Wissenschaftlich belegt: Die Ressource „Wind“ ist endlich und wer dem Wind Energie entnimmt, ändert damit auch das lokale Wetter

BERLIN – Windparks verändern das lokale Klima, indem sie ihre Umgebung etwas aufheizen, den Niederschlag dahinter verringern und das Pflanzenwachstum darunter reduzieren. 

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Aus der Schule sollte es bekannt sein, daß man Energie nicht erzeugen, sondern lediglich umwandeln kann.

Bezogen auf die Erzeugung von Strom durch Windkraft bedeutet dies, daß die Windgeschwindigkeit (kinetische Energie des Winds) um mindestens den Betrag sinken muß, der dem Wind an elektrischer Energie entnommen wird. Es gilt also: je mehr elektrische Energie durch Windkraft erzeugt wird, desto langsamer wird der lokale Wind werden.

Doch das ist nicht alles. Windparks verlangsamen nicht nur den Wind, sondern die Windparks haben noch weitere Effekte, wie z.B.:

• Windkraftanlagen trocknen die Luft nach der Windkraftanlage aus
• Windkraftanlagen lassen es an bestimmten Stellen vor der Windkraftanlage intensiver regnen
• Windkraftanlagen erwärmen die Luft

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Wissenschaftlich erwiesen: Windparks reduzieren die Windgeschwindigkeit und die Niederschlagsmengen

Physikalisch ist es so, daß jeder Windpark für den Wind erst einmal ein Hindernis darstellt, das den Wind abbremst und damit die Luft vor dem Windkraftwerk komprimiert, also „zusammendrückt“. Durch dieses „Zusammendrücken“ werden weitergehende physikalische Wirkungen erzeugt.

Nach dem Windpark hingegen wird die zuvor komprimierte Luft wieder extrahiert, als auseinandergezogen.

Diese Phänomene haben Folgen, die man sogar messen kann. Eine Studie der Harward-Universität hat sich dieser Fragen angenommen. Die Forscher haben bei zwei Windparks in Großbritannien an eigens aufgebauten Wetterstationen folgende Wirkungen gemessen:

• Minus 8% Windgeschwindigkeit
• Minus 10% Niederschlag

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Harward Studie: Zunahme an Regen vor dem Windpark und Abnahme an Regen nach dem Windpark

Forscher an der Harward-Universität haben sich der Frage der Änderung des Klimas durch Windkraftanlagen angenommen und dazu mit Hilfe von Messungen an zwei Windparks in Großbritannien interessante Daten aus der Praxis gewonnen. In  Folge geben wir den Originaltext der Zusammenfassung der Studie der University of Delaware wieder:

Das Ziel dieser Studie ist es, das Ausmaß abzuschätzen, in dem Offshore-Windparks den Niederschlag an nahegelegenen Onshore-Standorten unbeabsichtigt beeinflussen können.

Da aufgrund der Entnahme von kinetischer Energie aus dem Luftstrom durch die Turbinen die Winde über einem Offshore-Windpark abgebremst werden, bildet sich  stromaufwärts des Parks ein Muster der Konvergenz und  stromabwärts des Parks ein Muster der Divergenz, das die Niederschläge vor der Küste  in der Nähe des Windparks verstärken und die Niederschläge am Ufer  verringern kann.

Um diese Hypothese zu überprüfen, haben wir beobachtete Niederschlagsdaten verwendet, die in der Nähe von zwei Offshore-Windparks im Westen Großbritanniens gesammelt wurden: Walney und Burbo Bank, gebaut in den Jahren 2011–2014 bzw. 2005–2007.

Für jeden Park identifizierten wir einen „Behandlungs“-Standort, eine meteorologische Station, die für einen bestimmten Windrichtungsbereich wahrscheinlich vom Nachlauf des Windparks beeinflusst wird, und einen „Kontroll“-Standort, der für den selben Windrichtungsbereich nicht vom Windpark beeinflusst wird.

Wir haben einen Differenz-in-Differenzen-Ansatz (DiD) zwischen den Niederschlagsdaten an den Behandlungs- und Kontrollstandorten vor und nach dem Bau der Windparks verwendet, um die Nettoauswirkung der Offshore-Parks auf die Niederschlagsmuster an der Küste zu bestimmen.

Wir fanden die folgenden statistisch signifikanten Signale in Walney nach dem Bau der Windparks: verringerte Windgeschwindigkeit (im Durchschnitt –1,1 Knoten), verringerte Niederschlagsrate (–0,003 mm/h) und verringerte positive Niederschlagsrate (d. h. nur Stunden mit nicht – kein Niederschlag, –0,080 mm/h).

Auf der Burbo Bank wurden die Windgeschwindigkeit und der positive Niederschlag nach dem Bau der Farm  mit statistischer Signifikanz reduziert (–1,45 Knoten bzw. –0,080 mm/h).

Ein Rückgang der stündlichen Niederschlagsrate wurde festgestellt.

Alle beobachteten statistisch signifikanten Änderungen waren von geringer Größe (Größenordnung von 11 % des Durchschnitts oder weniger).

Wir spekulieren, dass sich das Divergenzmuster nicht immer mit ausreichender Stärke bilden kann, um eine Niederschlagsunterdrückung am Ufer zu verursachen, da die Burbo Bank sehr nahe am Ufer liegt (Entfernung <8 km), was das weniger klare Signal an dieser Stelle erklären könnte. Im Gegensatz dazu befindet sich die Walney-Farm etwa 15 km vom Ufer entfernt, was unserer Meinung nach ausreicht, damit die Divergenzzone das Ufer erreicht.

