Helmholtz-Studie: Wenn Windparks die Strömungen welcher Nordsee bremsen

Die Nordsee soll zum „grünen Kraftwerk Europas“ ausgebaut werden. Bis zum Jahr 2050 sollen Offshore-Windparks mit einer installierten Leistung von bis zu 300 Gigawatt entstehen. Allein im deutschen Nordsee-Gebiet sind Anlagen 70 Gigawatt geplant – verglichen mit aktuell etwa acht Gigawatt. Gerade erst haben die Nordsee-Anrainerstaaten auf dem Nordsee-Gipfel umfangreiche Maßnahmen beschlossen, um durch bessere Kooperation und Investitionsanreize den Offshore-Ausbau voranzutreiben. Jetzt aber lässt eine Studie des Helmholtz-Instituts Hereon aufhorchen.

Demnach hat der massive Ausbau der Windparks absehbar erhebliche Wirkungen auf die Nordsee. Die Strömungsmuster könnten sich großräumig verändern, warnt eine Forschergruppe um den Studienleiter Nils Christiansen, die erstmals die Auswirkungen analysiert und ihr Ausmaß für das Ausbauszenario im Jahr 2050 berechnet hat. Die Arbeit der Wissenschaftler, die im Nature-Fachjournal Communications Earth & Environment vorgestellt wurde, zeigt auch Ansätze auf, wie die Risiken frühzeitig minimiert werden könnten.

In der Studie wurde untersucht, wie die sogenannten Wake-Effekte sich gegenseitig beeinflussen. Gemeint ist damit zum einen die Wirkung der Rotoren, die Windenergie entziehen und dadurch die Oberflächenströmungen beeinflussen, zum anderen auch die Wirkung der Turbinenpfeiler, die unter Wasser Hindernisse darstellen und so die Gezeitenströmungen bremsen, und die Wechselwirkung zwischen diesen Effekten. „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“, erklärt Christiansen.

Was das konkret bedeuten wird, lässt sich nicht eindeutig beantworten. Erhebliche Auswirkungen nicht nur für Umweltschutz und Fischerei, auch für den Schiffsverkehr und das Katastrophenmanagement werden erwartet. Manche andere Auswirkungen lassen sich noch nicht abschätzen. So ist unklar, ob durch die schwächere Strömung langfristig weniger Sediment Richtung Land gespült würde, erläutert Corinna Schrum. Bisher zeige sich das nicht. Das würde man mit Blick auf den Küstenschutz noch untersuchen müssen, so die Leiterin des Instituts für Küstensysteme am Helmholtz-Zentrum Hereon.

Schrum kann sich durchaus auch positive Effekte vorstellen. So könnte etwa ein ruhigerer Wellengang der Schifffahrt zugutekommen. Vermehrte Plankton-Produktion im ruhigeren Wasser könnte die Fischbestände wachsen lassen. Wobei dieser Effekt wiederum davon abhängt, in welcher Wassertiefe die Veränderung stattfindet, fügt sie ihrer Erklärung hinzu.

„Vieles ist noch nicht verstanden“, betont die Ozeanographin mit Blick auf die vielen Wechselwirkungen, zu denen weiter geforscht werden muss. Mit anderen wissenschaftlichen Einrichtungen sei man im Austausch, auch zu methodischen Fragen. Viele entscheidende Faktoren seien regional aber sehr unterschiedlich. Je nach Küstenform und Wassertiefe, Tiefenstruktur und Verwirbelung haben Windpark-Installationen andere Auswirkungen.

Gerade wegen dieser Unwägbarkeiten sollte es aber das Ziel sein, die Gegebenheiten so wenig wie möglich zu verändern, bekräftigt die Wissenschaftlerin: „Jede Hafenanlage, sogar jedes Schiff hat Einfluss. Erstrebenswert ist eine möglichst geringe Veränderung des natürlichen Zustands.“ Entsprechend sieht sich das Institut in der Pflicht, Behörden, Politik und Branchenverbände zu informieren. Dann könnten die Forschungsergebnisse letztlich auch veränderte Anforderungen an die künftige Gestaltung von Windparks nach sich ziehen.

Eine Tendenz zeigt sich dabei nach Angaben von Schrum sehr deutlich: die Störungen durch die Windparks sind umso geringer, je höher die Windräder sind und je weiter sie auseinander stehen. „Die Reduzierung des Winds passiert dann in einer höheren Schicht der Atmosphäre und wirkt sich nicht so sehr auf die Meeresoberfläche aus“, fasst sie die wissenschaftliche Erklärung zusammen.

Ist die Nordsee mit Blick auf solche Anforderungen überhaupt groß genug, um das geplante grüne Kraftwerk für Europa zu werden? „Von der Fläche her: ja“, sagt die Forscherin: „Aber ob es der Umwelt vielleicht doch zu viel abverlangt, müssen wir erst noch untersuchen.“ Im deutschen Teil der Nordsee, der einen verhältnismäßig kleinen Teil der gesamten Fläche darstellt, sind die Pläne mit einem Ausbauziel von 70 Gigawatt besonders ambitioniert. Allerdings zeigt sich hier schon die Wirkung von Abschattungseffekten, nämlich eine nachlassende Effizienz der Energiegewinnung, wenn die Windräder ungünstig nah beieinanderstehen.

Dieser Nachteil, der die Rendite der Windparkbetreiber entsprechend drückt, wird als einer der Gründe betrachtet, dass im vorigen Sommer bei der Ausschreibung von zwei Windparkflächen in der Nordsee (mit 2,5 Gigawatt Nennleistung) kein einziges Gebot bei der Bundesnetzagentur einging.

„Schon früh haben wir vor diesem extremen Industrie-Ausbau in unserer Nordsee gewarnt“, meldet sich nun Gerd-Christian Wagner, Vorsitzender der Schutzgemeinschaft Deutsche Nordseeküste zu Wort. „Wer die Energiewende auf See vorantreibt, muss auch die Folgen für Strömungen, Sedimenttransport und Ökosysteme ehrlich benennen“, ergänzt der zweite Vorsitzende Ulrich Birstein. Offshore-Windparks seien dabei nur ein Teil des Problems: „Die Industrialisierung der Nordsee schreitet in vielen Bereichen gleichzeitig voran.“

Unterwasserlärm, Müllbelastungen, Öl- und Gasförderung, Schlickverklappungen sowie der Ausbau von Rohrleitungen und Kabeltrassen durch die Nordsee und das Wattenmeer führt er an und fordert: „Wer die Nordsee schützen will, muss diese Entwicklungen endlich gesamthaft betrachten – und nicht nur einzelne Projekte genehmigen, ohne ihre Gesamtwirkung zu berücksichtigen.“ So betrachtet die Schutzgemeinschaft etwa die Speicherung und die Verpressung von CO₂ (CCS) im Nordseegrund als einen Irrweg im Bemühen um Klimaschutz und hat sich auch gegen die beantragte Gasförderung vor der Insel Borkum ausgesprochen.