Terrestrial Stilling: „Erneuerbar“ ist weder unbegrenzt noch ökologisch

Täglich werden wir mit Begriffen konfrontiert, die im Ergebnis einer als alternativlos gepriesenen Energiewende entstehen. Die Folgen grüner Politik müssen benannt werden, dafür gibt es neue Bezeichnungen, die gern auch medial verschwiegen werden. – Eine davon lautet „Terrestrial Stilling“, auch als „Global Stilling“ oder einfach „Wind Stilling“ bezeichnet.

Der Begriff beschreibt ein statistisch nachweisbares Absinken der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit. Chinesische Wissenschaftler konstatieren dies für die gesamte Nordhemisphäre, Amerikaner stellten die Windabschwächung im Bereich großer Windindustrieparks fest. Auch die Wetterdaten in Deutschland zeigen leicht gesunkene Windgeschwindigkeiten und gestiegenen Luftdruck. Höherer Luftdruck verringert den Niederschlag und weniger Wind transportiert übrigen Regen schlechter.

T wie Terrestrial Stilling

Die Austrocknung großer Regionen in Deutschland nimmt besorgniserregende Formen an. Man kann es formell auf einen Anstieg des CO₂-Gehalts der Atmosphäre in den vergangenen 20 Jahren von 370 auf 420 ppm schieben, was aber keine Erklärung für die regional ausgeprägte Trockenheit wäre. Oder man überlegt, inwieweit Windkraft- und Photovoltaikanlagen in die Kreisläufe natürlicher Energien eingegriffen haben.

Nötig wäre eine intensive Forschung, die entsprechende Budgets erfordert. Politisch und medial ist das Thema „Terrestrial Stilling“ unterbelichtet. Der politische Einfluss der Windbranche ist enorm. Daher gibt es ein verständliches politisches Interesse daran, eine breite Diskussion zu vermeiden und eben kein Interesse, Forschungsvorhaben einzuleiten.

Vorangestellt sei, dass es hier weder um einen möglichen Klimawandel durch steigenden CO₂-Werte oder durch Windkraftanlagen, sondern um Veränderungen im Mikroklima geht. Letztere können jedoch wetter- und klimabeeinflussend wirken, denn auch für sie gelten drei fundamentale Thesen:

• Keine Energie geht verloren.
• Jegliche Naturenergie wird in natürlichen Kreisläufen verwendet.
• Ein Abschöpfen dieser Energie hat Folgen für die Natur.

Mit Sicherheit bräuchte die Diskussion zum Terrestrial Stilling als Folge des Ausbaus der Windkraft nicht geführt werden, wenn wir 300 Anlagen im Land hätten. Das wäre ohne Weiteres als unbedeutend einzustufen. Wir leben aber gegenwärtig mit etwa 30.000 Anlagen. Sollten die Pläne des „Osterpakets“ tatsächlich umgesetzt werden, ist mindestens von einer Verdopplung, eher einer Verdreifachung dieser Zahl auszugehen.

Bereits heute bereitet die gegenseitige Verschattung der Anlagen der Branche Sorgen, weil sie Erträge mindert. Eine solche Verschattung, die sich in geringeren Windgeschwindigkeiten auf der Lee-Seite zeigt, wirkt natürlich auch auf Natur, Wetter und regionales Klima ein.

Energie wird nicht erzeugt, sie wird umgewandelt

Der Begriff der „Erneuerbaren Energie“ ist ein Euphemismus des Klimaneusprech und soll suggerieren, dass man der Natur folgenlos große Mengen Energie, vermeintliche Überschuss-Energie, ohne negative Nebenwirkungen entziehen kann.

Richtig ist, dass durch die Sonneneinstrahlung und die daraus folgenden Temperaturdifferenzen immer wieder Luftdruckdifferenzen und damit Winde entstehen, die man auch nutzen kann.

Falsch ist, dass sich innerhalb weniger Kilometer der durch Windkraftanlagen (WKA) gebremste Wind (kinetische Energie wird entzogen) selbst regeneriert. Dies geschieht nur über sehr große Distanzen.

Betrachtet man die Hauptwindrichtung West bis Nordwest, so ist erkennbar, dass der Wind beginnend von den Britischen Inseln über die Nordsee und über die Küstenländer Niedersachsen, Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern eine Vielzahl von Windindustrieparks passieren muss. In Folge dessen muss die Energie-Ernte in Brandenburg, Sachsen und im weiteren Mittel- und Osteuropa deutlich niedriger ausfallen. Die „Wetterküche“ Atlantik mit ihren Regen bringenden Tiefdruckgebieten wirkt nicht mehr wie früher.

