Eine Windturbine funktioniert nach dem selben einfachen Prinzip wie auch jede Wassermühle. Vor der Mühle strömt das Wasser schnell, dahinter strömt es langsamer. Aus der Differenz bezieht man seine Energie. Das ist bei einer Windturbine nicht anders. Aber man sieht das Geschehen dort nicht so gut.

Wenn man eine Windturbine baut, kann einem diese Tatsache größtenteils egal sein. Sobald es mehrere sein sollen, wird man sich darüber mehr Gedanken machen müssen. Eine der ersten großen Windfarmen war die dänische Windfarm Horns Rev. Die besteht aus einer rechteckigen Anordnung von 80 Turbinen in 10 Reihen. Und natürlich war man von Anfang an daran interessiert, wie die Turbinen den Wind für die jeweils anderen Turbinen beeinflussen.

Dazu gibt es nun ein ganze Reihe praktischer und theoretischer Untersuchungen, aus der ich hier einmal eine repräsentativ herausgegriffen habe. Das Ergebnis ist jedenfalls ziemlich klar. Die Leistung der Turbinen fällt im Windschatten deutlich ab, je nach Windrichtung und -geschwindigkeit bis zu 40%. Das gilt für den Fall, dass der Wind genau entlang einer Reihe bläst, wenn die Richtung abweicht, wird es entsprechend weniger.

Der Effekt von Windturbinen ist dabei nicht nur eine Verlangsamung der Windgeschwindigkeit, sondern auch eine turbulentere Windströmung. Auch das ist nicht überraschend. Turbulenzen gibt es immer, wenn eine schnelle und eine langsame Luftströmung aneinander entlang strömen. (Die Viskosität der Luft ist so gering, dass es in den Größenordungen nicht zu vermeiden ist.) Und selbst wenn die Windturbine perfekt wäre und wirklich einfach nur die Luftströmung abbremsen würde, hätte man mehr Turbulenz.

Nun baut man Windturbinen aus gutem Grund auf dem Meer. Nicht nur, weil sie dort weniger Menschen stören, sondern auch weil die Windgeschwindigkeiten dort höher ist. Sie sind deswegen höher, weil es auf dem glatten Wasser weniger Störeinflüsse gibt – anders als auf dem Land. Wenn man Windturbinen auf dem Meer baut, stört man aber die Windströmung. Allerdings “erholt” sich die Strömung auch wieder, wenn man einigen Abstand zu der Störung hat.

Das liegt daran, dass in den höheren Luftschichten, wo keine Windturbinen sind, natürlich auch Wind weht. Dieser Wind überträgt dann nach und nach seine Energie wieder auf die Luft in den unteren Luftschichten. Aber so eine Übertragung ist keine Einbahnstraße. Beim Beschleunigen der langsameren Luft unten, wird natürlich auch die Luft weiter oben abgebremst. Wenn das über sehr große Flächen passiert, dann sinken irgendwo ganz allgemein die erreichbaren Windgeschwindigkeiten. Windfarmen die 10-20km Länge haben, können durchaus die Luftströmung in 1-2km Höhe beeinflussen. Auch das ist nicht überraschend, genau das passiert überall wo Luftmassen auf Kontinente und größere Inseln treffen.

Um so größer die Windfarmen werden, um so mehr wird dieser Effekt eine Rolle spielen. Allerdings sind solche Turbulenzen schwer zu berechnen. Das führt dann zu Untersuchungen wie dieser hier über den Einfluss den Windfarmen auf benachbarte Windfarmen haben und auch einen Fall bei dem ein Teil einer Windfarm erst mit einem Jahr Verzögerung gebaut wurde und man so Vergleichswerte hatte. Oder dieser Untersuchung hier, die sich hauptsächlich mit der Optimierung des Abstandes zwischen Windturbinen beschäftigt hat.

Es ist auch keine Frage, dass Windfarmen auf diese Weise einen gewissen Einfluss auf das regionale Wetter haben. Es ist aber auch keine Frage, dass dieser Einfluss klein ist. Hier hat man zum Beispiel Hinweise auf eine Erhöhung des Niederschlags von etwa 1% gefunden. Auch das ist nicht überraschend, denn Turbulenzen können zu Destabilisierung von höheren Luftschichten führen, die sich sonst noch nicht vermischen und zu Regen führen würden. Das kann natürlich nur einen Einfluss haben, wenn die Bedingungen ohnehin passend sind.

Bei Untersuchungen, die dann versuchen solche Effekte auf noch größere Windfarmen und das globale Klima zu extrapolieren, wäre ich aber vorsichtig.

Kommentare (1)

  1. #1 Radioactive Waste Man
    14. Juli 2015

    Was ich an der ganzen Geschichte mit den Windrädern so spannend finde, ist, dass man die turbulente Strömung auch ausnutzen kann, um so die Effizienz der Windräder zu steigern. Beispielsweise gibt es Untersuchungen, die zeigen, dass Windparks in großen Waldgebieten an Effizienz durchaus mit Offshore-Windparks mithalten können. Das liegt wohl daran, dass die Bäume für zusätzliche Turbulenzen sorgen, die wiederum die Luftshcichten effektiver verwirbeln. So kann dann der Wind, der Offshore über die Windräder hinweg weht, bei Windparks im Wald helfen, Strom zu erzeugen.