Interaktion zwischen Wind und Wasserwellen in Offshore-Windparks

Offshore-Windparks haben gegenüber Onshore-Parks den Vorteil, dass sie nicht in unmittelbarer Nähe zu Ansiedlungen gebaut werden. Allerdings sind die Effekte auf das regionale Klima von Offshore-Windpark tendenziell persistenter, da die maritime Atmosphäre oft stabiler geschichtet ist und dementsprechend weniger turbulent ist. Sowohl Modellrechnung als auch Messungen haben gezeigt, dass diese Nachlaufzonen von Offshore-Windparks auch in über 60 km Entfernung unter bestimmten Bedingungen noch nachweisbar sind. Da sich die Nachlaufzonen mit zunehmender Distanz horizontal und vertikal verbreitern, wird auch das oberflächennahe Windfeld und damit die Windsee beeinflusst. Wie groß dieser Einfluss durch die im Jahr 2020 bereits existierenden Windparks in der Nordsee ist, wird in dieser Studie mit Hilfe eines gekoppelten mesoskaligen Modellsystem untersucht.

Mittels eines statistisch-dynamischen Downscaling Verfahrens werden für ausgewählte Tage Simulationen mit unterschiedlicher Komplexität (gekoppelt und ungekoppelt; mit und ohne Windpark-Effekt) durchgeführt. Das angewendete gekoppelte Modellsystem COAWST besteht aus dem Atmosphärenmodell WRF, dem Wellenmodell SWAN und dem Wellengrenzschichtmodell WBLM, das einen einen fluss- und energiekonsistenten Austausch zwischen den Modellen ermöglicht (Abbildung 1). Die zu simulierenden Tage werden mittels eines statistischen Verfahrens so ausgewählt, dass sie kombiniert das 30-jährige Windklima in der deutschen Bucht repräsentieren.

Die Ergebnisse zeigen sowohl die Auswirkung der Nachlaufzonen von Offshore-Windparks auf die Wasserwellen als auch die Auswirkung von gekoppelten Modellsimulation im Vergleich zu ungekoppelten Simulationen auf zu erwartende Windressourcen. Neben den Einflüssen im Klimamittel, werden auch die Einflüsse aufgeschlüsselt nach unterschiedlichen Wind- und atmosphärischen Schichtungsklassen gezeigt.