Die Rotorfläche der allein in Deutschland vorhandenen 30.000 WKA beträgt etwa 200 Millionen Quadratmeter. Dies entspricht einer 1.300 Kilometer langen und 150 Meter hohen rotierenden Wand, die sich von Hamburg bis nach Rom erstrecken würde. Milliarden von Fluglebewesen passieren diese Wand, mehr oder weniger erfolgreich, aber das ist ein anderes Thema.

Nach Berechnungen des Diplomphysikers Dieter Böhme entspricht die über Deutschland durch Windkraft der Atmosphäre entzogene Energie etwa 7.000 Hiroshima-Bomben. Nicht als Einschlagsenergie, sondern als Entzug von Energie. Dass dies ohne jegliche Folgen auf Natur, Wetter und Klima bleibt, ist höchst unwahrscheinlich.

Wind erholt sich, Verluste nehmen zu

Mehrere internationale Studien bestätigen das Terrestrial Stilling, und kommen unter anderem zu folgenden Aussagen:

• „Über der Nordhalbkugel ist eine weit verbreitete Abnahme der Oberflächenwinde zu beobachten“
• „Die Windenergieressourcen gehen vielerorts rapide zurück“
• „Die Fähigkeit von Klimamodellen zur Simulation von Wind und Windenergie muss verbessert werden“

Andere Studien weisen nach, dass das Terrestrial Stilling bereits nachlässt und die Windgeschwindigkeiten – je nach beobachteter Region – seit 2010 bis 2019 wieder geringfügig steigen.

Zu den quantitativen Folgen halten sich die Studien jedoch allesamt zurück. Eine Studie von Miller und Keith (2018) wagt sich am weitesten vor: „Die Erwärmung durch Windkraftnutzung kann die vermiedene Erwärmung durch reduzierte Emissionen […] übersteigen.“

Für Deutschland sind eine Verringerung der Windgeschwindigkeit und eine Erhöhung des Luftdrucks nachweisbar, was sich auch auf die Windstromausbeute auswirkt. Eine Studie der Deutschen Windguard für 2012 bis 2019 weist einen Rückgang der mittleren spezifischen Nennleistung der WKA im Norden um 30 Prozent, in der Mitte um 23 Prozent, im Süden um 26 Prozent nach.

Windkraftanlagen verändern die natürliche Luftströmung

Neben der Abbremsung der Luftmasse wird auch die Art der Strömung verändert. Die natürliche Luftbewegung stellt sich als laminare Strömung übereinander liegender Schichten dar, je höher die Lage, desto größer die Geschwindigkeit. Durch Widerstände an der Erdoberfläche (Oberflächenrauigkeit) wie Bebauung, Wald, bergige Landschaft kommt es zur Verwirbelung der unteren Luftschichtung und zu Turbulenzen, was zu einer Durchmischung der Luftschichten führt.

Diese Rauigkeit wird durch WKA verstärkt. Da die Luftgeschwindigkeit mit der Höhe steigt, bringen höhere WKA mehr Ertrag, weshalb der Trend zu immer größeren und höheren Anlagen geht.

Die der Luftmasse entzogene Energie wird umgewandelt in elektrische Energie, in die Änderung der Strömungsart (turbulent) und der Richtung der Strömung (vertikaler Anteil). Wobei der maximale Wirkungsgrad physikalisch auf etwa 46 Prozent begrenzt ist.

Die Turbulenzen breiten sich nach dem Rotor in Trichterform aus, der im Radius zunimmt, weil benachbarte Luftschichten mitgerissen werden. Dieser Trichter weitet sich so weit auf, bis auch die Erdoberfläche erreicht wird. Dadurch wird bodennahe feuchte Luft in die Höhe transportiert und trockenere Luft aus höheren Luftschichten nach unten gedrückt.

Terrestrial Stilling fördert Starkregen und Dürre

Ist die Luft in größerer Höhe bereits gesättigt, kommt es durch zwei Effekte zur Auskondensation der Feuchtigkeit und Tropfen-, gegebenenfalls sogar Wolkenbildung: Die WKA bremsen den Wind und senken den Druck der Luftmasse ab, fallender Luftdruck hinter den Anlagen führt zur Kondensation der Luftfeuchte. Praktisch bedeutet dies, dass die ersten Windindustrieparks die anströmende Luft quasi „ausquetschen“, was in diesem Bereich zu höheren Niederschlägen führen kann.

