Hereon-Studie belegt Zusammenhang zwischen Gezeiten und Stärke der Strömungsveränderungen durch Offshore-Windkraftanlagen in der Nordsee
Windturbinen verändern die Geschwindigkeit und Richtung des durch sie durchströmenden Windes. Diese sogenannten Wirbelschleppen haben Auswirkungen bis zur Wasseroberfläche und darunter. Sie beeinflussen die Strömung und Schichtung des Wassers mit Konsequenzen für die darin lebenden Tiere und Pflanzen. Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon zeigen nun in einer neuen Studie, dass der Einfluss von Ebbe und Flut die Auswirkungen der Wirbelschleppen abschwächen kann. Ihre Ergebnisse veröffentlichte das Fachmagazin Frontiers.
Das Autoren-Team um Nils Christiansen, Doktorand am Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung, untersuchte mit Hilfe eines Computermodells, wie sich das Auftreten von Gezeiten in der südlichen Nordsee auswirkt. Dabei fanden sie heraus, dass die Gezeitenströmung einen deutlichen Einfluss auf die durch die Wirbelschleppen erzeugten Strömungen hinter den Windfarmen hat. Die Gezeitenströmungen lenken diese ab und können sie sogar umkehren. Die Ausrichtung zwischen Wind- und Meeresströmungen bestimmt dabei die Größenordnung der entstehenden Nachlaufeffekte. Im Laufe der Zeit verringern die sich periodisch verändernden Gezeitenströmungen somit die Auswirkungen der Offshore- Windenergie auf die Strömung im Meer. Im Resultat sind die Strömungsänderungen durch Offshore-Windkraft in Gebieten mit starker Gezeitenströmung nur halb so stark wie in vergleichbaren Gebieten ohne Gezeiten.
Für die Deutsche Bucht, in der die Gezeitenströmungen stark sind, bedeutet dies, dass die Auswirkungen der Wirbelschleppen hier schwächer sind als in Gebieten ohne starke Gezeitenströmung. “Die Ergebnisse liefern damit wertvolle Erkenntnisse, um die Auswirkungen von Offshore-Windkraftanlagen besser bewerten zu können und geben erste Hinweise darauf, in welchen Regionen die Auswirkungen stärker sein könnten”, sagt Prof. Dr. Corinna Schrum, Leiterin des Instituts für Küstensysteme – Analyse und Modellierung. Darauf aufbauend vermuten die Autoren, dass die Auswirkungen auf die Meeresumwelt durch Windenergieausbau in der Ostsee im Vergleich zur Nordsee deutlich stärker zu spüren sein werden, da die Gezeitenströmung hier sehr schwach ist. Ob das wirklich der Fall ist, muss aber noch durch weitere Studien belegt werden. (Quelle: Hereon News)
Lesen Sie die komplette Hereon News:
==> Ebbe und Flut mindern die Auswirkungen von Windkraftanlagen
Christiansen, N., Daewel, U., & Schrum, C. (2022): Tidal mitigation of offshore wind wake effects in coastal seas. Front. Mar. Sci. 9:1006647, doi:10.3389/fmars.2022.1006647
Abstract:
With increasing offshore wind development, more and more marine environments are confronted with the effects of atmospheric wind farm wakes on hydrodynamic processes. Recent studies have highlighted the impact of the wind wakes on ocean circulation and stratification. In this context, however, previous studies indicated that wake effects appear to be attenuated in areas strongly determined by tidal energy. In this study, we therefore determine the role of tides in wake-induced hydrodynamic perturbations and assess the importance of the local hydrodynamic conditions on the magnitude of the emerging wake effects on hydrodynamics. By using an existing high-resolution model setup for the southern North Sea, we performed different scenario simulations to identify the tidal impact. The results show the impact of the alignment between wind and ocean currents in relation to the hydrodynamic changes that occur. In this regard, tidal currents can deflect emerging changes in horizontal surface currents and even mitigate the mean changes in horizontal flow due to periodic perturbations of wake signals. We identified that, particularly in shallower waters, tidal stirring influences how wind wake effects translate to changes in vertical transport and density stratification. In this context, tidal mixing fronts can serve as a natural indicator of the expected magnitude of stratification changes due to atmospheric wakes. Ultimately, tide-related hydrodynamic features, like periodic currents and mixing fronts, influence the development of wake effects in the coastal ocean. Our results provide important insights into the role of hydrodynamic conditions in the impact of atmospheric wake effects, which are essential for assessing the consequences of offshore wind farms in different marine environments.