Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena haben bestimmt, wie viel Energie sich bestenfalls aus Windkraft erzeugen lässt und wie sich dies auf die Effizienz jeder einzelnen Windkraftanlage auswirkt. Ihre Erkenntnisse haben sie in einer neuen Studie zusammengefasst, die die Erwartung für die großflächige Energiegewinnung mit Windparks erheblich senkt.
Im Schatten der Windparks
Jede Windkraftanlage entzieht dem Wind Energie, sodass viele Anlagen großräumig zu verringerten Windgeschwindigkeiten in der Atmosphäre führen. Dieser Effekt geht über den Windschatten hinter jeder einzelnen Anlage hinaus. Die langsamere Windgeschwindigkeit verringert die Energieerzeugung jeder einzelnen Windkraftanlage.
Durch diesen Effekt erklärt sich die starke Diskrepanz zwischen theoretisch modellierten und datenbasierten Abschätzungen der Windenergie.
Klimamodelle können Effekt simulieren
Dr. Lee Miller, Erstautor der Studie, erklärt: „Man sollte nicht annehmen, dass die Windgeschwindigkeiten unverändert bleiben, wenn man viele Windkraftanlagen in einer Region installiert. Auch wenn die aus Klimamodellen berechneten Windgeschwindigkeiten nicht ganz realistisch sind, so können diese Modelle den Effekt von vielen Windkraftanlagen dennoch simulieren. Wenn man beobachtete Windgeschwindigkeiten nutzt, um Windenergieerzeugung abzuschätzen, kann man diesen Effekt aber nicht erfassen.”
Das im Modell errechnete Abbremsen des Winds reduziert die Effizienz der einzelnen Windkraftanlagen – die Energieerzeugung jeder einzelnen Anlage könne um bis zu 80 Prozent reduziert sein.
Realistische Modelle sind gefragt
Die Forscher berechneten mit einem Klimamodell in einer Reihe von Szenarien, wie viel Windenergie maximal über allen Kontinenten genutzt werden kann. Demnach ist es lediglich auf drei bis vier Prozent der Landoberfläche möglich, mehr als 1 Watt Strom pro Quadratmeter zu erzeugen – mit typischen Raten von 0,5 Watt oder weniger. Diese Berechnungen stimmen mit anderen Klimamodellrechnungen überein, sind aber nur ein Bruchteil der Abschätzungen, die auf gemessenen Windgeschwindigkeiten beruhen.
Diesen Unterschied konnten die Forscher auf schwächere Geschwindigkeiten zurückführen, die im Klimamodell um 40 bis 50 Prozent reduziert werden. Da Windgeschwindigkeiten überproportional die Stromerzeugung von Windkraftanlagen beeinflussen, führte deren Abbremsen zu deutlich niedrigerer Windenergieerzeugung in den Klimamodellrechnungen und zu der drastisch reduzierten Effizienz der einzelnen Windkraftanlagen.
Relevanz für Windausbau
Zwar handele es sich die den Studienszenarien der Windenergienutzung um hypothetische Szenarien. Die Ergebnisse seien dennoch relevant für den zukünftigen Ausbau der Windenergie: „Wir finden diese dramatischen Effekte bei Abständen zwischen einzelnen Windkraftanlagen, wie man sie heutzutage häufig in Windparks auf Land antrifft“, erklärt Dr. Axel Kleidon, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biogeochemie. Er plant, seine Berechnungen mit Messungen heutiger Windparks abzugleichen, um zu testen ob der Bremseffekt schon sichtbar wird. Für den weiteren Ausbau der Windenergie würde dies bedeuten, dass man auf deutlich größere Abstände zwischen den Windkraftanlagen setzen sollte, um die heutige Effizienz von Windenergieerzeugung auch in Zukunft zu erreichen.