Die Niederschläge fehlen dann allerdings in größerer Entfernung auf der windabgewandten Lee-Seite. Dies könnte die extreme Trockenheit in den östlichen Bundesländern erklären helfen. Zusätzlich kühlt sich die in die Höhe transportierte Bodenluft ab und kann ebenfalls auskondensieren. Bei ausreichend hohen Temperaturen geht die Feuchtigkeit sofort in Luftfeuchte über und ist nicht als Wolken sichtbar.

Wasserdampf gilt allerdings als stärkstes Treibhausgas, die nach den Anlagen entstehende Bewölkung könnte damit Klimawirkung entfalten. Hier sind die Forschungsergebnisse aber nicht eindeutig.

Dringender Forschungsbedarf

Nachts sorgt der vertikale Lufttransport dafür, dass die Erdoberfläche nicht so stark auskühlt, weil wärmere Luft aus höheren Schichten herunter strömt. Diesen Effekt machen sich schon lange Obstbauern zunutze, um ihre Plantagen mit sogenannten Windmaschinen vor Frühjahrsfrösten zu schützen. Windkraftanlagen erzielen den gleichen Effekt. Tendenziell werden also immer größere Flächen vor nächtlicher Abkühlung bewahrt, die Temperaturen steigen und bringen eine stärkere Verdunstung mit sich.

Windenergieanlagen und Windparks, Größe und Lage in Deutschland sowie WKA mit Nabenhöhe über 180 Meter. (Stand 2015) Foto: TU Dresden, Bundesamt für Naturschutz. Mit freundlicher Genehmigung von Prof. Schmidt

Dürre in Deutschland (Gesamtboden, Stand 1. Juli 2019) Foto: UFZ-Dürremonitor/ Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung

Der Vergleich der Verteilung der WKA und des Dürremonitors Deutschlands zeigt Indizien dieser Effekte. Obwohl optisch beeindruckend, erfordert dieser geografische Zusammenhang dringend  weitere Forschung. Andere Effekte können derzeit nicht ausgeschlossen werden.

Die Beeinflussung der Luftströmung durch WKA wirkt insbesondere bei geringeren und mittleren Windgeschwindigkeiten. Vernachlässigbar sind diese Effekte bei Starkwinden und Stürmen. So wurden die Winterstürme Ylenia, Xandra und Zeynep im Februar 2022 nur unwesentlich gebremst. Dennoch leisteten die deutschen WKA im Maximum nur 73 Prozent ihrer installierten Leistung.

Der Wissenschaftliche Dienst des Bundestages wertete Literatur zu diesem Thema aus (WD 8-076-20, und WD 8 – 3000 – 083/20) und konnte zumindest keine gegenteilige Position einnehmen. In den Dokumenten heißt es unter anderem:

• „Die Annahme eines kausalen Zusammenhangs zwischen Windkraftanlagen und Dürre [ist] nicht sofort naheliegend und bedarf eingehenderer Untersuchungen“ und
• „In der Umgebung von Windkraftanlagen kommt es nach derzeitigem Kenntnisstand nachts zu Temperaturerhöhungen in den unteren Luftschichten. Dies wird als ein mikroklimatischer Wechsel bezeichnet, ist aber noch keine Dürre.“

Doppelt so viele WKA, doppelt so viel Windstrom?

Um diese Effekte auf die Stromerzeugung zu reduzieren, wird ein Mindestabstand von Anlage zu Anlage vom mindestens Achtfachen des Rotordurchmessers empfohlen. Dadurch entgehen Anlagen in zweiter Reihe immerhin den stärksten Turbulenzen und damit dem Strömungsabriss.

Bei ungünstiger Windrichtung stehen dennoch mehrere Anlagen hintereinander. Spätestens ab der dritten Anlage bricht der Ertrag dann stark ein. Betriebsoptimierungen werden dahingehend geprüft, inwieweit man die ersten Anlagen etwas aus dem Wind dreht, um die Wirbel abzulenken. Dadurch sinkt der Ertrag der ersten Anlagen, aber der der Anlagen danach bricht nicht so stark ein.

Bisher orientieren sich Planungen und Genehmigungen von WKA an den Einzelanlagen. Es wurde linear skaliert, so als gäbe es die gegenseitige Beeinflussung und Windverschattung nicht. Nötig wären übergreifende Betrachtungen für ganze Regionen, auch bei den Umweltverträglichkeitsprüfungen (UVP), um die Folgen eines massenhaften Ausbaus abschätzen zu können, wobei die Folgen durchaus bekannt sind.

