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Alternative Energien: Windparks als Klimaanlagen?

Allerorten sprießen einzelne Windräder und große Windenergieparks im Binnenland und an der Küste Deutschlands aus dem Boden. Ihre Befürworter preisen sie als Beitrag zum Klimaschutz, die Gegner verurteilen sie als unsichere Energiequelle und „Verspargelung“ der Landschaft. Nun liefert die Forschung neue Munition für beide Seiten.
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Die Windenergie, so die einen, ist einer der Hoffnungsträger sauberer Energiegewinnung. Sie ist in ihrer Erzeugung emissionsfrei und trägt somit nicht zum Treibhauseffekt bei. Ihr gegenwärtiger Anteil an der Stromproduktion ist allerdings auch in Deutschland noch relativ bescheiden und nicht unbegrenzt auszuweiten. Windkraft, so die Gegenmeinung, führt zu Lärmbelästigungen durch die Rotoren, Beeinträchtigungen des Landschaftsbildes und zu hohe Kosten. Kann die Forschung diesen Streit beilegen?

Abgasfreie Energieerzeugung soll den Klimawandel mit seinen steigenden Temperaturen wenn nicht verhindern, so doch immerhin abmildern. Sehr große Windparks aber erwärmen das Land – zumindest in ihrem unmittelbaren Umfeld. Zu diesem scheinbaren Paradoxon kommen Somnath Baidya Roy von der Universität Princeton und seine Kollegen anhand von Computermodellen [1]. Tagsüber nehmen Windfarmen keinen nachweisbaren Einfluss auf ihre Umgebung, denn die Sonneneinstrahlung und Aufheizung führen zu einer turbulenten Durchmischung der bodennahen Atmosphäre.

Nachts aber greifen die Rotoren nachhaltig in das örtliche Klima ein: Unter normalen Bedingungen sollte kühle Luft eigentlich absinken und sich über der Bodenoberfläche sammeln, während wärmere Luftmassen aufsteigen. Im Bereich der Windflügel kommt es nun jedoch zu einer zusätzlichen Verwirbelung der hier relativ stetig wehenden Winde. Die verstärkten Turbulenzen durch die Rotoren erhöhen die vertikale Durchmischung der Luftschichten. Dadurch gelangen auch nachts wärmere Luftpakete mit höherer Windgeschwindigkeit wieder in Bodennähe.

Folglich erhöht sich dort die durchschnittliche Lufttemperatur um 2 Grad Celsius nachts und 0,7 Grad Celsius im Tagesverlauf. Die Auswirkungen auf die Vegetation und die Tierwelt im Umkreis der Windfarmen sind noch unklar. Allerdings dürfte die Verdunstung zunehmen und damit der Wasserstress größer werden, so geben die Wissenschaftler zu bedenken.

Während diese Ergebnisse wohl Wasser auf die (Wind)Mühlen der lokalen Gegner der Windenergie sein dürften, bieten die Ergebnisse des Teams um David Keith von der Universität Calgary eher Munition für die globale Diskussion [2]. Die Forscher berechneten mit verschiedenen Computermodellen, welche Auswirkungen insbesondere große Windanlagen auf das Klima der Kontinente haben. Allgemein erhöhen Windräder den Reibungswiderstand des Erdbodens: Je mehr Masten entstehen, desto höher dieser Widerstand und desto größer der Energieverlust des Windes. Die hunderte oder tausende Turbinen in Großanlagen entziehen den großräumigen Luftströmungen derart viel kinetische Energie, dass sie den turbulenten Luftmassenaustausch in der Atmosphäre verändern – zumindest in den verschiedenen Simulationen von David Keith.
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Beeinflussen große Windparks das Klima? | Beeinflussen große Windparks das Klima? Computermodelle von David Keith, Universität Calgary, zeigen, dass große Windparks das Klima auf Kontinenten durchaus beeinflussen können. Große Windfarmen werden in naher Zukunft in vielen Gebieten Nordamerikas, Europas und Ostasiens entstehen (schwarze Umrahmungen). Sie beeinflussen artmosphärische Windströmungen derart, dass die Winter in Nordamerika im Schnitt zwei Grad Celsius wärmer, in Europa dagegen etwa zwei Grad Celsius kälter werden könnten. Insgesamt führen sie zu einer Abkühlung der Arktis, die aber von der globalen Klimaerwärmung im Ganzen überlagert wird, so dass in der Summe der Treibhauseffekt in der Arktis etwas weniger stark ausfallen könnte. Diese Ergebnisse werden von beiden Simulationsmodellen erzielt.


