Windkraft und Dürre

Ich habe eine wichtige Beobachtung gemacht: Ein großes Problem der Windkraft wird möglicher Weise in der Öffentlichkeit übersehen.

Diese Beobachtung kann die Gesamtproblematik der Auswirkungen der Windkraftanlagen auf die Umwelt nur sehr grob anreißen. Weder handelt sich um eine wissenschaftliche Abhandlung, noch erhebe ich Anspruch auf Richtigkeit. Allerdings sind die Wetterdaten des Deutschen Wetterdiensts öffentlich verfügbar und die verwendete Mathematik und Physik ist recht trivial. Die Niederschlagsdaten können beim Bundesumweltamt heruntergeladen werden. 

Das Ergebnis stellt zumindest einen begründeten Anfangsverdacht dar, dass Windkraftanlagen das Klima verändern. Sollte die geschilderte Beobachtung auch nur in Teilen zutreffend sein, gibt es Grund zur Sorge. Jede sachliche Widerlegung ist in diesem Fall mehr als erwünscht. Die Datenbasis für diese Abschätzung ist sehr umfangreich und kann in diesem Format nur sehr begrenzt dargestellt werden. 

Zur Sache.

Im Wald vor lauter Bäumen

Seit einigen Jahren nehmen die Waldkalamitäten durch Borkenkäfer dramatisch zu. Nachdem im Sauerland und im Harz die Fichten nahezu weg sind, frisst sich der Käfer weiter nach Süden und Osten. Trockenstress ist ein wesentlicher Faktor des Fichtensterbens. Gesunde Fichten wehren den Borkenkäfer ab. 

Wie üblich wird der menschengemachte Klimawandel, bzw. die mangelnde Voraussicht unserer Vorfahren für das Problem verantwortlich gemacht. Monokulturen sind natürlich weniger resilient gegen Trockenheit und Hitze als naturnahe Mischwälder. Die Fichte ist historisch der Brot- und Butterbaum der heimischen Forstwirtschaft. 

Der Waldumbau findet seit Jahrzehnten statt und der deutsche Forst ist in kompetenten Händen. Über eine Millionen Menschen sind im Holz- und Forstsektor tätig. Die Nachhaltigkeit ist eine Erfindung der Forstwirtschaft und wird seit über 300 Jahren beachtet. 

Waldboden wird heute zunehmend zur Kohlenstoffsenke und als Standort für Windkraftanlagen reduziert. Die Pacht eines Windrads ersetzt leicht die Erträge von 500 Hektar klassischer Fortwirtschaft. Daher ist es nur menschlich, dass private und kommunale Waldbesitzer häufig diese Einnahmequellen wünschen.

Wenn ich größere Käferflächen betrachte und Bäume pflanze, mache ich mir natürlich Gedanken: Was hat sich denn in den letzten Jahren geändert? Was sich tatsächlich massiv geändert hat: Seit Kurzem gibt es zehntausende Windkraftanlagen. Bei gelegentlichen Reisen in den Norden Deutschlands sind die Eingriffe in unsere Landschaft evident. Ich fragte mich: Kann ein Horizont voller Windkraftanlagen verantwortlich für zunehmende Schäden im Wald sein? 

Immerhin hat Deutschland die größte Windkraftdichte pro Fläche weltweit, selbst wenn man das renitente Bayern mit einrechnet. Unsere nördlichen Bundesländer haben eine erheblich höhere Dichte als zum Beispiel Dänemark oder die Niederlande.

Wie Windkraftanlagen das Klima verändern

Lassen Sie mich ein wenig Physik bemühen, um zu überschlagen, was da passiert. Es ist nicht kompliziert.

Das Betzsche Gesetz gibt die idealisierte Leistung einer Windkraftanlage an. 

P = equation.pdfρ · π · r² · v³ · equation_1.pdf

Dabei ist P die Leistung der WKA, ρ die Dichte der Luft, r der Rotorradius und v die Windgeschwindigkeit. Die Formel sagt im Grunde, dass dem Wind maximal 60 Prozent der kinetischen Energie entnommen werden kann. 

Ein Windrad wandelt kinetische Energie, also Bewegungsenergie, in elektrische Energie um. Dabei werden die Luftmassen, die den Rotor passieren, verlangsamt. Mit dem Energieerhaltungssatz kann man abschätzen, dass die Windgeschwindigkeit um 36 Prozent reduziert wird. 

