Windkraft: so umweltfreundlich wie eine Müllkippe?

Wir lieben es, Fragen zuzuspitzen.

Gestern haben wir eine Korrelation zwischen der deutschlandweiten Verteilung von Windturbinen und der Trockenheit der Böden publiziert und die Frage gestellt, ob es Theorien und daraus abgeleitete Hypothesen gibt, die den Schluss nahelegen, dass Windturbinen die Trockenheit in Böden befördern.

Das Ergebnis dieser Frage ist eine rege Diskussion auf ScienceFiles, Facebook und Twitter, über die wir uns freuen, zumal es nicht einfach ist, eine informierte Diskussion im Land der Grünen Denkblockierer, die immer genau wissen, was richtig und wie es richtig ist, anzustoßen.

Aus den vielen Anregungen und Hinweisen, die zwischenzeitlich vorgetragen wurden und hier nachgelesen werden können, haben wir ein Extrakt erstellt, das wir im Folgenden mit ein paar Forschungsergebnissen ergänzen wollen, die wir selbst zusammengetragen haben.

Zunächst zur Modell-Umgebung.

Die Antwort auf die Frage, ob Windturbinen sich auf das lokale Klima bzw. den Feuchtigkeitsgehalt von Böden auswirken, muss natürlich Randbedingungen in Rechnung stellen. Die wichtigsten Randbedingungen scheinen uns der vorhandene Wind (Intensität, Häufigkeit, Dauer), die Niederschlagsmenge und die Bodenbeschaffenheit zu sein. Von allen dreien geht ein Effekt auf das lokale Klima und den Feuchtigkeitsgehalt der Böden aus. Ein Leser hat in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass u.a. perforierte Ackerböden oder Sandböden den Abfluss von Regenwasser erleichtern.

Auf diesen Randbedingungen setzt das Fundament von Windturbinen auf. Zwischenzeitlich haben wir uns darüber kundig gemacht, welche Mengen an Beton und Stahl in die Fundamente von Windturbinen verbaut werden. Die Mengenangaben, die man im Netz findet, schwanken erheblich. Die besten Angaben haben wir hier gefunden, denn sie zeigen auch, dass die Menge an Stahl und Beton von der Art der Windturbine abhängig ist. Der Umfang der Flächenversiegelung, der durch Windturbinen herbeigeführt wird, hängt somit von der Art der Windturbine ab.

Quelle

Ausgehend von diesen Randbedingungen ist ein Hinweis eines Lesers, der uns über Twitter erreicht hat, interessant: Wir stellen ihn hier zur Diskussion:

Nun zur Forschung, die es zu der Frage gibt, ob sich Windparks auf das (lokale) Klima auswirken.

Vorab, wie so oft, muss man sich als Wissenschaftler wundern, wie wenig es zu einem so elementaren Thema, wie dem Umwelteinfluss von Windkraftanlagen an Forschung gibt. Das wenige, das es gibt, kommt zu dem Ergebnis, dass Windparks mindestens das lokale Klima verändern. Forschung aus Schottland, die Armstrong et al. (2016) veröffentlicht haben, scheint den derzeitigen Stand am besten abzubilden:

„This research demonstrates that effects of wind turbines on ground-level microclimate could have implications for biochemical processes and ecosystem carbon cycling. Consequently, improved measurements and modelling approaches are needed to determine the true carbon balance of wind energy that includes the effect of altered ground-level microclimates”.

Während um uns herum überall Windparks entstehen und man auch in Wales begonnen hat, die Aussicht mit diesen Ungetümen zu zerstören, steckt die Forschung zu den Auswirkungen dieser mehr oder weniger ineffizienten Technologie noch in den Startlöchern. Die normative Kraft des Faktischen, die auch als politischer Wille bezeichnet wird, obwohl es bestenfalls der Wille der stärksten Lobbygruppe ist, sie schafft Fakten bevor die Folgen der Fakten überhaupt bekannt sind.

Das wenige, das es gibt, zeichnet folgendes Bild.

