Wie viel Windräder pro Fläche sind noch effizient? Gebremste Windkraft - wissenschaft.de
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Wie viel Windräder pro Fläche sind noch effizient?

Gebremste Windkraft

Windanlage
Kleiner Windpark mit mehreren Windkraftanlagen (Foto: sprisi /www.pixelio.de)
Windkraft ist eine wichtige Komponente im Strommix der erneuerbaren Energien. In vielen Regionen werden Windanlagen daher ausgebaut. Doch was passiert, wenn immer mehr Turbinen den Wind bremsen? Entziehen sie sich dann gegenseitig die Energiequelle? Forscher haben diesen Effekt nun quantifiziert.

Wind ist eine erneuerbare Energiequelle: In für Windparks geeigneten Gebieten weht er fast ständig, wenn auch nicht immer gleich stark. Den Strom gewinnen die Anlagen aus der Bewegungsenergie des Windes – sie nutzen ihn zum Antrieb ihrer Rotoren. Dabei jedoch nehmen sie dem Wind einen Teil seiner Kraft. Schon früher gab es daher Hinweise darauf, dass zu dicht aufgestellte Windräder sich gegenseitig ausbremsen.

Bremseffekt begrenzt Stromertrag

Wie stark dieser Bremseffekt ist und wie er die Erzeugung von Windstrom beeinflusst, haben nun Lee Miller vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und seine Kollegen mit Simulationen untersucht. „Man sollte nicht annehmen, dass die Windgeschwindigkeiten unverändert bleiben, wenn man viele Windkraftanlagen in einer Region installiert“, erklärt Miller.

Dabei zeigte sich: Tatsächlich lässt sich auf einer bestimmten Fläche nicht unbegrenzt viel Windstrom erzeugen. Ab einer bestimmten Leistung installierter Anlagen steigt die Menge des gewinnbaren Stroms nicht mehr weiter – weil die Windräder den Wind zu stark abbremsen. Dieser Bremseffekt kann die Windgeschwindigkeit um bis zur Hälfte senken, wie die Forscher herausfanden.

Viel mehr als 0,5 Watt pro Quadratmeer ist nicht drin

Was aber bedeutet dies für den Ausbau der Windenergie? Miller und seine Kollegen haben anhand ihrer Modelle auch errechnet, wie viel Strom aus Windkraft insgesamt weltweit pro Flächen erzeugt werden kann. Berücksichtigt man den Bremseffekt, dann ist dies fast zehnmal weniger, als es bisherige Schätzungen des Windenergie-Potenzials prognostizieren.

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Die Ergebnisse zeigen, dass auf den meisten Landflächen nur Windanlagen mit einer Kapazität von rund 0,5 Watt pro Quadratmeter installiert werden können, ohne dass der Bremseffekt zu starke Einbußen bringt. Nur auf drei bis vier Prozent der weltweiten Landoberfläche sind die Bedingungen so günstig, dass man mehr als ein Watt pro Quadratmeter erzeugen kann, wie die Forscher berichten.

Wichtig für den künftigen Ausbau

Bei größeren Flächen könnte es sogar noch bedeutend weniger sein: „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass man nicht mehr als 0,3 Watt pro Quadratkilometer einplanen sollte, wenn Flächen von mehr als 10.000 Quadratkilometer im Spiel sind“, sagen Miller und seine Kollegen. Für den weiteren Ausbau der Windenergie würde dies bedeuten, dass man wahrscheinlich auf deutlich größere Abstände zwischen den Windkraftanlagen setzen muss, um die heutige Effizienz der Windkraft auch in Zukunft zu erreichen.

„Es ist aber wichtig anzumerken, dass der derzeitige Ausbaustatus der Windkraft weit unter den hier beschriebenen Grenzen liegt“, betonen die Forscher. „Im Jahr 2914 war global eine Kapazität von 0,372 Terawatt installiert – bei landbasierten Windanlagen entspricht dies einer Senkung der Windgeschwindigkeit von durchschnittlich nur 0,05 Prozent.“ Allerdings: In einigen Regionen mit besonders dichter Verteilung von Windparks könnte sich der Bremseffekt auch schon stärker bemerkbar machen.

Quelle: Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Fachartikel: Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.1602253113

© natur.de – Nadja Podbregar
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