Offshore-Windparks verändern die Nordsee: Simulationen zeigen grundlegend neue Strömungsmuster
Der massive Ausbau der Offshore-Windenergie wird die Nordsee großräumig verändern. Forschende des Helmholtz-Zentrum Hereon haben erstmals simuliert, wie sich Wind- und Gezeiten-Nachläufe der Bauwerke langfristig auswirken werden, und sind dabei auf gravierende Änderungen von Strömung, Sedimenten und Ökosystemen gestoßen.
Bis zum Jahr 2050 soll sich die installierte Offshore-Windleistung in der Nordsee mehr als verzehnfachen. Was das physikalisch für das Meer bedeutet, wurde bisher offenbar nur ansatzweise verstanden. Ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrum Hereon hat nun erstmals die langfristigen Auswirkungen auf die Hydrodynamik der Nordsee untersucht. Im Mittelpunkt der Studie standen sogenannte Nachlaufeffekte.
Offshore-Windkraftanlagen entziehen der Atmosphäre Bewegungsenergie und beeinflussen dadurch Luftströmungen sowie oberflächennahe Meeresströmungen. Unter Wasser bremsen die Fundamente der Anlagen die Gezeitenströmungen ab und erzeugen turbulente Wirbel hinter den Bauwerken. Diese Nachlaufeffekte von Wind und Gezeiten überlagern sich dann.
Ungeahnte Wechselwirkungen
Bisher wurden atmosphärische und ozeanische Effekte meist getrennt betrachtet. Die Arbeitsgruppe um den Geophysiker Nils Christiansen vom Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung hat nun beide Prozesse gemeinsam untersucht. Grundlage war ein Ausbauszenario der Offshore-Windenergie bis 2050. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Communications Earth & Environment veröffentlicht.
Die Simulationen zeigen deutliche Veränderungen insbesondere in der Deutschen Bucht. Strömungsgeschwindigkeiten nehmen ab, Frequenzen verschieben sich.
– Nils Christiansen, Geophysiker, Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung
Die Folgen betreffen nicht nur einzelne Standorte. Vielmehr könnten sich großräumige Veränderungen im Sedimenttransport ergeben.
Strömungen bestimmen, wo Sand und Schlick abgelagert oder abgetragen werden. Auch die Durchmischung des Meerwassers hängt maßgeblich von ihnen ab. Das wiederum prägt das marine Ökosystem. Änderungen könnten Nährstoffverteilungen, Sauerstoffgehalte und Lebensräume beeinflussen.
Darüber hinaus sind genaue Strömungsvorhersagen grundlegend für Schifffahrt, Katastrophenschutz, Umweltmanagement und Fischerei. Wenn sich Muster systematisch verschieben, müssen auch Modelle und Prognosesysteme angepasst werden. Die Studie liefert dafür wichtige Grundlagen.
Frühzeitige Planung notwendig
Neben den möglichen Langzeiteffekte untersuchen die Forschenden auch, wie sich das Risiko minimieren lässt. Entscheidend seien demnach mehrere Faktoren, etwa der Abstand zwischen einzelnen Windkraftanlagen, die räumliche Anordnung der Windparks sowie lokale Gezeitenbedingungen. All diese Stellschrauben beeinflussen, wie stark sich letztlich die Turbulenzen überlagern.
Die Simulationen zeigen auch, dass größere Abstände zwischen den Turbinen die Überlagerung gezeitenbedingter Wirbel deutlich reduzieren könnten. Dadurch verringert sich die Durchmischung des Wassers – was bereits in früheren Hereon-Studien im Zusammenhang mit größeren Turbinen und atmosphärischen Effekten festgestellt wurde. Die neuen Ergebnisse könnten somit als Grundlage für eine nachhaltige Planung dienen. Optimierte Parklayouts könnten die physikalischen Veränderungen begrenzen.
„Gleichzeitig müssen wir verstehen, wie unterschiedliche Arten von Offshore-Installationen und die Größe der Turbinen die Nordsee beeinflussen“, sagt Christiansen. Nur dann könnten die Wissenschaftler Gesellschaft und Wirtschaft fundierte Informationen liefern und Maßnahmen entwickeln, um potenzielle Risiken frühzeitig zu minimieren.
Quellenhinweis:
Christiansen, N., Daewel, U. & Schrum, C. (2026): Cumulative hydrodynamic impacts of offshore wind farms on North Sea currents and surface temperatures. Communications Earth & Environment, 7, 164.