Die bereits angesprochene Studie von Armstrong et al. (2016) kommt zu dem Ergebnis, dass die nächtliche Lufttemperatur, die Oberflächen und die Bodentemperatur durch Windturbinen erhöht wird. Zudem steigt die Luftfeuchtigkeit. Dieser Effekt kann direkt unter Windturbinen und hinter Windturbinen für eine relativ kurzen Strecke gemessen werden. Armstrong et al. (2016) haben ihre Ergebnisse durch den Vergleich von Temperatur und Luftfeuchtigkeit während des Betriebs und während des Stillstands von Windturbinen gewonnen und kommen mit diesem Design dem optimalen Design, das natürlich darin besteht, Temperatur und Feuchtigkeit vor und nach dem Bau von Windparks für die Baustelle und deren direkte Umgebung zu messen, sehr nahe.

By Dirk Ingo Franke – photo taken by Dirk Ingo Franke, CC BY-SA 2.0 de, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=96419

Die normative Kraft des Faktischen oder die Hyperaktivität von Politikern, die immer schon tun, bevor sie wissen, hat weitgehend verhindert, dass es Daten gibt, die ein solches Design ermöglichen.

Weitgehend, aber nicht vollständig:

Zhou et al. (2013) haben für Texas und unter der Verwendung von Temperaturmessungen durch Satelliten zeigen können, dass sich die Bodentemperatur direkt unter Windturbinen um bis zu 0,5 Grad Celsius erhöht. Abermals ist der Effekt lokal und reicht wenig über den unmittelbaren Bereich des Windparks hinaus.

Angesichts des Fehlens von Daten, die es erlauben, Temperaturen und Feuchtigkeit vor und nach dem Bau von Windparks zu vergleichen, bieten sich Computermodelle an, in denen thermodynamische Effekte ebenso in Rechnung gestellt werden, wie die Sonnenstrahlung oder die Wechselwirkungen zwischen Elementen als Methode, den Effekt von Windturbinen auf das (lokale) Klima zu berechnen.

Hier haben vor allem David Keith et al. (2004) bahnbrechende Arbeit geleistet. So konnten sie zeigen, dass sehr große Windfarmen nicht nur das lokale Klima beeinflussen, sondern darüber hinaus das Klima der Erde als Ganzes. Temperaturunterschiede von 0,5 Grad Celsius als Folge von Windfarmen haben sie in ihren Modellen berechnet, wobei die Temperaturunterschiede sich je nach Ort als Anstieg oder Rückgang darstellen.





Auch Keith et al. (2004) kommen abschließend zu dem Ergebnis, dass zu wenig Daten und Forschung vorhanden sind, um den Effekt von Windturbinen abschließend zu bestimmen:

„Our analysis suggests that the climatic impacts of wind power may be nonnegligible, but they do not allow a detailed quantitative evaluation of the climatic changes induced by extraction of wind power. Further research is warranted on the local effects of current wind farms on surface climate and boundary-layer meteorology, as well as on the development of better parameterizations of wind farms in large-scale models.”

Dem Mangel an Daten sind Kirk-Davidoff und Keith (2007) in einer weiteren Studie begegnet. Dieses Mal können sie nicht nur zeigen, dass Windparks die Intensität und Häufigkeit von Wind beeinflussen, sie können auch zeigen, dass die Bodenbeschaffenheit und dessen Temperatur durch die Windparks beeinflusst wird, und zwar nicht nur lokal, sondern global.

“The results of our model experiments demonstrate that the addition of surface roughness anomalies can have a noticeable impact on model surface climate. This impact occurs as a consequence of changes in the surface and tropospheric wind fields. Slowing of the zonal wind over the roughened region yields stationary wave patterns of divergence and convergence that are associated with meridional and vertical wind anomalies that in turn affect temperature advection and cloud fraction. These changes in turn affect the surface heat budget, resulting in the observed temperature anomalies. In addition to these explanatory findings, we have also shown that the climate impact of the roughness anomalies scales with their horizontal extent as well as with their roughness. This scaling occurs both because the amplitude of the barotropic response scales with the horizontal scale of the wind farm, and because the penetration of the wind anomaly from the surface increases with horizontal scale.”

