Offshore-Windparks könnten Niederschläge verändern
Offshore-Windparks sind ein wichtiger Baustein der Energiewende. Die Europäische Union plant, die Offshore-Windkapazität in der Nordsee bis 2050 massiv auszubauen. Eine Studie des Helmholtz-Zentrums Hereon zeigt nun, dass ein sehr weitreichender Ausbau die regionale Niederschlagsverteilung beeinflussen könnte: Während die Niederschläge über dem Meer zunähmen, könnten sie in Küstenregionen abnehmen. Die Untersuchungen liefern umfassende Ergebnisse möglicher regionaler Klimaauswirkungen künftiger Offshore-Windparks – die immer im Einklang mit der Umwelt geplant werden müssen, so die Forschenden. Die Studie erschien im Fachjournal Communications Earth & Environment.
Windkraftanlagen könnten Klimaauswirkungen haben und müssen daher gut geplant werden. Foto: Hereon/Sabine Billerbeck
Forschende des Hereon-Instituts für Küstensysteme – Analyse und Modellierung nutzten das hochauflösende regionale Klimamodell COSMO-CLM, um verschiedene technische Ausbauszenarien der Offshore-Windenergie zu simulieren. Grundlage waren Wetterdaten aus den Jahren 2008 bis 2017. Durch die Betrachtung eines Jahrzehnts lassen sich Mittelwerte für die atmosphärische Dynamik über Wetterlagen hinweg bestimmen und Schwankungen einzelner Jahre reduzieren. Auf diese Weise können langfristige mögliche Effekte bestimmt werden. Die Simulationen umfassen bestehende und potenzielle künftige Windparkgebiete in Nord- und Ostsee.
Dabei berücksichtigten die Forschenden unter anderem auch die Auswirkungen von Windkraftanlagen auf Windgeschwindigkeit, Luftdurchmischung und Feuchtigkeitstransport. Ziel war es, die grundlegenden atmosphärischen Prozesse besser zu verstehen, die durch große Offshore-Windparkflächen ausgelöst werden könnten. „Unsere Arbeit trägt dazu bei, den weiteren Ausbau der Offshore-Windenergie in Europa mit den Anforderungen des Klima-, Umwelt- und Küstenschutzes in Einklang bringen zu können“, sagt Dr. Naveed Akhtar, Erstautor der Studie.
Ein bewusst extremes Ausbauszenario
Die Simulation in der Studie entspricht einem rein technischen Szenario, das über die tatsächlichen derzeitigen Ausbauziele der Europäischen Union hinausgeht. Berücksichtigt wurden sämtliche Flächen in Nord- und Ostsee, die für eine mögliche Offshore-Windenergienutzung ausgewiesen sind. Für diese Flächen wurde ein maximaler Ausbau angenommen. Dadurch ergäbe sich eine Leistung, die deutlich über den diskutierten Ausbauzielen von 300 GW bis 2050 liegt. (Anmerkung der Redaktion vom 25.08.2026: Sämtliche Flächen von Nord- und Ostsee, die für eine Nutzung ausgewiesen sind, entsprächen einer Leistung von rund 600 GW.)
Die Forschenden wählten dieses Szenario, um Klimaeffekte deutlich sichtbar zu machen und deren Größenordnung abzuschätzen. Hintergrund: Noch ist unklar, welche Flächen tatsächlich bebaut werden und wie sich die politischen Zielvorgaben verändern.
Niederschlag verändert sich
Planungsstatus von Offshore-Windparks (OWFs) im Modellgebiet, das für die technischen Szenarien der Simulationen verwendet wurde (4C Offshore, https://map.tgs4c.com/offshorewind, 2023): Die farblich markierten Polygone kennzeichnen Flächen, die für die drei Szenarien heutiger Zustand (orange), geplanter Ausbau bis 2030 (blau) und langfristiger angenommener Ausbau (grau) genutzt werden. Der langfristig angenommene Ausbau (grau) wurde für das Extrem-Szenario berücksichtigt. Grafik: Hereon/Naveed Akhtar
Die Ergebnisse zeigen, dass ein massiver Ausbau zu einer Zunahme der Niederschläge über den Offshore-Windparkgebieten führen könnte, während in angrenzenden Küstenregionen die Niederschläge abnehmen würden. Der grundsätzliche Effekt entsteht, weil Windkraftanlagen dem Wind einen Teil seiner Bewegungsenergie entziehen und gleichzeitig die Luftströmungen verwirbeln. Hinter den Anlagen entstehen starke Unterschiede in der Luftbewegung, die einen verstärkten Austausch zwischen Luftschichten bewirken. Feuchte Luft kann dadurch aufsteigen, abkühlen und kondensieren. Die Folge sind Wolkenbildung und Niederschläge über den Windparks. Gleichzeitig verändert sich der Transport von Feuchtigkeit in Richtung Küste. Wenn Luftmassen über den Windparkgebieten verstärkt Niederschlag abgeben würden, stünde in den Küstenregionen weniger zur Verfügung. Für Teile Dänemarks, Deutschlands, der Niederlande und Großbritanniens ergeben die Simulationen Rückgänge der Küstenniederschläge von bis zu 15 Prozent.
