Simulationen. Laut Erstautor Naveed Akhtar entziehen die Windkraftanlagen dem Wind einen Teil seiner kinetischen Energie und führen gleichzeitig zu einer Verwirbelung der Luftströmungen. Dieser Prozess verändert die Dynamik der Luftschichten hinter den Anlagen. Durch den verstärkten Austausch zwischen den verschiedenen Luftschichten steigt feuchte Luft auf, kühlt in der Folge ab und kondensiert, was die Niederschlagsbildung direkt über den Windparks begünstigt. Für die betroffenen Küstenregionen, darunter Teile von Deutschland, Dänemark, den Niederlanden und Großbritannien, prognostizieren die Modelle einen Rückgang der Niederschlagsmengen von bis zu 15 Prozent. Die Forscher nutzten für ihre Berechnungen Daten zur räumlichen Verteilung von Windparks, die den Stand von 2023, die Prognosen für 2030 sowie ein theoretisches Maximalmodell für das Jahr 2050 umfassen. Die zugrunde gelegten Annahmen übersteigen dabei deutlich die politisch diskutierten Ziele von 300 Gigawatt bis zum Jahr 2050.

Hintergrund und bisheriger Verlauf

Die Energiewende in Europa setzt massiv auf den Ausbau der Offshore-Windenergie, um die Klimaziele zu erreichen. Bisher konzentrierten sich Planungen vor allem auf die technische Machbarkeit und die Stromerzeugungskapazitäten. Das Helmholtz-Zentrum Hereon hat mit seiner Arbeit nun einen weiteren Aspekt in die Debatte eingebracht: die Wechselwirkung zwischen der technischen Infrastruktur auf hoher See und dem regionalen Klima. Die Forschungsgruppe stellt klar, dass Offshore-Windparks ein unverzichtbarer Baustein für das Gelingen der Energiewende bleiben. Dennoch sei es notwendig, die langfristige Planung so zu gestalten, dass sie mit den Anforderungen des Klima-, Umwelt- und Küstenschutzes in Einklang gebracht wird. Die aktuelle Studie ist ein Ergebnis dieses wissenschaftlichen Bestrebens, die Auswirkungen der Energiegewinnung auf die Umwelt ganzheitlich zu betrachten. Bisher gab es nur begrenzte Erkenntnisse darüber, wie sich die physische Präsenz tausender Anlagen auf die atmosphärische Stabilität und damit auf das Wettergeschehen in der direkten Umgebung auswirken könnte.

Die Beteiligten und Institutionen

Die Federführung bei dieser wissenschaftlichen Analyse liegt beim Helmholtz-Zentrum Hereon, einer renommierten Forschungseinrichtung, die sich intensiv mit Küsten-, Material- und Klimaforschung beschäftigt. Erstautor der Studie ist Naveed Akhtar, der die Untersuchung leitete und die wissenschaftliche Einordnung der Ergebnisse vornahm. Die Forschungsgruppe arbeitet daran, die Auswirkungen der Offshore-Windenergie auf das regionale Klima zu quantifizieren. In die Analyse flossen zudem Daten ein, die den Ausbau der Windenergie in der Nord- und Ostsee dokumentieren. Die Ergebnisse wurden durch die Veröffentlichung im Fachjournal „Communications Earth & Environment“ einer breiten wissenschaftlichen Fachöffentlichkeit zugänglich gemacht. Die Arbeit dient als Grundlage für weitere Diskussionen zwischen Klimaforschern, Energieplanern und politischen Entscheidungsträgern. Die beteiligten Wissenschaftler betonen dabei stets ihre Rolle als neutrale Beobachter, die durch ihre Datenbasis eine nachhaltige Gestaltung der Energiewende unterstützen wollen, ohne dabei die Notwendigkeit des Ausbaus der erneuerbaren Energien grundsätzlich infrage zu stellen.

Einordnung der Ergebnisse

Einzuordnen ist das so: Die Studie beschreibt ein theoretisches Extremmodell, das nicht mit den realen Ausbauplänen der EU korrespondiert. Die Wissenschaftler betonen, dass die von ihnen modellierten Effekte nur bei einer maximalen Ausnutzung aller potenziell verfügbaren Flächen für Offshore-Windparks eintreten würden. Den Berichten zufolge ist es wichtig, diese Ergebnisse nicht als unmittelbare Warnung vor den aktuellen Ausbauzielen zu missverstehen. Vielmehr handelt es sich um eine Grundlagenforschung, die aufzeigt, welche physikalischen Prozesse durch den massiven Eingriff in die Windströmungen über den Meeren ausgelöst werden können. Die Größenordnung von 15 Prozent Rückgang bei den Niederschlägen ist demnach als theoretisches Maximum unter extremen Bedingungen zu verstehen. Die Einordnung durch die Forscher selbst macht deutlich, dass die Energiewende weiterhin als notwendig erachtet wird, wobei die Studie als Werkzeug dienen soll, um mögliche negative Nebeneffekte bereits in der Planungsphase durch intelligente Anordnung der Parks zu minimieren.

Offene Fragen und weitere Schritte

Obwohl die Studie wichtige Erkenntnisse über die atmosphärischen Auswirkungen von Windparks liefert, bleiben einige Fragen offen. Der Quelltext lässt beispielsweise offen, welche konkreten Maßnahmen in der Raumplanung ergriffen werden könnten, um die beschriebenen Niederschlagsveränderungen zu verhindern. Auch bleibt unklar, wie sich die Auswirkungen auf das Klima bei einer moderateren, also den tatsächlichen Zielen entsprechenden Ausbaugeschwindigkeit, exakt darstellen würden. Die Forschungsgruppe hat bereits angekündigt, ihre Arbeit fortzusetzen. Ein zentraler Punkt der künftigen Untersuchungen soll die Frage sein, inwieweit die Turbinendichte, die Größe der einzelnen Parks sowie deren räumliche Verteilung die regionalen Klimafolgen beeinflussen. Es bleibt abzuwarten, ob durch eine optimierte Anordnung der Anlagen die atmosphärischen Verwirbelungen so gesteuert werden können, dass die negativen Effekte auf die Küstenniederschläge abgemildert werden. Ein konkreter Zeitplan für diese weiterführenden Untersuchungen wurde im Text nicht genannt, jedoch ist das Ziel der Forschungsgruppe klar definiert: die Bereitstellung von Daten für eine nachhaltige und klimaschonende Ausbauplanung.