By Peter Haas, CC BY-SA 3.0 at, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=29802232

Die Ergebnisse von Keith et al. (2004) sowie Kirk-Davidoff und Keith (2007) nach denen große Windparks die lokalen Klimata durch eine Erhöhung der Temperatur und eine Veränderungen der Luftfeuchtigkeit beeinflussen, wurden u.a. von Fiedler und Bukowski (2011) sowie Wang und Prinn (2010) bestätigt. Auch Vautard et al. (2014) bestätigen diese Ergebnisse und berechnen in ihrer Arbeit, wie sich die bis 2020 in der Europäischen Union installierten Windparks auf das Klima in der Europäischen Union auswirken. Wir geben die Ergebnisse, die Vautard et al. nicht ohne den Hinweis veröffentlicht haben, dass die gefundenen, relativ geringen Effekte auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit natürlich größer werden, wenn die Menge installierter Windturbinen steigt, zum Ende dieses Textes in der grafischen Form, die sie bei Vautard et al. (2014) gefunden haben, wieder.

Als Fazit kann man feststellen, dass es als gesichert gelten kann, dass Windparks das lokale Klima verändern. Sehr große Windparks oder viele Windparks haben zudem einen Effekt auf das globale Klima. Die Ergebnisse basieren zumeist auf Simulationsmodellen, wobei die Studie von Zhou et al. (2013), die auf Vergleichsdaten zurückgreifen konnte, die in den Simulationsmodellen gefundenen Ergebnisse bestätigt. Politiker haben durch ihren Aktivismus Fakten geschaffen und verhindert, dass Wissenschaftler die Folgen, die von Windparks auf das lokale und globale Klima ausgehen, auf Basis von Beobachtungsdaten bestimmen können. Einmal mehr ist hektisches Handeln an die Stelle einer besonnenen Abwägung von Kosten und Nutzen getreten. Einmal mehr wird sich am Ende herausstellen, was der normale Menschenverstand, den man bei vielen Politikern heute vergeblich sucht, sagt: Dinge haben nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile. Außerhalb der ideologischen Welt, die vornehmlich Grüne zu bewohnen scheinen, ist das die Normalität.

Wir sind gerade dabei, die Nachteile von Windturbinen zu entdecken. Hoffen wir, dass es kein böses Erwachen geben wird.


Armstrong, A. et al. (2016). Ground-level climate at a peatland wind farm in Scotland is affected by wind turbine operation. Environmental Research Letters 11(4): 044024.

Keith, D.W., DeCarolis, J.F., Denkenberger, D.C., Lenschow, D.H., Malyshev, S.L., Pacala, S. &  Rasch, P.J. (2004). The influence of large-scale wind power on global climate. Proceedings of the National Academy of Sciences 101(46): 16115-16120.

Kirk-Davidoff, Daniel B., & David W. Keith (2008). On the climate impact of surface roughness anomalies. Journal of the Atmospheric Sciences 65(7): 2215-2234.

Fiedler, B. H. & Bukowsky, M. S. (2011). The effect of a giant wind farm on precipitation in a regional climate model. Environmental Research Letters 6(4): 045101.

Vautard, R., Thais, F., Tobin, I., Bréon, F.M., De Lavergne, J.G.D., Colette, A., Yiou, P. & Ruti, P.M. (2014). Regional climate model simulations indicate limited climatic impacts by operational and planned European wind farms. Nature communications5: 3196.

Wang, C., & Prinn, R. G. (2010). Potential climatic impacts and reliability of very large-scale wind farms. Atmospheric Chemistry and Physics 10(4): 2053-2061.

Zhou, L., Tian, Y., Roy, S.B., Dai, Y. and Chen, H. (2013). Diurnal and seasonal variations of wind farm impacts on land surface temperature over western Texas. Climate dynamics 41(2): 307-326.


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