Große Windparks: Ihr Einfluss auf das Klima und ihre Verlässlichkeit!

Viele Befürworter der Stromerzeugung durch Windkraftanlagen behaupten, dass diese Energiegewinnung – obwohl deutlich teurer als konventionelle- deswegen vorzuziehen sei, weil diese den Strom ja schließlich klimafreundlich erzeugen würden. Das mit einer auch nur geringen Stromerzeugung durch WKA´s oder PV-Anlagen ein riesiger Landschaftverbrauch einhergeht, pfeifen inzwischen die Spatzen von den Dächern. Doch dies stört die Klimaschützer bisher nicht. Nun zeigt sich, dass es auch mit der klimafreundlichen Stromherstellung nicht weit her ist. Bekannt war bisher, dass zur Herstellung, Transport und Installation dieser Anlagen, die erzielten CO2 Einsparungen beim Betrieb häufig deutlich geringer waren, als zur Herstellung aufgewendet werden mussten. Nun zeigt sich, dass auch der Betrieb der Windkraftanlagen erhebliche Auswirkungen auf das Klima hat. Das jedenfalls zeigt eine Studie der Autoren Wang und Prinn die unser Autor Frey wie folgt zusammenfasst. „Das verblüffende Ergebnis: ..dass sich die globale Temperatur zumindest über Landgebieten um etwa 1K oder sogar noch etwas mehr erhöhen dürfte. Auch Verschiebungen der Wolken- und Niederschlagsverteilung wären danach zu erwarten. 1 K sind deutlich mehr als die gesamte Erwärmung – wenn sie denn stimmt- des vorigen Jahrhunderts.“ Aber lesen sie selbst.


Die Autoren befassen sich damit, inwiefern die Installationen sehr umfangreicher Windparks Einfluss auf das Klima haben könnten, und zwar getrennt nach Windparks an Land und auf dem Ozean.

Für diese Abschätzung wurde ein dreidimensionales Klimamodell benutzt. Dabei wurde als Annahme nicht von der Konzentration vieler Windräder an einzelnen Stellen ausgegangen, sondern dass weltweit so viele errichtet werden, dass sich der Weltenergiebedarf damit zu etwa 10% decken ließe. Das Ergebnis dieser Modellrechnungen ist überraschend: Es kommt heraus, dass sich die globale Temperatur zumindest über Landgebieten um etwa 1K oder sogar noch etwas mehr erhöhen dürfte. Auch Verschiebungen der Wolken- und Niederschlagsverteilung wären danach zu erwarten.

Interessanterweise ergab die Rechnung von Windparks in Ozeangebieten bei den Auswirkungen aber eine Abkühlung. Dies ist jedoch nicht verifizierbar, weil zu viele Annahmen auf zu unsicherer Basis gemacht werden mussten. Die Autoren mahnen an, noch bessere spezielle und realistische Parameter zu finden, um auch Ozeanwindparks besser simulieren zu können. Sie gehen davon aus, dass durch Fortschritte der Technik Windturbinen in Ozeanen bald bis zu einer Wassertiefe von 200 m installiert werden können.

Diese Parameter müssen dann noch in generelle Klimamodelle eingebracht und überprüft werden. Ein anderes angesprochenes, aber nicht näher untersuchtes Problem, das die Autoren ansprechen, ist der Umstand, dass man natürlich zusätzlich riesige Überlandleitungen bauen muss, um die Energie von den erzeugenden Windparks zu den Verbrauchern zu bringen.

Zurück zur Installation von Windturbinen auf dem Festland. Die unterschiedliche Ausdehnung, variierende Landschaftsformen und hydrologische Gegebenheiten führen zu verschiedenen, jeieils aber signifikanten Klimaeffekten. Wegen der angenommenen Nichtlinearität der Änderungen von Oberflächenstrukturen und den daraus resultierenden Effekten stellt die Auswahl geeigneter Standorte eine große Herausforderung dar. Klimaeffekte nehmen zu, je mehr Energie erzeugt wird, nehmen jedoch wieder ab, wenn die Effizienz der Energieumwandlung verbessert werden kann. Nicht berücksichtigt bei diesen Untersuchungen wurden Auswirkungen auf die Landschaft und Umwelt, auf Vögel und andere Begleiterscheinungen wie z. B. Schlagschatten und ein gewisser Lärmpegel.

Unsere Ergebnisse sind recht tragfähig. Eine Steigerung der Effizienz um 25 bis 30% hilft, die Auswirkungen auf das Klima zu reduzieren, aber nicht gänzlich zu unterbinden. Die Ergebnisse sind auch abhängig davon, wie realistisch man Landoberflächen und die atmosphärische Grenzschicht in den Modellen abgebildet hat. Weitere Untersuchungen mit alternativen Modellrechnungen einschließlich hoch auflösender Klimamodelle und dynamischen 3d-Darstellungen der Verhältnisse in Ozeanen sind erforderlich. Außerdem ist es dringend erforderlich, dass die Ergebnisse durch angemessene Feldexperimente und Messkampagnen überprüft und abgestützt werden, um noch bessere Modelle für die Simulation der Auswirkungen von Windrädern zu entwickeln.

Völlig unzureichend sind bisher auch alle Maßnahmen, die regelmäßige Verfügbarkeit von Windenergie sicherzustellen. Dieser Effekt ist in unseren Modellen nicht berücksichtigt worden. Gebraucht werden dazu herkömmliche Kraftwerke, ultralange Überlandleitungen (mit den entsprechenden Auswirkungen auf die Landschaft, A. d. Übers.) und großräumige Kapazitäten, um überflüssige Energie irgendwie zu speichern. Jede einzelne dieser Maßnahmen hat natürlich ebenfalls massive Auswirkungen auf die Umwelt.

Der Übersetzer ist Diplom-Meteorologe, Fachrichtung Synoptik. Er hat sich in seiner Studienzeit auch näher mit Klimatologie befasst. Diese Untersuchung geht jedoch in gewisser Weise über sein Fachwissen hinaus, so dass keine Gewähr übernommen werden kann, ob die fachlichen Aussagen der Autoren korrekt wiedergegeben sind. Der oben stehende Text ist eine Zusammenfassung eines hoch wissenschaftlichen Artikels, den zu bewerten Wissenschaftlern vorbehalten bleiben muss, die von Energie viel mehr verstehen.

Übersetzung der Einführung und der Zusammenfassung des Artikels

 Den Originalartikel finden Sie hier:

Große Windparks: Ihr Einfluss auf das Klima und ihre Verlässlichkeit

Potential climatic impacts and reliability of very large-scale wind

farms von C. Wang and R. G. PrinnC. Wang und R. G. Prinn

erschienen in Atmos. Chem. Phys., 10, 2053–2061, 2010

Abstract: Um den künftigen Energieverbrauch der Welt zu decken und gleichzeitig Klimaeffekte zu berücksichtigen, muss man großräumige Technologien entwickeln, die wenig oder gar kein CO2 freisetzen. Eine solche Technologie könnte die Windkraft sein, denn Wind steht verbreitet zur Verfügung. Großräumige Windparks beeinflussen jedoch massiv die Umwelt. Außerdem weht der Wind sehr unregelmäßig, und außerdem dürfen die Kosten zumindest derzeit einen gewissen niedrigen Rahmen nicht übersteigen. Um einige dieser Zusammenhänge zu untersuchen, benutzten wir ein dreidimensionales Klimamodell, um den Einfluss auf das Klima abzuschätzen. Außerdem installierten wir zahlreiche durch Windkraft angetriebene Generatoren über weiten küstennahen See- und Landgebieten. Windturbinen, die bis zum Jahr 2100 etwa 10% des Weltenergiebedarfs decken, könnte zu einer Erwärmung über +1 Grad in Landgebieten führen. Im Gegensatz dazu sollte es über Seegebieten um den gleichen Anteil kühler werden. Allerdings muss dieser Effekt auf dem Ozean noch näher untersucht werden. Es könnte sowohl signifikante Erwärmung oder Abkühlung sowohl über Land als auch auf See geben ebenso wie Änderungen der globalen Verteilung von Regenmengen und Wolken. Dies sind Folgen einmal der höheren Rauhigkeit und Verringerung der Windgeschwindigkeit in der Nähe solcher Windparks, die unterschiedliche Bodenreibung an Land und auf dem Wasser sowie die Installation parallel oder senkrecht zur vorherrschenden Windrichtung. Die Ergebnisse sind auch von der Qualität des Modells abhängig sowie von der Realität der vermuteten Funktionsweise der Windturbinen. Zusätzliche theoretische Überlegungen sowie ausgedehnte Feldmessungen sind erforderlich, um die Ergebnisse zu überprüfen. Die tägliche, monatliche und jährliche Verfügbarkeit von Windkraft, abgeleitet aus meteorologischen Beobachtungen, braucht für die Nutzung weitere Optionen, wie Energie aus normalen Kraftwerken als Backup, sehr weite, die Landschaft massiv beeinflussende Überlandleitungen sowie Möglichkeiten, Energie zu speichern. All dies vor dem Hintergrund spezieller ökonomischer und technologischer Zwänge.

Conclusions: Um den künftigen Energieverbrauch der Welt zu decken, muss man großräumig Technologien entwickeln, die wenig oder gar keine Treibhausgase freisetzen. Eine solche Technologie wäre die Windenergie. Es wurde ein dreidimensionales Klimamodell benutzt, um die Klimaeffekte zu berechnen, die durch die Installation von Windturbinen über großen Land– und Ozeanflächen entstehen. Errichtet man auf dem Festland genug dieser Turbinen, um etwa 10% des Energiebedarfs zu decken, resultiert daraus eine Erwärmung um mehr als 1 K. Signifikante Erwärmung oder Abkühlung wären Fernwirkungen solcher Installationen, und auch Verschiebungen in der globalen Verteilung von Wolken und Niederschlag wird es geben.

Dass bei der Installation in Meeresgebieten eine Abkühlung heraus kommt, ist zwar interessant, aber nicht verifizierbar, hauptsächlich wegen der unrealistisch hohen Zunahme an Reibung, um die Windenergie überhaupt heraus zu filtern. Es müssen spezielle und realistische Parameter entwickelt und gefunden werden, um die Effekte der Windturbinen über dem Ozean besser simulieren zu können. Diese Parameter müssen dann noch in Modelle der generellen Zirkulation eingebettet werden, bevor man verlässliche Ergebnisse erhält. Die Technologie von Windturbinen im Ozean mag genügend Fortschritte machen, um sie auch in Wassertiefen bis 200 m zu installieren. Voraussetzung dafür ist allerdings auch, dass es genügend Kapazität in Gestalt sehr langer Leitungen gibt, um den Transport des Stromes zu gewährleisten.

Die Installation von Windturbinen auf dem Lande, mit unterschiedlicher räumlicher Ausdehnung, Landschaftsformen und hydrologischen Gegebenheiten führt zu verschiedenen, aber vermutlich jeweils signifikanten Klimaeffekten. Wegen der angenommenen Nichtlinearität  der Änderungen von Oberflächenstrukturen und den daraus resultierenden Klimaeffekten, stellt die Auswahl geeigneter Standorte eine Herausforderung dar. Klimaeffekte nehmen zu, je mehr Energie erzeugt wird. Sie nehmen ab mit Steigerung der Effizienz der Energieumwandlung. Nicht berücksichtigt sind dabei Auswirkungen auf die Umwelt, wie z. B. auf Vögel, das Wetterradar oder auch ein gewisser Lärmpegel.

Unsere Ergebnisse sind recht tragfähig, um spezielle Turbinentechnologien zu entwickeln, die man effektiv nutzen kann. Die Steigerung deren Effizienz um 25 bis 30% hilft, die Auswirkungen auf das Klima zu reduzieren, aber nicht gänzlich zu unterbinden. Unsere Resultate sind auch abhängig davon, wie realistisch wir Landoberflächen und die atmosphärische Grenzschicht in unseren Modellen abgebildet haben. Untersuchungen mit alternativen Modellrechnungen einschließlich hoch auflösender Klimamodelle und dynamischen 3d-Darstellungen der Verhältnisse in Ozeanen sind erforderlich. Angemessene Feldexperimente und Messkampagnen, um unsere Ergebnisse zu überprüfen und um noch bessere Modelle für die Simulation von Windturbinen zu entwickeln sind ebenfalls dringend erforderlich.

Außerdem muss noch viel mehr dafür getan werden, die Verfügbarkeit der Windenergie sicherzustellen. Dies ist in unseren Modellen nicht berücksichtigt worden. Gebraucht werden dazu beispielsweise herkömmliche Kraftwerke als Backup, ultralange Überlandleitungen und Möglichkeiten, überschüssige Energie zu speichern. Jede einzelne dieser Maßnahmen hat natürlich ebenfalls massive Auswirkungen auf die Umwelt und/oder die bestmögliche Technologie.

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6 Kommentare

  1. Die Realität frisst sich durch. Im neuen Spiegel
    werden die Kosten eines neuen Netzes einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Das
    Sahnehäubchen des Berichts ist das Eingeständnis,
    dass Wind und Sonnenenergie schwankend sind und
    dieses Jahr das Potential erreichen, durch kurzfristige Überproduktion das Netz grossflächig
    zusammenbrechen zu lassen.-Kostenlos natürlich!
    Michael Weber

  2. Lieber Herr Steger,

    „how many years can a mountain exist
    Before it’s washed to the sea ?“
    Geht von selbst.

    Um auf die Kostenfrage einzugehen:

    Folgenden Kommentar fand ich hier:

    „Lediglich ein wenig Brennstoff, Kernbrennstoff 0,5c/KWh, Braunkohle 1c/KWh, Steinkohle 2c/KWh werden eingespart. Der Wert des Windstroms liegt demzufolge bei etwa 1c.“

    Das ist Betriebswirtschaft?!

    Empfehlung:
    Schierenbeck Henner.:
    Grundzüge der Betriebswirtschaftslehre, 12. Auflage, R.Oldenburg Verlag München, Wien
    Seite 181, Betriebliche Leistungsprozesse.

    Die zukünftigen Investitions- und Betriebkosten hängen auch von Ihrer konstruktiven Kreativität ab. Die Energie ist umsonst!

    Die Dampfmaschine von James Watt hatte nicht mal 1% Wirkungsgrad. Heute ist der Wirkungsgrad des Wandlungsprozesses deutlich über 5000% mehr. Das hatte James Watt sicher nicht für möglich gehalten. Statt 100kg Kohle nur noch 2 kg Kohle, vielleicht sind es auch nur 500g!

    MfG
    Paul Gogo

  3. @#2: Werter Herr Gogo,
    im fünften Schritt müssen wir dann die Alpen „plattmachen“. In fast jedem Wetter-Satellitenbild ist zu sehen, welch großen Widerstand die Alpen den Luftströmungen entgegensetzen. Zum Üben könnten wir ja mit den Mittelgebirgen anfangen.

    Zu Ihrer Schlussbemerkung: „… Wind kostet auch weiterhin nichts …“.
    Warum ist dann die Nutzung dieser und anderer „erneuerbarer“ Energieformen so unwirtschaftlich? Liegt es daran, daß es zwischen „umsonst“, „kostenlos“ und „wirtschaftlich“ Unterschiede gibt?

  4. Ist das der Erste Teil einer neuen Kampagne über man made global warming (AGW)?

    Im 1. Schritt waren die Windräder dran.
    Es wird eine Reduzierung der kinetischen Windenergie um 175 TWh/Jahr proklamiert bei einem gesamten Weltenergieverbrauch (nicht näher spezifiziert) von 119 TWh/Jahr (2002)!!!!!
    Allerdings wird der Atmosphäre auch lokal kinetische Energie entzogen, nämlich die, welche in elektrische Energie umgewandelt wird“.
    Wenn der Wirkungsgrad der Propeller zukünftig ansteigt, kann es dann zu einer lokalen Abkühlung der Atmosphäre kommen (ab Wandlungswirkungsgrad >50%)?

    Wird es im 2. Schritt gegen die windgetriebenen Fahrzeuge gehen.
    Man bedenke all die Segelboote weltweit, hunderttausende, welche die kinetische Windenergie in Wärme und in kinetische Energie des Bootes umwandeln, das wiederum direkt das Wasser erwärmt.

    Sind im 3. Schritt die Gebäude dran?
    Gut, dass es davon nicht viele gibt.
    Alle Bauwerke bremsen den Wind und erwärmen dadurch lokal die Luft.
    Abbruch aller Häuser über 3 Stockwerke Höhe? Reicht das?

    Spätesten im 4. Schritt ist die Vegetation dran.
    Vor allem die Bäume, bremsen den Wind. Einige wurden sogar deshalb gepflanzt. Sie erwärmen dadurch die Luft. Ersatz aller Bäume durch Büsche. Ersatz aller Büsche durch Gräser……

    Als vorletzte trifft es die Radfahrer und schliesslich die Fussgänger, die sich aufrecht gegen den Wind stemmen und dadurch die Atmosphäre erwärmen.

    Wohin geht eigentlich die kinetische Energie des Windes wenn sich kein Fussgänger dagegen stemmt?
    Werden sich die globale Windgeschwindigkeiten erhöhen, wenn die Kampagne erfolgreich war? Wird dann dieselbe kinetische Windenergie in Wärme umgewandelt?
    Über welchen Energieanteil am gesamten globalen Energiefluss spricht man überhaupt? Liege ich mit der Einheit ppm richtig?

    Zwei Fakten nehme ich mit. Wind kostet auch weiterhin nichts und Segelfahrzeuge können noch schneller werden, wenn die Wirkungsgrade der Propeller ansteigen.

    Paul Gogo

  5. Die im Artikel angesprochenen Aspekte sind meines Erachtens theoretisch. Es wird versucht ein Klima zu retten, welches eigentlich gar nicht zu retten ist, weil es nicht bedroht ist.

    Die Windstromeinspeisung in Deutschland schwankt entsprechend den Launen des Wetters beliebig zwischen 0 u. 20.000MW. Strom kann demzufolge keine Kraftwerke ersetzen und keine allgemeinen Betriebskosten ersetzen, da die Betriebsmannschaft im Kraftwerk sitzt um dieses bei nachlassendem Wind hochzufahren. Lediglich ein wenig Brennstoff, Kernbrennstoff 0,5c/KWh, Braunkohle 1c/KWh, Steinkohle 2c/KWh werden eingespart. Der Wert des Windstroms liegt demzufolge bei etwa 1c.

    Die Windstromeinspeisung wird gem. EEG mit 9,7c/KWh (Land) und 15.5c/Kwh (See) subventioniert.

    Der Bau einer Windmühle an Land verschlingt etwa den 37 – fachen Aufwand eines umweltfreundlichen Kernkraftwerks. Bei Meereswindmühlen ist das Verhältnis noch krasser. Wahrscheinlich bedarf es mehr Energie Windmühlen auf dem Meer zu errichten und zu betreiben als diese je an Energie erzeugen.

    Die Windenergie wird aus rein religiösen Gründen in Deutschland propagiert. Nüchtern betrachtet ist diese nutzlos, umweltschädlich und extrem teuer.
    Eine Analyse hierzu findet man auf meiner Homepage http://www.oekoreligion.npage.de

    Vandale
    r Windstrstille ung desselben .

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