Bei komprimierbaren Medien wie Luft ist die Sache natürlich sehr komplex, jedoch gilt es hier lediglich die Größenordnung zu bestimmen. Kinetische Energie steigt im Quadrat mit der Geschwindigkeit, daher ist diese Abschätzung plausibel. 

Wieviel Luft wird dabei abgebremst? Ich setze die Werte für eine typische 3-Megawatt-Windkraftanlage (z.B. Enercon E-115 P mit einem Rotordurchmesser von 115,7 m, einer Rotorfläche von 10.500 m2) eine Luftdichte von 1,3 g/cm3 und eine Windgeschwindigkeit von 8 m/s in die Formel ein, dann erhalte ich eine Leistung von 2,1 MW. Die Nennleistung würde bei etwa 9 m/s erreicht. Dies entspricht allerdings nicht gänzlich der Realität. Aufgrund von Wandlungsverlusten sind die benötigten Windgeschwindigkeiten höher.

Weiter: Bei einer Leistung von 2,1 MW muss die Luftsäule vor der Anlage von 8 m/s auf 5,1 m/s abgebremst werden. Vor der Anlage ist die Luftströmung 8 m/s x 10.500 m2 = 84.000 m3/s, nach der Anlage 53.760 m3/s. Dies ist natürlich extrem vereinfacht, aber für den Überschlag tauglich. 

Wieviel Wasser wird dabei abgebremst? Pro MW Leistung muss also ein Luftvolumen von 14.400 m3 pro Sekunde gebremst werden. 14.400 m3 Luft haben eine Masse von etwa 18.500 kg. Bei der durchschnittlichen deutschen Temperatur von 9°C und einer Luftfeuchte von 50 Prozent bindet 1 kg Luft 4,5 g Wasser. Bei einer Leistung von einem MW bremst eine Windkraftanlage also 83 Liter Wasser pro Sekunde aus (18.500 kg x 0,0045 l/kg = 83 l). Bei einer MWh wären dies 83 l/s x 3600 s = 300 Tonnen pro MWh. Pro KWh produzierter elektrischer Energie werden 300 kg Wasser gebremst. 

Jährlich produzieren deutsche Windkraftanlagen etwa 120.000 Gigawattstunden Strom. Dies sind 120.000.000 MWh. Bei den oben errechneten 300 Tonnen pro MWh ergibt sich eine gebremste Wassermasse von 120.000.000 MWh x 300 T/MWh = 36.000.000.000 Tonnen. Dies sind 36 Mrd. Tonnen, bzw. 36 km3 Wasser. Die installierte Windkraftleistung in Deutschland ist über 65 Gigawatt mit einer Rotorfläche von über 250 km2. Pro GW installierter Leistung wird guter halber Kubikkilometer Wasser jährlich ausgebremst.

Die Relation zu lebensnahen Werten zeigt, dass es sich nicht um eine vernachlässigbare Größe handelt.

  • Öffentliche Wasserversorgung: 6 km3 (6 Mrd. Kubikmeter)
  • Wassermenge Bodensee = 50 km3
  • Jährlicher Wasserfluss Rhein = 73 km3
  • Jährlicher Niederschlag Deutschland = 290 km3 (800 mm)

Wenn das Abbremsen bedeutet, dass das Wasser in Windrichtung hinter den Windkraftanlagen liegende Gebiete gar nicht mehr erreicht, würde das möglicherweise bedeuten, dass Windkraft den Niederschlag in bestimmten Gegenden um über 10 Prozent reduzieren könnte. Oder mehr, denn die Luftfeuchte ist meist höher als 50 Prozent und die Windkraftanlagen unserer Nachbarn wurden dabei noch gar nicht berücksichtigt.

Sinkt der Niederschlag wirklich?

Nach diesem Überschlag ist die These, dass Windkraftanlagen einen erheblichen Einfluss auf das Klima haben mehr als plausibel, sie ist zwingend. Aber überprüfen wir das. Was sagen die Wetterdaten? Laut Daten des Deutschen Wetterdienstes ist der Niederschlag seit 1881 linear betrachtet sogar gestiegen. 

Der lineare (rot) Trend über den Gesamtzeitraum ist positiv. Betrachtet man den 10-jährigen gleitenden Durchschnitt (blau) sieht man allerdings rechts, ab etwa dem Jahr 2000, eine starke Abnahme. Seit 2000 gab es den großflächigen Ausbau der Windkraft. Wie sehen die 23 Jahre davor und danach in Bezug auf Niederschlag aus?