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Studie aus China: Windparks beinflussen das lokale Wetter und die Vegetation im Windpark

Die Beeinflussung der lokalen Niederschläge und Temperatur durch Windparks ist in der Wissenschaft inzwischen allgemein anerkannt. Noch unklar ist hingegen welchen Einfluss dies auf die Vegetation unter den Windparks hat. Mit diesen Fragen befsste sich unter dm Titel

Die beobachteten Auswirkungen von Windparks auf das lokale Vegetationswachstum in Nordchina

eine empirische Studie aus China. Der Zusammenfassung dieser Studie kann man entnehmen:

Windparks (WFs) können das lokale Klima beeinflussen, und lokale Klimaänderungen können die darunter liegende Vegetation beeinflussen.

Einige Studien haben gezeigt, dass WFs bestimmte Aspekte des regionalen Klimas wie Temperatur und Niederschlag beeinflussen.

Es gibt jedoch immer noch keine Beweise dafür, ob WFs das lokale Vegetationswachstum beeinflussen können, was ein wesentlicher Teil der Gesamtbewertung der WF-Effekte ist.

In dieser Untersuchung, basierend auf dem Vegetationsindex des bildgebenden Spektroradiometers mit mittlerer Auflösung (MODIS), Produktivität und anderen Fernerkundungsdaten von 2003 bis 2014, wurden die Auswirkungen von WFs im Bashang-Gebiet in Nordchina auf das Vegetationswachstum und die Produktivität im Sommer ( Juni–August) analysiert.

Die Ergebnisse zeigten, dass: (1) WFs eine signifikante hemmende Wirkung auf das Vegetationswachstum hatten, wie durch Abnahmen des Blattflächenindex (LAI), des erhöhten Vegetationsindex (EVI) und des normalisierten Differenzvegetationsindex (NDVI) von ungefähr gezeigt wurde 14,5 %, 14,8 % bzw. 8,9 % in den Sommern 2003–2014.

Es gab auch eine hemmende Wirkung von 8,9 % auf die Sommer-Bruttoprimärproduktion (GPP) und 4,0 % auf die jährliche Netto-Primärproduktion (NPP), gekoppelt mit WFs; und (2) die wichtigsten Einflussfaktoren könnten die Änderungen der Temperatur und der Bodenfeuchtigkeit sein: WFs unterdrückten die Bodenfeuchtigkeit und verstärkten den Wasserstress im Untersuchungsgebiet.

Diese Forschung liefert signifikante Beobachtungsbeweise, dass WFs das Wachstum und die Produktivität der darunter liegenden Vegetation hemmen können.

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Studie aus den USA: Windparks beinflussen das lokale Wetter und die Vegetation im Windpark

Eine noch weitergehende Frage wird mit Hilfe einer Modellrechnung behandelt. Die so genannten „Modellierer“ sind während der Coroma-Krise zu Recht unter Verruf geraten. Bei diesen „Modellierern“ handelt es sich um Leute, die vor einem Comouter sitzen und dort irgend welche Parameter eingeben. Neust bleben diese Parameter (wie in der Regel bei Covid) geheim, mit der Folge, daß das dann nicht mehr der Definition von „Wissenschaft“ ensprach, denn „Wissenschaft“ muß der Kontrolle der Allgemeinheiut unterliegen und damit transparent und reproduzierbar sein.

In der Arbeit

„Climatic Impacts of Wind Power“

werden also Auswirkungen der Windparks mit Modellen berechnet, wobei auch die Modelierer davon ausgehen, daß Windkraft das „lokale Klima“ ändern:

Wir stellen fest, dass die Erzeugung des heutigen US-Strombedarfs (0,5 TWe) mit Windkraft die Oberflächentemperaturen des US-amerikanischen Kontinents um 0,24 °C erwärmen würde.

Die Erwärmung entsteht teilweise durch Turbinen, die Wärme durch Mischen der Grenzschicht umverteilen.

Die modellierten täglichen und jahreszeitlichen Temperaturunterschiede stimmen in etwa mit den jüngsten Beobachtungen der Erwärmung in Windparks überein und spiegeln ein kohärentes mechanistisches Verständnis darüber wider, wie Windkraftanlagen das Klima verändern.

Der Erwärmungseffekt ist: klein im Vergleich zu den Projektionen der Erwärmung im 21. Jahrhundert, entspricht ungefähr der reduzierten Erwärmung, die durch die Dekarbonisierung der globalen Stromerzeugung erreicht wird, und groß im Vergleich zu der reduzierten Erwärmung, die durch die Dekarbonisierung von US-Strom durch Wind erreicht wird.

Bei gleicher Erzeugungsrate sind die klimatischen Auswirkungen von Photovoltaikanlagen etwa zehnmal geringer als bei Windkraftanlagen.

Die gesamten Umweltauswirkungen von Wind sind sicherlich geringer als die von fossiler Energie.

Da das Energiesystem jedoch dekarbonisiert ist, sollten Entscheidungen zwischen Wind und Sonne durch Schätzungen ihrer Klimaauswirkungen gestützt werden.

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Vorträge von Prof. Dr. Gerd Ganteför zum Thema: „Verändern Windräder das Klima“?

In den folgenden drei Videos werden die zuvor beschriebenen Studien ebenfalls besprochen: