Windkraft im Auftrieb

Um das maximale theoretische Windpotenzial auf der Erde zu bestimmen, entwickelten die Wissenschaftler ein komplexes 3D-Modell der Atmosphäre der Erde. Anhand dieser Simulation berechneten sie die extrahierbare Windenergie in einer Höhe von 100 Metern über dem Boden – der Nabenhöhe der meisten herkömmlichen Windkraftanlagen, die auf dem Land und in sogenannten Offshore-Windparks auf See bereits im Einsatz sind. Darüber hinaus untersuchten sie die möglichen Auswirkungen des Bremseffektes der Turbinen auf den Wind und die damit verbundenen Effekte auf das Klima.

Frühere Untersuchungen hatten nahegelegt, dass Windparks schnell ihre Leistungsgrenzen erreichen würden, denn Windenergie ist nicht unerschöpflich: Jede Wind-Turbine verlangsamt die Windgeschwindigkeit und verringert damit die Antriebskraft für die nachfolgenden Anlagen in einem Windpark. Deshalb steigt die Menge an geernteter Energie nur so lange proportional zur Anzahl der Turbinen, bis ein Sättigungspunkt erreicht ist. Jenseits davon können zusätzliche Rotoren die Leistung nicht mehr erhöhen. Die Simulationen von Archer und ihren Kollegen deuten nun allerdings darauf hin, dass eine optimale Verteilung von Windkraftanlagen trotzdem hohe Leistungen sichern könnte.

Den Forschern zufolge könnten vier Millionen Turbinen an verschiedenen geeigneten Standorten der Erde unterm Strich etwa 7,5 Terawatt erzeugen – mehr als genug, um die Hälfte des zu erwartenden Strombedarfs der Weltbevölkerung im Jahre 2030 zu decken. Zwei Millionen Turbinen würden im Rahmen dieses Szenarios dem Wind die Energie auf See entreißen, die andere Hälfte würden die Forscher in windreichen und kaum besiedelten Regionen der Erde installieren. Dafür wären etwa 0,5 Prozent der Erdoberfläche nötig. Das entspricht der Hälfte der Fläche des US-Bundesstaates Alaska. Auch Wüstengebiete würden sich gut eignen, prinzipiell sei aber auch ein Einsatz auf landwirtschaftlich genutzten Flächen möglich. Das gesamte Windkraft-Potenzial sei grundsätzlich aber noch weit größer: Den Forschern zufolge ist genügend Windenergie zugänglich, um den Energiebedarf des Menschen problemlos zu decken.

Die Simulationen zu den Auswirkungen der Windenergieanlagen auf Oberflächentemperaturen, Wasserdampf, atmosphärische Zirkulationen und andere klimatische Faktoren zeigen nur geringe Effekte. “Alles hat seinen Preis, aber der ist bei der Windenergie vergleichsweise gering?, sagt Archer. “Unsere Ergebnisse zeigen, dass es keine grundlegenden Hindernisse für die Energieversorgung der Menschheit aus Windkraft gibt?, ergänzt Mark Jacobson von der Stanford University. In der Umsetzung entsprechender Projekte stecken allerdings vermutlich noch viele Hürden. Wegen der Unstetigkeit des Windes kann die mit Windenanlagen gewonnene elektrische Energie beispielsweise nur im Verbund mit anderen Energiequellen oder mit Speichern für eine kontinuierliche Energiebereitstellung genutzt werden. Diese Strukturen müssten im Zusammenhang mit den großflächigen Windanlagen ebenfalls entstehen.