Der Einfluss des Klimawandels auf die Windkraft

Der Klimawandel stellt die Windstromproduktion in Europa vor große Herausforderungen. Eine Studie des KIT prognostiziert große regionale Unterschiede und zeitliche Schwankungen, die zu einer erhöhten Unbeständigkeit der Windstromerzeugung führen können.

Strom aus erneuerbaren Energiequellen liefert schon heute einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung in Europa und Windkraft hat sich als vielversprechende erneuerbare Energiequelle erwiesen. Im Zuge der Energiewende soll in Deutschland der Anteil regenerativer Energien in den nächsten Jahren weiter ausgebaut werden. Allerdings unterliegt die Windstromproduktion stark sowohl kurzzeitigen Wetterschwankungen wie auch dem Klimawandel. Unerlässlich ist es deshalb, auch den Einfluss des Klimawandels auf die europäische Windenergieproduktion zu untersuchen. Mit Hilfe von regionalen Klimaprojektionen, die auf zeitlich und räumlich besonders hochaufgelöste Klimamodelldaten zurückgreifen, kann genau das gelingen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität zu Köln untersucht, wie sich die Windgeschwindigkeiten und damit das Potential der Windstromerzeugung in Europa bis zum Ende dieses Jahrhunderts entwickeln könnten.

Zunehmende Variabilität der Windstromerzeugung besonders für Nord-, Mittel- und Osteuropa

Die Auswertungen der Wissenschaftler zeigen zunächst, dass für den gesamten europäischen Kontinent bis zum Ende des 21. Jahrhunderts nur geringfügige Änderungen (zumeist ein schwacher Rückgang) in der mittleren Windstromproduktion zu erwarten sind. Diese liegen im Bereich von +/- 5%. Für einzelne Länder wie Spanien oder die Türkei können die zu erwartenden Änderungen allerdings im Bereich von +/- 20% liegen (Abbildung 1 links). Außerdem zeigen sich große saisonale Unterschiede (Abbildung 1 Mitte und rechts). Während im Sommer (Juni – August, JJA) die mittlere Windenergieproduktion besonders über Mitteleuropa zurückgeht, wird für die Wintermonate (Dezember – Februar, DJF) eine Zunahme simuliert. Gleichzeitig nimmt die Windstromproduktion in Südeuropa im Sommer zu und im Winter ab.

Dies deutet darauf hin, dass in Zukunft mit größeren saisonalen Schwankungen in der Windstromproduktion gerechnet werden muss (Abbildung 2 links). Auch für andere Zeitskalen (von einzelnen Tagen bis zu einzelnen Jahren) zeigen die Ergebnisse eine Zunahme der Variabilität der Windstromerzeugung, besonders für Nord-, Mittel- und Osteuropa (Abbildung 2 Mitte und rechts). Das ist insofern problematisch, als dadurch die Windenergieproduktion unbeständiger und unzuverlässiger wird.

Ein weiteres Problem könnte das vermehrte Auftreten von Schwachwindphasen mit Windgeschwindigkeiten unter 3 m/s über dem europäischen Kontinent darstellen, da diese Windgeschwindigkeiten für die Stromerzeugung zu gering sind (Abbildung 3 links). Gleichzeitig ist zu erwarten, dass Windgeschwindigkeiten, die für die Stromerzeugung optimal sind (zwischen 11 und 20 m/s) über den Meeren seltener auftreten (Abbildung 3 rechts). Auch dadurch erhöht sich die Unbeständigkeit der Windstromproduktion.

Ägäis und Baltikum könnten profitieren

Insgesamt zeigt die Auswertung, dass die Windkraft in den verschiedenen Regionen Europas unterschiedlich stark vom Klimawandel betroffen ist. Im Baltikum und der Ägäis könnte die Windenergieproduktion in Zukunft von den Klimaänderungen profitieren, da hier eine Zunahme der mittleren Stromproduktion und eine gleichzeitige Abnahme der Schwankungen simuliert wird. Für Deutschland, Frankreich und die Iberische Halbinsel sind dagegen eher negative Auswirkungen zu befürchten. Diese Regionen müssen mit erhöhten Schwankungen und einer niedrigeren Energieerzeugung rechnen.

Genaue Quantifizierung der Windenergieproduktion auf regionaler Skala

Für ihre Studie (Moemken et al. 2018) nutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein räumlich und zeitlich hochaufgelöstes Modellensemble. Es basiert auf Klimasimulationen des EURO-CORDEX Projektes. Im Rahmen von CORDEX (Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment) werden sehr hochaufgelöste Klimaprojektionen für verschiedene Regionen weltweit erstellt, die wiederum zum IPCC-Bericht (Intergovernmental Panel on Climate Change) der Vereinten Nationen beitragen. Für die vorliegende Studie lag die räumliche Auflösung bei 12 Kilometer und die zeitliche Auflösung betrug drei Stunden. Dies ermöglichte eine genaue Quantifizierung der Windenergieproduktion auf der regionalen Skala. Für die Berechnungen wurde an jedem Modellgitterpunkt eine typische Windturbine mit einer Nabenhöhe von 100 Metern angenommen. Dadurch konnte das lokale Potential für Windstromerzeugung unter momentanen und zukünftigen Klimabedingungen für jede Region in Europa abgeschätzt werden.

Fazit: Dezentraler Ausbau der Windenergie nötig

Die Ergebnisse der Studie des Karlsruher Instituts für Technologie legen nahe, dass der Klimawandel die Windenergienutzung in Europa vor große Herausforderungen stellen wird. Durch geeignete Gegenmaßnahmen wie beispielsweise den dezentralen Ausbau der Windenergie aber auch den weiteren Ausbau eines europäischen Stromverteilnetzes sowie eine Anpassung künftiger Planungsstrategien, könnte der Einfluss des Klimawandels auf die Windkraft in Europa jedoch noch abgeschwächt werden.

Text: Dr. Julia Mömken (KIT)

Quelle

  Moemken, J., Reyers, M., Feldmann, H. und J.G. Pinto (2018): Future changes of windspeed and wind energy potentials in EURO-CORDEX ensemble simulations. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123, 6373 – 6389. Link

Text, Fotos und Grafiken soweit nicht andere Lizenzen betroffen: eskp.de | CC BY 4.0
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