Offshore-Windparks in der Nordsee könnten bis 2050 die Strömungen regional und teils großräumig messbar verändern, besonders in der Deutschen Bucht. Das zeigen langfristige Simulationen des Helmholtz-Zentrum Hereon, veröffentlicht in Nature Communications Earth & Environment. Anlass ist ein politisch gewolltes Ausbau-Szenario, nach dem sich die Offshore-Windkraftleistung in der Nordsee bis 2050 mehr als verzehnfachen soll. In diesem Setting greifen Rotoren und Fundamente zugleich in Windfeld und Tidenstrom ein, weshalb die Oberflächenströmung in Spitzenwerten sinkt und sich Richtung sowie Frequenz verschieben können. Als zentralen Risikofaktor beschreibt das Modell große Windpark-Cluster, weil sich Effekte über einzelne Parks hinaus ausbreiten. Die Hauptfolgen betreffen Prognosen für Schifffahrt, Küstenschutz und Offshore-Betrieb, außerdem können Sedimenttransport und Durchmischung marine Prozesse verändern.
Strömungen verändern sich – Muster reicht über Windparks hinaus
Das Team am Helmholtz-Zentrum Hereon simulierte die langfristigen hydrodynamischen Folgen eines realistischen Ausbaupfads bis 2050, jedoch nicht nur für Luft oder Wasser getrennt. Stattdessen kombinierte die Arbeitsgruppe um den Geophysiker Dr. Nils Christiansen beide Ebenen in einem gekoppelten Modell. Genau dort liegt der Kern, denn Offshore-Anlagen verändern die Atmosphäre über dem Meer, währenddessen verändern sie zugleich die Bewegung im Wasser.
Die Simulationen zeigen laut Studie ein „neues, fein strukturiertes Strömungsmuster“. Christiansen sagt: „Unsere Simulationen zeichnen ein neues, fein strukturiertes Strömungsmuster, das nicht nur innerhalb der Windparks zu beobachten ist, sondern sich auch über die Nordsee ausbreiten kann – mit einer Verlangsamung der Oberflächengeschwindigkeiten um bis zu 20 Prozent in einem Ausbauszenario für 2050“. Damit bleibt es nicht bei lokalen Effekten, sondern die Dynamik kann sich regional fortsetzen.
Warum Rotoren und Fundamente die Gezeitenströmung verschieben
Rotoren entziehen dem Wind kinetische Energie, außerdem erzeugen sie hinter jedem Park Nachlaufeffekte. In diesen Bereichen sinkt die Windgeschwindigkeit, zugleich ändert sich die Turbulenz. Das wirkt auf die Meeresoberfläche, weshalb sich der Impuls verändert, den der Wind in das Wasser einträgt.
Unter Wasser kommen die Fundamente hinzu. Monopiles oder Jacket-Konstruktionen stehen wie Hindernisse im Tidenstrom, deshalb bremsen sie lokal die Gezeitenströmung. Gleichzeitig erzeugen sie Wirbel und Turbulenzen, wodurch sich die Bewegung um die Bauwerke herum neu organisiert. Technisch steigt der Strömungswiderstand, und das Wasser weicht seitlich aus.
Folgen für Sedimente, Durchmischung und Ökosysteme
Eine Verlangsamung um bis zu 20 % ist kein kosmetischer Messwert, sondern verschiebt Prozesse im System. Strömungen transportieren Sedimente, außerdem mischen sie Wasserschichten und verteilen Nährstoffe. Wenn diese Transporte kippen, reagieren Lebensräume und Nahrungsketten empfindlich.
Ändert sich die Durchmischung, können sich Temperatur- und Salzgehaltsgradienten verschieben, währenddessen kann auch die Sauerstoffverteilung mitkippen. In flachen Schelfmeeren wie der Nordsee steuert die vertikale Durchmischung viele biologische Abläufe. Deshalb kann schon eine systematische, wiederkehrende Änderung ökologische Signale setzen.
Navigation, Ölunfall-Szenarien, Küstenschutz: Modelle müssen nachziehen
Strömungsmodelle fließen in Navigationssysteme ein, außerdem stützen sie Ölunfall-Szenarien, Küstenschutz-Planungen, Fischerei-Entscheidungen und Offshore-Baustellen. Wenn Windpark-Cluster die Hydrodynamik verändern, müssen Prognosen diese Eingriffe berücksichtigen, sonst steigen Unsicherheiten in der Praxis. Besonders kritisch wird das dort, wo Strömungen für Routenplanung, Driftprognosen und Baufenster entscheidend sind.
Die Studie ordnet die Ergebnisse zugleich ein. Es geht nicht um Alarmismus, denn die absoluten Änderungen liegen im Rahmen natürlicher Schwankungen. Doch sie treten systematisch auf, außerdem addieren sie sich mit wachsender Ausbauleistung. Genau diese Kombination macht sie für Planung und Betrieb relevant.
Planung als Hebel: Abstände, Standorte und Gezeitenbedingungen
Die Simulation deutet an, dass sich Effekte steuern lassen. Entscheidend sind Turbinenabstand, Standortwahl und lokale Gezeitenbedingungen, währenddessen spielt auch die Ausrichtung zur Hauptströmungsrichtung eine Rolle. Größere Abstände reduzieren die Überlagerung von Turbulenzen, deshalb sinkt die zusätzliche Vermischung des Wassers.
Christiansen betont den Doppelauftrag aus Ausbau und Risikoverständnis: „Offshore-Windenergie ist ein wichtiger Bestandteil der Energiewende und der Dekarbonisierung. Gleichzeitig müssen wir verstehen, wie sich verschiedene Arten von Offshore-Anlagen und die Größe der Turbinen auf die Nordsee auswirken. Nur so können wir der Gesellschaft und der Wirtschaft fundierte Informationen liefern und Maßnahmen entwickeln, um potenzielle Risiken frühzeitig zu minimieren.“ Damit wird klar: Der Ausbau gilt als machbar, jedoch braucht er eine Planung, die Meeresdynamik als Mitfaktor behandelt. (KOB)
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