Die Kantenlänge der Offshore-Windindustrieparks sollte auf 100 mal 100 Kilometer begrenzt bleiben. Mit weiterem Ausbau der Offshore-Windenergie, wie im Osterpaket als Ziel gesetzt, geht auch die Volllaststundenzahl dieser Anlagen zurück. Statt 4.000 könnten es nur noch 3.300 im Jahr sein, schätzen Experten (Wirtschaftswoche vom 23.05.22).

Windstrom aus Süddeutschland, Bananen aus Island

Der Zusammenhang, dass die Windgeschwindigkeit in dritter Potenz in die Leistung der Anlage eingeht, wird von den politischen Entscheidern offenbar nicht realisiert. Eine Halbierung der Windgeschwindigkeit führt damit nur noch zu einem Achtel des Ertrags. Daraus folgen bei der Vielzahl der Anlagen enorme Leistungsverluste, die von konventionellen Kraftwerken und vom Stromhandel ausgeglichen werden müssen.

Diese exponentielle Abhängigkeit erklärt die Suche nach den besten Standorten, macht aber auch deutlich, dass der massenhafte Ausbau der Windkraft in Süddeutschland völlig unsinnig ist. Der Windatlas zeigt, dass in diesen Gefilden die durchschnittliche Windgeschwindigkeit nur wenig über der Anlaufgeschwindigkeit der Anlagen liegt.

Zudem kämen nur die meist bewaldeten Bergrücken als Standorte infrage, wo sich aufgrund der Höhenlage und geringerer Luftdichte der Ertrag mindert. Der umfängliche Ausbau der Windkraft in Süddeutschland ist in etwa so effektiv Bananenplantagen auf Island.

„Erneuerbar“ ist weder unbegrenzt noch ökologisch

Um die Folgewirkungen des massenhaften Windkraftausbaus zu bedenken, muss man nicht Physiker, Meteorologe oder Strömungstechniker sein. Nico Paech, Professor für Plurale Ökonomik an der Universität Siegen und Mitglied des Wissenschaftlichen Beirats der Naturschutzinitiative, fasst die Problematik wie folgt zusammen:

„Indes trübt das Zauberwort ‚erneuerbar‘ jeden vernunftgeleiteten Blick auf die Limitationen der damit etikettierten Energieträger. Beispielsweise Wind – von dem als ergiebigste der erneuerbaren Energiequellen alle grünen Wachstumspläne auf Gedeih und Verderb abhängen – ist eine knappe Ressource. Wind unterliegt innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts und geografischen Raumes diversen Verwendungskonkurrenzen.

Erstens: Je geringer der Abstand zwischen Windkraftanlagen und je größer deren Kapazitäten sind, desto geringer ist die durchschnittliche Ausbeute, weil die von einer Anlage abgeschöpfte Bewegungsenergie für die anderen nicht mehr verfügbar ist.

Zweitens: Die von den Rotoren verbrauchte Windenergie ist nicht mehr für die Entstehung von Regenwolken verfügbar. Durch diesen und weitere physische Effekte beeinflussen Windkraftanlagen das Klima, wie neue Studien aus den USA zeigen. Dies kann zu Temperaturerhöhungen und Trockenheit für einzelne davon betroffene Regionen führen.

Drittens: Flora, Fauna und unzählige ökologische Prozesse beruhen je nach geografischer Lage auf einem bestimmten Windaufkommen. Wie sich der Entzug systemimmanenter Bewegungsenergie auswirkt, scheint weitgehend vernachlässigt und unerforscht zu sein. Jedenfalls ist die Gleichung ‚erneuerbar = unbegrenzt = ökologisch‘ schlicht unzutreffend.“

Über den Autor:

Frank Hennig ist Diplom-Ingenieur für Kraftwerksanlagen und Energieumwandlung. Er arbeitete viele Jahre in Kraftwerken eines großen Stromunternehmens. Heute ist er freier Autor und als Referent in der technischen Fortbildung tätig.

Dieser Artikel wurde für Epoch Times mit freundlicher Genehmigung des Autors gekürzt und bearbeitet. Das Original finden Sie hier: „Das ABC von Energiewende und Grünsprech 105 – ‚Terrestrial Stilling‘“

Dieser Artikel erschien zuerst in der Epoch Times Wochenzeitung, Ausgabe Nr. 57, vom 13. August 2022.