Wie viele Windkraftanlagen sind optimal?

Jena - Der Ausbau der Windenergie schreitet weltweit voran. Nun haben sich Wissenschaftler mit der Frage beschäftigt, was mit dem Wind passiert, wenn immer mehr Turbinen der Luftbewegung die Energie entziehen. Sie geben vorerst Entwarnung.

Die neue Studie, die nun im Fachjournal der amerikanischen Akademie der Wissenschaften veröffentlicht wurde, hat die ersten Antworten zu dieser Frage geliefert. Die internationale Forschergruppe, geführt von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts (MPI) für Biogeochemie in Jena, hat in Simulationen mit einem Wettervorhersagemodell einen starken Bremseffekt festgestellt. Dieser habe die Energieerzeugung von großen Windparks erheblich reduziert. Allerdings treten diese Effekte erst auf, wenn „sehr viel mehr“ Anlagen installiert werden. Bis dahin besteht noch ein erhebliches Ausbau-Potenzial.

Windgeschwindigkeit sinkt erst bei „sehr viel mehr“ Turbinen
Die Forscher haben mit einem hochkomplexen Simulationsmodell gearbeitet, welches regelmäßig in der Wettervorhersage benutzt wird. Sie haben erstmalig Windparks eingebaut und deren Auswirkungen zusätzlich in die Modellrechnungen einbezogen. Angewendet wurde das Modell für den mittleren Westen der USA an, laut MPI für Biogeochemie eine der windigsten Regionen auf der Landoberfläche. Dr. Lee Miller vom MPI erläutert: “Wenn wir nur ein paar Windturbinen berücksichtigen, finden wir, was wir erwarten: mehr Turbinen erzeugen mehr Strom. Sobald wir sehr viel mehr Turbinen einführen, zeigt sich aber, dass die Windgeschwindigkeit zunehmend reduziert wird und jede Turbine weniger Energie erzeugt.” Dieses Ausbremsen des Windes führt dazu, dass nach Berechnungen der Forscher maximal etwa 1 Watt pro Quadratmeter in dieser Region erzeugt werden kann. Diese Energieausbeute liegt deutlich unter früheren Abschätzungen, die diesen Bremseffekt nicht berücksichtigten.

Windturbinen in großen Windparks erzeugen weniger Energie
Dr. Axel Kleidon, Leiter der Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Biogeochemie, erklärt diese Begrenzung der Erzeugung von Windenergie durch physikalische Betrachtungen: “Die Atmosphäre treibt die Winde nahe der Oberfläche mit erstaunlich wenig Energie an. Je mehr Windturbinen diese Energie entziehen, umso mehr wird der Wind daher gebremst. Die Kombination dieser beiden Effekte führt dazu, dass Windturbinen in großen Windparks erheblich weniger Energie erzeugen können als eine isoliert stehende Turbine.”

Grenze bis zum Bremseffekt noch lange nicht erreicht
Kleidon betont jedoch, dass die bisher errichteten Windparks wahrscheinlich deutlich unter dieser Grenze operieren. Allerdings, so meint er, kann diese Grenze beim weiteren Ausbau der Windenergie im Zuge der Energiewende in Zukunft erreicht werden. Einen ähnlichen Bremseffekt für Solarenergie, als andere alternative Energiequelle, gibt es laut Kleidon nicht, weshalb mehr Solarpanele auch zu proportional mehr Stromerzeugung führen.