Mehr Turbinen, weniger Energie      

Windstrom ist auf dem Vormarsch. Aber was passiert, wenn immer mehr Turbinen der Luftbewegung Energie entziehen? Das untersuchte jetzt ein internationales Team um Forscher des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena. Die Wissenschaftler arbeiteten mit einem komplexen Simulationsmodell, wie es auch für die Wettervorhersage benutzt wird. Erstmals bauten sie zusätzlich Windparks und deren Auswirkungen in das Modell ein.

Windräder sollten Abstand zueinander halten (Foto: Panthermedia)

Damit berechneten sie die Situation im mittleren Westen der USA, im Bundesstaat Kansas, einer der windigsten Zonen auf der Landoberfläche. “Wenn wir nur ein paar Windturbinen berücksichtigen“, beschreibt Erstautor Dr. Lee Miller, „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 nach den Berechnungen der Forscher dazu, dass er in Kansas maximal rund ein Watt elektrischer Leistung pro Quadratmeter liefern kann – deutlich weniger, als frühere Abschätzungen ergaben, die diesen Bremseffekt nicht berücksichtigten. Forschungsgruppenleiter Dr. Axel Kleidon erklärt: “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.”

Kleidon betont jedoch, dass die bisher errichteten Windparks wahrscheinlich weit unter dieser Grenze arbeiten. Allerdings könne sie künftig beim weiteren Ausbau der Windenergie erreicht werden. Eine Studie des Umweltbundesamts zum „Potenzial der Windenergie an Land“ zum Beispiel hält es für theoretisch möglich, die in Deutschland installierte Leistung von heute 38 auf 1200 Gigawatt zu steigern. 14 Prozent der Landesfläche würden dafür gebraucht. Dies entspräche installierten 23 und – Flauten und windschwache Zeiten berücksichtigt – tatsächlichen 7 Watt pro Quadratmeter: Wohl viel zu optimistisch, so Kleidon, angesichts der Ergebnisse für das windreiche Kansas.

ef/ph/imi

Originalveröffentlichung:
Lee M. Miller et al.: Two methods for estimating limits to large-scale wind power generation. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 8.9.2015, Band 112, Nr. 36, Seite 11169–11174.