Windenergie

Angst vor der Flaute

Von Piotr Heller
 - 10:14

Der Windstromindustrie geht es eigentlich blendend. Der Global Wind Energy Council hat ausgerechnet, dass im Jahr 2016 installierte Leistung der Windkraftanlagen auf der Welt um fast 13 Prozent gestiegen ist. Im Jahr davor war es sogar noch etwas mehr. Doch eine Studie von Forschern der University of Colorado könnte der Branche zumindest auf den ersten Blick die Stimmung vermiesen. In der aktuellen Ausgabe von „Nature Geoscience“ berichtet das Team, dass der Klimawandel den Turbinen in unseren Breitengraden den Wind aus den Rotorblättern nehmen könnte.

Die Forscher haben für ihre Arbeit zehn globale Klimamodelle ausgewertet. Mit deren Prognosen für zukünftige Temperaturen, Luftdrücke und Winde untersuchten sie dann das Potential für die Windenergie in einigen Regionen der Welt. Dabei fiel ihnen ein Ungleichgewicht auf: Während auf der Nordhalbkugel die Erträge wegen des Klimawandels zurückgehen dürften, könnten sie in südlichen Gefilden steigen. In Zahlen ausgedrückt, bedeutet das: In den Vereinigten Staaten könnte das Potential der Windenergie bis zur Mitte des Jahrhunderts um 14 Prozent sinken. Rechnet man das bis zum Ende des Jahrhunderts weiter, könnten die Einbußen sogar bei 20 Prozent liegen. Für Japan, die Mongolei und Teile des Mittelmeerraums sagt die Analyse ebenfalls weniger Wind voraus.

Im Norden Flaute, im Süden windiger

Der Grund dafür liegt laut den Forschern in den Mechanismen, welche die weltweiten Luftbewegungen steuern. Auf der Nordhalbkugel ist dabei der Temperaturunterschied zwischen dem kalten Nordpol und dem warmen Äquator ein wichtiger Faktor. Er sorgt für unterschiedliche Luftdrücke, und die führen zu Wind. Durch den Klimawandel – das legen die Modelle nahe – wird sich die Polregion schneller aufheizen als der Äquator. Dadurch wird der Temperaturunterschied kleiner, und es bläst weniger Wind.

Auf der Südhalbkugel, die von deutlich mehr Wasser bedeckt ist, erwarten die Forscher einen anderen Effekt. Weil sich die Landmassen schneller erwärmen werden als die umliegenden Meere, könnten sich die Temperaturunterschiede dort vergrößern, was etwa in Brasilien oder dem Norden Australiens bis zum Ende des Jahrhunderts zu 40 Prozent mehr Wind führen könnte. Die Frage ist, was das für die Stromerzeugung aus Windenergie bedeutet. Wird sich die Branche auf den Klimawandel einstellen müssen?

Ein Mast in Colorado in ein bisschen wenig

Bevor man das beantwortet, sollte man die Verlässlichkeit der Prognose prüfen. In dem Punkt haben einige Experten nämlich so ihre Zweifel. Eine Schwäche der Studie ist, dass die Wissenschaftler ihre Modelle nur mit einem realen Windmast überprüft haben, der in Boulder, Colorado, steht. Daniela Jacob, die Direktorin des Hamburger „Climate Service Center Germany“, kritisiert das als „wissenschaftlich unzureichend“. Ein weiterer Kritikpunkt ist die zeitliche Auflösung: Die Klimamodelle spucken für die Windgeschwindigkeiten lediglich monatliche Mittelwerte aus, wodurch die gesamte Studie die Erträge unterschätzt. Diese Schwäche räumen die Forscher selbst ein.

Auch was die Vorhersage für Europa anbelangt, müssen sie zugeben, dass ihre Studie gar keine Antworten liefert: Manche der zehn verwendeten Modelle sagen voraus, dass die Erträge aus der Windenergie zunehmen werden, andere liefern gegenteilige Ergebnisse. Und so kommen die Wissenschaftler selbst zu dem Schluss, dass die globalen Modelle zu unsicher sind, um wirklich vorherzusagen, wie sich die Erträge in den einzelnen Regionen verändern werden. Doch die groben Ergebnisse könnten zumindest als Anhaltspunkte dafür herhalten, welche Gegenden man in Zukunft mit präziseren Vorhersagen genauer untersuchen sollte.

Dass präzisere, besser aufgelöste Daten nötig sind, sagt auch Bruno Burger, der am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme forscht. Dort hat er zwar nicht direkt mit Windenergie zu tun, beschäftigt sich aber viel mit dem richtigen Energiemix der Zukunft, und da spielt der Wind eine wichtige Rolle. „Die Studie ist für eine globale Betrachtung wichtig, aber viel zu grob, um daraus irgendwas für Deutschland abzuleiten“, sagt Burger.

Die Nordsee fällt schon mal durchs Raster

Tatsächlich rechnen die Forscher aus Colorado mit einem Raster von etwa 100 Kilometern. Zum Vergleich gibt Burger zu bedenken, dass sich die deutschen Windkraftanlagen in der Nordsee alle etwa in einem Quadrat von 100 Kilometern Seitenlänge befänden. Und allein in diesem kleinen Gebiet hätten manche Anlagen eine doppelt so große Windausbeute wie andere. „Da wegen ein paar Prozent Unterschied wegen des Klimawandels zu diskutieren ergibt einfach keinen Sinn“.

