Im Zuge der raschen Umstellung auf erneuerbare Energien ist in der Nordsee eine rasche Entwicklung des Ausbaus von Offshore-Windparks zu beobachten. Gemäß dem Nordsee-Energie Kooperationsabkommen soll die gesamte installierte Offshore-Kapazität in Europa von ca. 26 GW im Jahr 2022 auf 120 GW im Jahr 2030 und 300 GW im Jahr 2050 ansteigen. Die Windenergietechnologie ist notwendig, um uns bei der Reduzierung der CO2-Emissionen zu helfen, aber genauso wichtig ist es, deren Auswirkungen zu verstehen.
Die Animation basiert auf einem Szenario für die nahe Zukunft von Windparks in der Nordsee mit einer installierten Leistung von ca. 150 GW. Die Auswirkungen der Windturbinen und die Wechselwirkung der Windpark-Cluster mit der Atmosphäre werden mit dem regionalen Klimamodell COSMO6.0-clm simuliert, dessen Bereich und vertikale Ausdehnung (eine Teilmenge der Daten von 50 bis 500 m Höhe) durch die schwarzen Umrisse angezeigt werden. Die Windparkgebiete sind als halbtransparente grau schattierte Flächen dargestellt. Windkraftanlagen haben einen direkten Einfluss auf die Zirkulation in der unteren Atmosphäre, indem sie den Windimpuls verringern und die turbulente kinetische Energie stromabwärts der Luftströmung in so genannten Wirbelschleppen erhöhen. Unter stabilen atmosphärischen Bedingungen können solche Wirbel mehr als 50 km vom Windpark entfernt transportiert werden und so möglicherweise benachbarte Windparks beeinträchtigen. Die durch Windparks verursachten Abnahme oder Zunahme der Windgeschwindigkeit werden anhand des Windpark-Szenarios und einer Simulation ohne Windparks berechnet. Sie werden durch 3D-Isoflächen dargestellt, die in halbtransparenten dunkelblauen (-2 m/s) und bräunlichen (+2 m/s) Farben markiert sind.
Die Auswirkungen der Verringerung des Windimpulses und der Erhöhung der Turbulenz führen zu lokalen Veränderungen der Lufteigenschaften, die die Wechselwirkung zwischen Luft und Meer beeinflussen. Die Farben an der Meeresoberfläche stellen den latenten Wärmestrom dar. Dieser Wärmeaustausch hängt von der Windgeschwindigkeit, dem Feuchtigkeitsgehalt der Luft und dem Luft-Wasser-Temperaturgefälle ab. Negative/positive Werte (in blau/rot) bedeuten eine Abnahme/Zunahme der Energieübertragung von der Atmosphäre auf den Ozean, was zu einer Erwärmung/Abkühlung der Meeresoberflächentemperatur im Vergleich zur Simulation ohne Windparks führt. Dabei wird Wassermasse durch Verdunstung/Kondensation an der Oberfläche gewonnen/verloren, was auch den Salzgehalt der Meeresoberfläche beeinflusst.
Simulation: Alberto Elizalde, Hereon
Visualisierung: Michael Böttinger, DKRZ
Das Video gibt es auch auf YouTube:: https://youtu.be/WnXrgzUYwKE