Der erhöhte Reibungswiderstand verlangsamt im Modell die Winde in den mittleren Breiten und verschiebt die allgemeine Westwindströmung um einige Grad in Richtung des Nordpols. Schon ein höherer Widerstand auf den zehn Prozent der Erdoberfläche, auf denen zukünftig große Windenergieanlagen Teil der Landschaft sein könnten, greift nachweisbar in die globale Zirkulation ein.

Dies sind aber nur scheinbar schlechte Nachrichten, wie die Forscher konstatieren. Nach ihren Berechnungen bleibt die Abwandlung der weltweiten Durchschnittstemperaturen vernachlässigbar. Aber diese Zahl ist ohnehin wertlos; sie erlaubt kaum verwertbare Rückschlüsse. Interessanter sind dagegen die Daten für Nordamerika und Europa. Megawindparks führen hier zu einer zusätzlichen jahreszeitlichen Zu- oder Abnahme der Temperaturen um mindestens zwei Grad Celsius. Europäische Winter sollen dadurch kälter, amerikanische dagegen wärmer werden. Die Forscher sehen dies in Zusammenhang mit dem Transport von warmer Luft aus den Tropen in Richtung Arktis. Dieser würde über Nordamerika erleichtert, die Temperaturen steigen. Über Europa käme es zu Behinderungen, es wird frostiger. Die Arktis hätte nach diesem Modell überwiegend eine Temperaturerniedrigung zu erwarten.

Alle gegenwärtig geläufigen Berechnungen der Klimaforschung zeigen eine im weltweiten Maßstab überdurchschnittlich hohe Erwärmung der Arktis im Vergleich zu den mittleren Breiten oder den Tropen, dem Eisbären wird das Eis entzogen. Die Ergebnisse von David Keith und seinen Kollegen deuten jedoch einen umgekehrten Einfluss durch die Windparks an. Ihre Wirkung kühlt die polaren Gebiete ab und heizt die gemäßigten Breiten auf. Diese Abkühlung kann den gesamten globalen Einfluss des Treibhauseffekts nicht überlagern, ihn aber zumindest ein wenig abmildern.

Vor den Küsten Deutschlands sollen bereits die ersten richtig großen Windparks gebaut werden. Was bedeuten also diese neuen Erkenntnisse? Werden sie lokal die Temperaturen anheizen, wie die Ergebnisse von Somnath Baidya Roy nahe legen? Oder tragen sie dazu bei, die arktische Erwärmung abzumildern, wie es zumindest das noch sehr theoretische Modell von David Keith prognostiziert? Bis das geklärt ist, könnten technische Fortschritte die Simulationen vielleicht zur Makulatur machen. Neue Turbinenmodelle entkräften aber auch manches Argument der Windenergiegegner, denn sie erhöhen die Energieausbeute und verursachen dabei fast keine Turbulenzen mehr. Entscheidend bleibt letztlich die Reduzierung der Kohlendioxidwerte durch die Windenergie: Sie bringt indirekt weit mehr Nutzen, als dass sie durch ihre direkte Klimabeeinflussung schaden könnte. Windkraftgegnern wird zumindest mit diesem Argument etwas der Wind aus den Segeln genommen.
09.11.2004

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 09.11.2004

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