Umweltphysik

Wie beeinflussen Offshore-Windparks sich untereinander und das lokale Klima?

Diese Frage untersuchen Wissenschaftler von fünf verschiedenen Instituten und Firmen in Deutschland in den nächsten drei Jahren gemeinsam im Rahmen des Forschungs-Projekts „WIPAFF (Windpark-Fernfeld)“, mit Förderung vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Das Projekt

Offshore-Windparks stellen für den Wind Hindernisse auf der relativ glatten Meeresoberfläche dar, und durch die Windräder wird dem Wind Energie entzogen. Dadurch wird der Wind gebremst und die Luftunruhe (Turbulenz) erhöht. Je nach Wetterlage (Windrichtung, Temperatur der Luft und Eigenschaften der Wasseroberfläche) erholt sich die Windgeschwindigkeit manchmal erst nach 10 bis zu 100 km hinter einem Windpark wieder auf ihren ursprünglichen Wert. Zudem ist es möglich, dass Luftmassen um große Windparks herum zur Seite oder nach oben abgelenkt werden. Das wird zu Beeinflussungen der Windparks untereinander führen und es kann auch nicht ausgeschlossen werden, dass es zu Veränderungen des lokalen Klimas kommt, also bis hin zu Veränderungen der Temperatur-, Wolken- und Niederschlagsverteilung über der Nordsee und den angrenzenden Küstengebieten. In dem 3-jährigen Forschungsprojekt WIPAFF, das vor kurzem bewilligt wurde und bei dem jetzt die Unterzeichnung des Kooperationsabkommens ansteht, wird der Nachlauf von Offshore-Windparks in der Nordsee mit einer Kombination von verschiedenen Methoden untersucht werden: Detaillierte Messungen des Windfeldes, der Wetterbedingungen und der Wellen auf der Meeresoberfläche vor und hinter Windparks mit verschiedenen Geräten auf Plattformen in der Nordsee, mit einem Forschungsflugzeug und durch die Auswertung von Satellitendaten Modellierung des Windfeldes 10 – 100 km hinter großen Windparks mit numerischen Modellen unter Benutzung neuer Ansätze zur Modellierung der Windparks und unter Berücksichtigung des Seegangs Verbesserung der Modelle zur Erhöhung der Planungssicherheit durch Bewertung der Modellergebnisse und Abgleich mit den Messungen. Mit dem großflächig erfolgten Ausbau der Offshore-Windenergie in der Deutschen Bucht der letzten Jahre ergibt sich nunmehr erstmalig die Möglichkeit, die großräumigen Effekte von Windparks, die in verschiedenen Modelle bereits vorhergesagt wurden, in der Realität zu untersuchen. Die neuartigen Ergebnisse werden genutzt, um den weiteren Ausbau der Windkraftnutzung in der Nordsee zu begleiten und weitere Voraussetzungen für einen möglichst effizienten und umweltverträglichen Ausbau der Offshore-Windenergie zu schaffen.

 

Das Team

Das Projekt wird geleitet von Prof. Dr. Stefan Emeis vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK-IFU) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in Garmisch-Partenkirchen. Die Universität Tübingen wird durch die Arbeitsgruppe Umweltphysik (Prof. Dr. Jens Bange) im Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG) vertreten. Weitere Projektpartner sind das Institut für Flugführung der TU Braunschweig, das Institut für Küstenforschung am Helmholtz-Zentrum Geesthacht (Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH) und UL International GmbH (vormals DEWI Deutsches Windenergie-Institut) in Wilhelmshaven. Die Partner haben teilweise bereits früher zu ähnlichen Fragestellungen zusammengearbeitet und verfügen über langjährige Erfahrungen für solche Forschungsaufgaben. Der Beitrag der Universität Tübingen zum Projekt Die Arbeitsgruppe Umweltphysik ist verantwortlich für die direkten Messungen in der maritimen Grenzschicht. Das ist der unterster Teil der Atmosphäre, der direkt auf der Nordsee aufliegt, und bis zu einer Höhe von z.B. 1000 m direkt von dieser beeinflusst wird. Die Flugmessungen werden mit dem Forschungsflugzeug Do-128 der TU Braunschweig durchgeführt. Die AG Umweltphysik verantwortet die Messflugplanung und analysiert der atmosphärischen Turbulenz vor und hinter einem Windpark. Dabei werden besonders die Um- und Überströmungseffekte größerer Windparks betrachtet. Es geht dabei auch um die Frage, wie ein vorgelagerter Windpark einen viele Kilometer stromab positionierten Windpark beeinflusst. Die im Projekt gewonnenen Flugmessdaten werden zusammen mit den Satellitenbeobachtungen und numerischen Simulation ausgewertet. Als Ergebniss steht am Ende der Aufbau einer geeigneten Datenbank und die grafische quantitative Darstellung der Wind- und Turbulenzverhältnisse hinter off-shore Windparks. Die AG Umweltphysik ist für diese Aufgaben besonders prädestiniert, da sie über viele Jahre Erfahrung in der Erforschung der verschiedenen atmosphärischen Grenzschichten und in der Verwendung von Forschungsflugzeugen verfügt. So entwickelt und betreibt die AG ja auch die Tübinger Kleinstforschungsflugzeuge vom Typ MASC, die ebenfalls auch in der Windenergieforschung eingesetzt werden.

Das Projekt WIPAFF wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Ansprechpartner im Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (ZAG) der Universität Tübingen sind:

Jens Bange - jens.bangespam prevention@uni-tuebingen.de - 07071 29-74 714

Andreas Platis - andreas.platisspam prevention@uni-tuebingen.de - 07071-29-73121