Langfristige Wetterstatistik statt Einzelereignisse
Diese Schlussfolgerungen können die nachhaltige maritime Raumplanung unterstützen und die grenzüberschreitende Zusammenarbeit in der Nord- und Ostseeregion stärken. Frühere Hereon-Studien zeigten, dass unter anderem die Größe, Anordnung und der Abstand von Windkraftanlagen einen wichtigen Einfluss auf atmosphärische Effekte haben können.
Künftige Arbeiten sollten Ausbauszenarien untersuchen und analysieren, wie etwa Turbinendichte, Parkgröße und räumliche Verteilung das regionale Klima beeinflussen. Darüber hinaus wollen die Forschenden die Auswirkungen auf Ozean und Ökosysteme weiter untersuchen.
Fazit der Studie
- Untersucht wurden Ausbaupfade für Offshore-Windenergie für 2023, 2030 und 2050+ (siehe Grafik)
- Die Szenarien für 2023 und 2030 zeigen nur geringe Auswirkungen auf die Niederschlagsverteilung
- Die genannten 10 bis 15 % weniger Niederschlag beziehen sich auf ein Maximal- bzw. Obergrenzen-Szenario, dabei wird angenommen, dass alle ausgewiesenen Offshore-Windflächen weitgehend genutzt werden
- Deutliche Effekte treten erst im großflächigen Ausbau nach 2050 auf
- Laut den Forschenden handelt es sich nicht um die wahrscheinlichste Entwicklung, sondern um eine angenommene technische Obergrenze
Offshore-Windenergie: Hereon-Forschung für eine nachhaltige Energiewende
Die Offshore-Windenergie ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Das Hereon verbindet Küstenforschung, Umwelt- und Materialwissenschaften, Modellierung sowie die Entwicklung Digitaler Zwillinge zu einem ganzheitlichen Forschungsansatz und ist damit ein wichtiger Partner für Wirtschaft, Behörden und Politik.
Ein Schwerpunkt der Forschung liegt darauf, Offshore-Windparks gut zu planen und zu optimieren. Mithilfe umfangreicher Datensätze sowie moderner Mess- und Simulationsverfahren analysieren die Forschenden Wind-, Wetter- und Meeresbedingungen sowie die Wechselwirkungen zwischen Windparks, Atmosphäre und Meer. Ferner entwickelt das Hereon Werkstoffe für die Speicherung von Energie und den Korrosionsschutz – um die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern, den Wartungsaufwand zu reduzieren und die kritische Infrastruktur zuverlässiger zu machen.
Die Erkenntnisse stützen die Standortbewertung, den effizienten Betrieb und die Ertragsoptimierung von Offshore-Anlagen. Damit schafft die Hereon-Forschung wissenschaftliche Grundlagen für einen nachhaltigen Ausbau in Nord- und Ostsee.
Spitzenforschung für eine Welt im Wandel
Das Ziel der Wissenschaft am Helmholtz-Zentrum Hereon ist der Erhalt einer lebenswerten Welt. Dafür erzeugen rund 1000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Wissen und erforschen neue Technologien für mehr Resilienz und Nachhaltigkeit – zum Wohle von Klima, Küste und Mensch. Der Weg von der Idee zur Innovation führt über ein kontinuierliches Wechselspiel zwischen Experimentalstudien, Modellierungen und künstlicher Intelligenz bis hin zu Digitalen Zwillingen, die die vielfältigen Parameter von Klima und Küste oder der Biologie des Menschen im Rechner abbilden. Damit wird interdisziplinär der Bogen vom grundlegenden wissenschaftlichen Verständnis komplexer Systeme hin zu Szenarien und praxisnahen Anwendungen geschlagen. Als aktives Mitglied in nationalen und internationalen Forschungsnetzwerken und im Verbund der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt das Hereon mit dem Transfer der gewonnenen Expertise Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bei der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft.
Kontakt und weiterführende Links
Wissenschaftler
Institut für Küstensysteme - Analyse und Modellierung
Tel.: +49(0)4152-87 1009