In den vergangenen 46 Jahren gab es einen kleinen Negativtrend von 1,5 mm pro Jahr, der bis 1999 sehr schwach, bzw. vernachlässigbar, ausfällt und sich aber in den letzten 23 Jahren erhöht hat.

Man sieht dass es zwischen 2000 und 2023 eine lineare Absenkung um etwa 100 mm gab. Hundert mm von 850 mm sind eben jene oben theoretisch überschlagenen über 10 Prozent. Der beobachtete Rückgang entspricht dem abgeschätzten Wert. 

Mehr aussagekräftig als der Absolutwert ist der Vergleich der negativen Steigungen in den zwei Zeiträumen. Seit dem Ausbau der Windkraft hat sich diese verfünffacht. Der Rückgang der letzten 46 Jahre fand primär seit dem Ausbau der Windkraft statt. Zwischen 1977 und 1999 war der Niederschlagsdurchschnitt 813 mm, zwischen 2000 und 2023 waren es 787 mm und über den Gesamtzeitraum waren es 800 mm.

Auch der Grundwasserrückgang entspricht dem sinkenden Niederschlag der wiederum mit dem Windkraftausbau korreliert. Das Grundwasser reagiert träge auf Niederschlag. Schwankungen gab es in der Vergangenheit auch, jedoch scheint sich hier ein sehr lang anhaltender Trend zu bilden.

Die Auswirkungen

Im Wald leiden durch den sinkenden Grundwasserspiegel zunächst die Flachwurzler, also primär die Fichte. Die Resilienz der Bäume leidet und es ist nicht nur die Fichte betroffen. Stark betroffen sind die Mittelgebirge, deren Topagraphie Kondensation und Wolkenbildung fördert.

Daten über die Luftfeuchte sind schwer zu finden, aber hier eine subjektive, eher anekdotische, Beobachtung: Nach sehr wenigen Tagen ohne Niederschlag trocknet die Oberfläche gefühlt sehr schnell viel schneller als in der Vergangenheit und es wird staubig, was bei niedriger Wassersättigung der Luft auch plausibel ist.

Primär sorgt die feuchte Küstenluft für unseren Wassernachschub. Auf dem Land mag sich zwar Wind „regenerieren“, aber die Luftfeuchte ist weg. Allerdings wird auch eine Reduktion der Windgeschwindigkeit beobachtet. 

Die 250 km2 Rotorfläche sind hauptsächlich in Norddeutschland. Dänemark und Holland haben auch noch einige GW installierte Windkraftleistung. Rechnet man diese Flächen zusammen und teilt dies durch die etwa 1.000 km Küstenlinie kommt man auf eine mehrere 100 Meter hohe Mauer die knapp 40 Prozent des Windes bremst. Da Wetter primär unter 4 km Meereshöhe entsteht, sieht man auch hier warum über 10 Prozent des Niederschlags fehlen könnte.

Dies ist bei weitem noch nicht der Beweis für negative großflächige Effekte der Windkraft. Allerdings ist der Zusammenhang plausibel und die Zahlen bestätigen die Beobachtungen. So ist es verwunderlich, dass sich bisher die Forschung mit diesem Thema nicht befasst hat, möglicher Weise nicht befassen durfte. Strömungswissenschaft ist in diesem Land nicht unbekannt. Die Luftfahrt- und Automobilindustrie lebt damit. Es sollte möglich sein, die Größenordnung wissenschaftlich zu ermitteln.

Es wäre im Interesse der Windkraftindustrie, Zweifel dieser Art zu entkräften. Es gibt ein Universum voller Einwände gegen den weiteren Ausbau der Windkraft, gerade im Wald. Dass mehrere 100 Quadratkilometer Rotorfläche in Europa, hautsächlich in Küstennähe, einen Effekt haben müssen, ist nur gesunder Menschenverstand.

Die Frage, wo denn das Wasser bleibt, ist natürlich berechtigt. Klar ist, dass im Lee einer Windkraftanlage weniger Wind weht und Luftfeuchte ausgebremst wird. Zum Abregnen muss Wasserdampf zunächst kondensieren, also Wolken bilden. Bei weniger Wasserdampf wird auch weniger Kondensation stattfinden können. Möglicherweise hat auch der beobachtete Wolkenrückgang mit dem Ausbau der Windkraft zu tun. Im Luv der Windkraftanlagen muss es nicht notwendiger Weise abregnen, da Kondensation von vielen Faktoren abhängt. 

