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Verändert der Klimawandel die Windausbeute?

© Alexander Dreher/pixelio.de

| Kira Crome |

Mit dem sich wandelnden Klima verändern sich die Windverhältnisse auf der Erde. Was das für die Erträge aus der Windstromerzeugung bedeutet, beschäftigt die Forschung. Muss sich deshalb die Planung von Windparks hierzulande künftig an veränderte Klimabedingungen anpassen? Dieser Frage gehen Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Windenergiesysteme in einem Verbundforschungsprojekt nach.

Stürmische Winter, windstille Sommer – in den letzten Jahren verzeichnen Meteorologen immer häufiger extreme Wetterlagen. Für die Betreiber von Windenergieanlagen bedeutet stark wechselhaftes Wetter schwankende Stromerträge. Ob sich die Windverhältnisse infolge des Klimawandels hierzulande langfristig nachhaltig ändern werden, beschäftigt deshalb die Klimaforschung. Anders als die Wetterbeobachtung, die kurzfristige Wettertrends voraussagt, richten Klimatologen ihren Blick auf die globale Wetterentwicklung. Sie beschreiben mit ihren statistischen Modellen das durchschnittliche Wetter über einen langen Zeitraum hinweg. Forscher der University of Colorado im US-amerikanischen Boulder hatten mit ihren Berechnungen 2017 für Schlagzeilen gesorgt. Schon in den kommenden Jahrzehnten könnte das Windenergiepotenzial auf der Nordhalbkugel sinken, lautete ihre Schätzung. Die Ertragsminderungen könnten je nach Klimaszenario beispielsweise in den zentralen USA zwischen 14 und 18 Prozent liegen.

Forschungsgruppen in Deutschland gaben jedoch Entwarnung. Einerseits konnte die Studie für Europa keinen eindeutigen Trend ausmachen. Andererseits seien die prognostizierten Veränderungen nicht signifikant. „Dies ist in etwa die Unsicherheit, von der wir zurzeit ohnehin ausgehen, wenn es um Einflüsse wie gegenseitige Abschattungen von Windparks, Unkenntnis der Höhe künftiger Anlagengenerationen und ähnlichem geht“, erklärte Detlev Heinemann, Leiter der Arbeitsgruppe Energiemeteorologie des Instituts für Physik an der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg. Berücksichtigt werden müsse auch die technologische Entwicklung. Die Studie hatte mit vergleichsweise geringen Nabenhöhen von 80 Metern gerechnet. „Die Anlagen werden größer, höher, und – wenn es denn sein muss – auch mehr. Dies beantwortet auch die Frage nach der Auswirkung für Europas Klimaziele beziehungsweise Stromversorgung: Sie ist voraussichtlich sehr gering.“

Windarmes Frühjahr lässt Windstromerträge einbrechen
Die Frage, ob die Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien in den kommenden Jahrzehnten häufiger mit extremen Wetterlagen wie Stürmen und Dunkelflauten rechnen muss, bleibt für die Klimaforschung eine interessante Frage. Dieses Frühjahr war nach den zurückliegenden Erzeugungsrekorden vergleichsweise windarm. Fast ein Drittel weniger Strom aus Windenergie wurde im ersten Quartal 2021 erzeugt, teilte das Statistische Bundesamt jüngst mit. Kohle und Erdgas wuchsen nach Angaben der Behörde zu den wichtigsten Energieträgern im Land. Die Windstrom-Einspeisung erreichte mit 33,5 Milliarden Kilowattstunden den niedrigsten Wert für ein Frühjahr seit 2018. In den Jahren 2019 und 2020 hatten starke und lange anhaltende Frühjahrsstürme zu deutlich mehr Windstrommengen geführt.

Klimaforscher am Fraunhofer Institut für Windenergiesysteme (IWES) und am Climate Service Center Germany (GERICS) beschäftigen sich nun mit der Frage, inwieweit sich der Klimawandel auf die hiesigen Windverhältnisse auswirken wird und was die klimatischen Veränderungen für die Planung von neuen Standorten für Windenergieanlagen bedeuten. „Im Projekt KliWiSt wollen wir zentrale Fragestellungen für eine genauere Projektierung von Windparks untersuchen: Welche Schwankungen im Ertrag sind in Zukunft durch den Klimawandel in Deutschland zu erwarten? Sind diese Klimaschwankungen schon heute in den Standortgutachten genau genug berücksichtigt und wie sollten diese durch den Klimawandel bedingten Änderungen sinnvoll in Ertragsgutachten der Zukunft berücksichtigt werden?“, erklärt Projektkoordinator Martin Dörenkämper vom Fraunhofer IWES.

Dafür wollen die Klimaforscher bestehende Klimamodelle ergänzen und erstmals neue für die Windenergienutzung relevante Daten darin integrieren.

Forscher entwickeln neues Klimamodell
Bislang nutzt die Klimaforschung für ihre Prognosen Klimamodelldaten, die vor allem auf die Veränderung von Temperatur und Niederschlag sowie Extremwerte fokussieren. Um Aussagen über die mögliche Entwicklung von Windverhältnissen in bestimmten Regionen treffen und voraussichtliche Energieerträge berechnen zu können, dienen meist historische Windmodelldaten und Messdaten als Grundlage, die in die Zukunft projiziert werden. Das Problem an dieser Vorgehensweise: Die herangezogenen Daten aus der Vergangenheit könnten durch die zwischenzeitliche Entwicklung des Klimawandels überholt sein. Außerdem setzen Klimamodelle erst in der Zeit nach 2050 an. Sie berücksichtigen jedoch nicht bereits früher eingetretene Veränderungen von Windrichtung und -stärke. „In Ertragsprognosen für Windparks spielen diese Überlegungen bisher höchstens durch eine veränderte Unsicherheitsabschätzung eine Rolle, obwohl die Betriebsphase derzeit geplanter Windparks bis oft auch über das Jahr 2050 hinaus reichen wird“, sagt Dörenkämper. Die Klimaveränderungen machten es erforderlich, die bestehenden Berechnungsgrundlagen für die Windenergieplanung zu überprüfen.

Standortplanung an absehbare Klimaveränderungen gezielter anpassen
Hier wollen die Klimaforscher ansetzen. Sie integrieren historische Winddaten und auf die kommenden 50 Jahre projizierte Daten zur klimatischen Veränderung des Windes, um das Windpotenzial zu beschreiben. In ihre Projektionen wollen sie auch andere ertragsrelevante Aspekte, wie zum Beispiel den klimawandelbedingten Einfluss auf Flugbedingungen von Fledermäusen und Zugvögeln einfließen lassen. Ebenso Parameter wie das Vereisungsrisiko.

Solche Klimaprojektionen dienen nicht dazu, präzise vorherzusagen, wie sich die Windenergieerträge in bestimmten Regionen konkret verändern werden. Was sie leisten, ist: Sie liefern Anhaltspunkte für eine klimatische Entwicklung unter dem Vorzeichen eines weiter voranschreitenden globalen Klimawandels. Die Ergebnisse der neuen Klimaprojektionen sollen helfen, neue Unsicherheiten durch den Klimawandel für die Windenergieerträge genauer abzuschätzen. Aus diesen robusteren Prognosen wollen die Klimaforscher schließlich konkrete Handlungsempfehlungen für die Standortplanung ableiten. Die Windparkplanung könnte von diesen Ergebnissen profitieren und heute bereits absehbare Veränderungen durch den Klimawandel künftig besser berücksichtigen.