Für eine deutschlandweite Planung des richtigen Mix aus Sonnen- und Windenergie spielen Betrachtungen zum Klima aber sehr wohl eine Rolle. In einer detaillierteren, jedoch nur auf Europa fokussierten Studie sind Hamburger Forscher zu dem Ergebnis gekommen, dass die Erträge der Windenergie in der Nordsee durch den Klimawandel im Sommer abnehmen, im Winter jedoch zunehmen könnten. „Das würde uns bei der Energiewende entgegenkommen, denn dann könnte man den Windstrom im Winter zum Heizen nutzen“, sagt Burger. Im Sommer könnte man dann auf Solarenergie ausweichen. Hier sei es noch interessant zu erfahren, ob der Klimawandel auch zu mehr Sonnenstunden im Sommer führen könnte, sagt der Energieexperte. Das müssten andere Studien untersuchen.

Keine Windparkplanung berücksichtigt den Klimawandel

Bei der Planung einzelner Windparks spielen die Einflüsse des Klimawandels heute jedoch noch keine Rolle, sagt Detlev Heinemann von „ForWind“, dem Zentrum für Windenergieforschung der Universitäten Oldenburg, Hannover und Bremen. „Wenn die Industrie den Klimawandel als wichtige Randbedingung ansähe, dann würde sie uns zu dem Thema fragen“, sagt der Energiemeteorologe. Doch solche Anfragen gebe es kaum. Daher liegt die Vermutung nahe, dass die Industrie kein Interesse an dem Thema hat.

Das hat mehrere Gründe. Zum einen gibt es – wie die aktuelle Studie auch gezeigt hat – derzeit keine verlässlichen Modelle, die den Einfluss des Klimawandels auf die Windverhältnisse der nächsten Jahrzehnte vorhersagen könnten. „Ich persönlich glaube auch nicht, dass solche Modelle in nächster Zeit sichere Ergebnisse liefern werden“, sagt Heinemann. Zum anderen konzentriert sich die Forschung heute auf regionale Effekte, die zwar nichts mit dem Klimawandel zu tun haben, aber dafür wahrscheinlich einen größeren Einfluss haben werden.

Die Windgeneratoren verändern selbst den Wind

Auch Heinemann zieht als Beispiel die Nordsee heran. „Wir wissen noch nicht exakt, wie der Bau von Windparks in der Nordsee die regionalen Windverhältnisse beeinflussen wird“, sagt er. Wenn man einzelne Anlagen betrachtet, kann man heute schon recht gut beschreiben, wie sie die Luft hinter sich verändern und damit andere Turbinen beeinflussen. Bei ganzen Windparks ist dieses Zusammenspiel jedoch viel komplexer. Grundsätzlich könne man auch das relativ gut berechnen, aber es komme immer wieder zu schwierigen Situationen, sagt Heinemann. „Es gibt Fälle, da ergeben Berechnungen für einzelne Anlagen in Windparks, dass sie durch ihre Position etwa fünf Prozent weniger Wind abbekommen als die anderen.“ Im tatsächlichen Betrieb habe sich dann herausgestellt, dass die Anlagen dennoch volle Leistung lieferten. Das zeigt, welche Wissenslücken es derzeit noch in der Berechnung von Windkraftanlagen gibt – die Unsicherheiten durch den Klimawandel fallen da deutlich geringer aus.

Außerdem ist das Klima etwas, das sich langsam ändert, während sich die Industrie vergleichsweise schnell entwickelt. „Im Jahr 2050 wird von den heutigen Anlagen so gut wie gar nichts mehr stehen“, sagt Heinemann. Das liegt nicht nur daran, dass die heutigen Turbinen bis dahin verschlissen sein werden. Allein aus wirtschaftlicher Sicht werden sie auf etwa 25 Jahre ausgelegt. Danach lohnt es sich, neue und effizientere Anlagen zu bauen. Bei diesen kurzen Zeiträumen sind Klimaänderungen kein drängendes Problem.

Auch ist heute nicht klar, wie das Stromsystem im Jahr 2050 aussehen wird. „Wahrscheinlich wird es bis dahin Speichertechnologien geben, die uns weiterhelfen“, sagt Heinemann. Außerdem werden die Anlagen bis dahin größer und höher sein als heute. Turbinen, die dem jetzigen Stand der Technik entsprechen, haben einen Rotordurchmesser von 154 Metern und liefern acht Megawatt Leistung. Die nächsten Generationen könnten Durchmesser von mehr als 200 Metern erreichen und das Dreifache an Leistung bringen. Diese Maschinen werden, da ist sich Detlev Heinemann sicher, mögliche Einbußen durch den Klimawandel kompensieren können. Damit würde die Ingenieurskunst eine ziemlich pragmatische Antwort auf die Unwägbarkeiten des Klimas liefern.

Quelle: F.A.S.
  Zur Startseite
Ähnliche ThemenKlimawandelColoradoNordseeUniversity of Colorado