Ob mehr Windkraft in Zukunft unsere Klima- und Energieprobleme lösen wird ist, aus vielen Gründen, fraglich. Am Anfang dieses Artikels wurde postuliert, dass der menschengemachte Klimawandel für das Waldsterben verantwortlich gemacht werden soll. Die übertriebene Installation von Windkraftanlagen zur religiösen Bekämpfung eines Spurengases könnte in diesem Fall tatsächlich ein Beispiel für menschengemachten Klimawandel sein: Viele der identifizierten Umweltprobleme, wie Insektenreduktion, Trockenheit, Hitze und Artenvielfalt korrelieren mit dem Ausbau der Windkraft und der großen ökologischen Transformation. Ob diese auch kausal in Teilen dafür verantwortlich ist, ist die große Frage, die im Raum steht. 

Peruanische Bauern konnten RWE verklagen. Schweizer Senioren klagen erfolgreich von dem Europäischen Gerichtshof für Menschenrechte und das Klimaurteil des Bundesverfassungsgerichts erklärt den Notstand. Diese Urteile sind weniger evidenz- und vernunftbasiert als die obige Abschätzung. So wäre es an der Zeit zu prüfen, ob auch die Windkraftindustrie für Langzeitfolgen haftbar gemacht werden könnte.

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9 Kommentare. Leave new

  • Volker Birk
    3. Mai 2024 7:03

    Das ist nicht plausibel. Windräder sind nicht viel höher als 200m. Wolken kommen bis in die Stratosphäre vor. Das Wasser ist im Wesentlichen nicht in der Höhe, dass es Windräder überhaupt erreichen können.

    Antworten
    • Wolfgang Kolbe
      3. Mai 2024 21:03

      Falsch, neue WKA, erreichen schon eine Höhe von 260 bis 280 m. Den Bürgern werden nur die Vorteile der WKA offeriert. Aber jedes Produkt hat immer zwei Seiten. Und Eines ist festzuhalten, es geht bei der Energiewende um Billionen Euro die umverteilt werden. Genau von unten nach oben.

      Antworten
    • Falsch, es gibt zwei Möglichkeiten:
      1. Wenn sich der Wind in Bodennähe langsamer bewegt muss die Luft nach oben ausweichen. Dadurch kommt es vor dem Windpark zu höheren Niederschlägen (Steigungsregen wie bei Gebirgen), dahinter zu geringeren.
      2. Oder die durchschnittliche Windgeschwindigkeit insgesamt sinkt, dadurch wird, wie im Artikel beschrieben , insgesamt weniger Luftfeuchtigkeit herangeführt.
      In beiden Fällen verringert sich der Niederschlag mindestens hinter den Windparks.

      Antworten
  • Prof. Dr. Jochen Winkler
    3. Mai 2024 12:30

    Sehr geehrte Damen und Herren,

    ich habe mal ein Video von Herr Gantefoer gesehen, in dem er Studien zu diesem Thema angeführt hat. Experimentell wurde festgestellt, dass in Lee eines Windparks die Temperatur auf der Celsius Skala um ca. 10% erhöht ist (also 22°C statt 20°C) und dass der Niederschlag auch um ca. 10% verringert ist. Leider habe ich bislang noch keine vernünftige Erklärung für dieses Phänomen gelesen und auch Herr Gantefoer hat diesbezüglich nichts angeboten. Ich denke, dass Sie die Verringerung der Windgeschwindigkeit vermutlich richtig abgeschätzt haben, aber Sie haben keine Erklärung für eine verringerte Niederschlag smenge angeboten. Ich kann mir nur vorstellen, dass der verringerte “Windchill” eine Rolle spielt. Bewegte Luft führt Wärme vom Erdboden ab. Wir kennen das vom Suppe essen. Niemand wartet darauf, dass die Suppe auf dem Löffel von selbst (also durch Abstrahlung von Wärme) abkühlt. Nein, zweimal darüber blasen und schon verbrennt man sich nicht mehr den Mund. Wenn die Luft abgebremst wird, wird weniger Wärme aus bodennahen Schichten abgeführt. Die Warme Luft “bleibt stehen”. Sie steigt stattdessen auf (Thermik) und erhöht die von der Luft aufnehmbare Menge an Feuchtigkeit. Deswegen regnet es weniger. Leider habe ich überhaupt noch keine Erklärung gefunden und auch Herr Gantefoer hat sich zum Mechanismus nicht geäußert. Ich nehme aber an, dass meine Interpretation zumindest nicht völlig daneben liegt. Ich kann mir jedoch kaum vorstellen, dass sich eine Arbeitsgruppe dieses Themas annehmen wird, denn das wäre für die das Ende aller Forschungsförderung mit öffentlichen Mitteln.

    Antworten
  • Susanne Koppermann
    4. Mai 2024 6:51

    Es gibt eine Studie aus China, die belegt das WKA s für mehr Trockenheit verantwortlich sind.

    Antworten
  • Heidi Thiemann
    4. Mai 2024 9:18

    Siehe hierzu auch den Bericht von Dipl.- Physiker Dieter Böhme vom 18 Februar 2022. ” Windräder bremsen den Wind – u beeinflussen das Mikroklima” .PdF via google.

    Antworten
  • Berthold Bohner
    4. Mai 2024 21:02

    Eine ganz triviale Erfahrung zeigt , dass im Windschatten der Gebirge die Niederschläge niedriger sind , andererseits im Stau der Gebirge höhere Niederschläge gemessen werden.
    Andererseits ist die abtrocknende Wirkung von Wind auch hinreichend bekannt.
    Demzufolge halte ich Einflüsse von WKA durchaus plausibel. Unvoreingenommene Forschung tut not!

    Antworten
  • Manfred Brugger
    4. Mai 2024 23:15

    Ja, die Vermutung ist richtig, der tatsächliche Eingriff in das troposphärische klimatische System ist viel größer als viele sich denken können. Ich habe genau zu diesem Thema ein Buch geschrieben, das alle Fragen hierzu mit physikalischen Antworten und Berechnungen belegt. Das Problem ist, dass man den Wasserdampf in der Luft nicht sieht. Es sind gigantische Mengen. Wer zweifelt: Arte Mediathek: Die fliegenden Flüsse des Amazonas aufrufen oder mein Buch kaufen: Windwahn- Der Windwahn und seine klimatischen Konsequenzen …..

    Antworten
  • Dieter Böhme
    5. Mai 2024 12:17

    Da in einem o.g. Kommentar auf einen Fachartikel von mir (Dipl.-Phys. Dieter Böhme) hingewiesen wurde, nun u.g. ein weiterer Fachartikel von mir, der sich mit dem Thema Windräder und Klima beschäftigt. Vorab ein paar Kommentare.
    Der Wirkungsgrad für 3-Flügel Windräder ist 0,48. Der Betzsche Wert von 0,59 wird wegen der Schnelllaufzahl nicht erreicht. Der praktische Wirkungsgrad (lt. Datenblatt Heresteller) liegt zwischen 0,25 – 0,46. Über 0,48 ist nichts mehr durch Ingenieurskunst steigerbar.
    Windräder haben heute Rotorduchmesser bis 200 m und Rotorflächen über 30.000 m2 (über 4 Fußballfelder)
    Pro m2 Rotorfläche könnte man im Mittel eine Glühlampe (ca. 40 W) betreiben, falls man den Strom speichern könnte, was angesichts der Dimension nicht geht
    Immer größere Windräder nehmen sich in in immer größeren Höhen gegenseitig den Wind weg. Die der Atmosphäre entnehmbare Leistungsdichte ist begrenzt ( 2 MW/km2) und sinkt bei exorbitantem (geplantem) Ausbau auf 0,5 MW/Km2. (lt. Studie MPI-Jena)
    Der Klimaeinfluss ist in einer Studie der Harvard-Universität (durch Windkraft Befürworter) an großen Windparks in den USA nachgewiesen (s. u. S. 9)
    Durch die Entnahme von Energie sinkt der Luftdruck, dadurch regnet es im Lee von Widsparks ab. (s. u. S. 10). Dieser Regen fehlt dann im Binnenland.
    Der Atmosphäre über D wird pro Jahr durch Windkraft eine Energie entnommen, die ca. 7.900 Hisoshima-Bomben entspricht. (s. u. S. 11)
    Windkraft ist vergleichbar mit einer Herde dürrer Kühe, der man versucht, mit Verbesserungen der Melkmaschine immer mehr Milch abzupressen.

    Links dazu sin in dem u.g. Artikel enthalten
    Woher kommt der Strom – Grenzen der Erneuerbaren
    https://www.thlemv.de/wp-content/uploads/2024/04/Woher-kommt-der-Strom-Grenzen-der-Erneuerbaren_Text_.pdf

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