und umwelttechnische Aspekte von Off-shore Windenergieanlagen ...

2 Beeinflussung von Meeresströmungen Abschlussbericht GIGAWIND
2 Beeinflussung von Meeresströmungen
2.1 Ziele
Ziel der Untersuchungen war es, Methoden aufzuzeigen, mit deren Hilfe eine denkbare
Veränderung von Meeresströmungen durch Windparks abgeschätzt werden kann, sowie dies
exemplarisch für einige Standorte zu tun.
Bei der Untersuchung der Einwirkung der Windenergieanlagen auf die Strömung ist zwischen
zwei Phänomenen zu unterscheiden:
1. Eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit unmittelbar seitlich der einzelnen
Anlagen und Ablösewirbel hinter ihnen. Diese Einwirkung erstreckt sich auf wenige
Meter bis Zehnermeter. Ihre Abschätzung ist angebracht, wenn die Möglichkeit einer
Kolkbildung an den Bauwerken beurteilt werden soll.
2. Eine großflächige Reduzierung der Meeresströmung im Bereich des Windparks
dadurch, dass dieser insgesamt einen verstärkten Strömungswiderstand darstellt.
Das zweite Phänomen wurde mittels eines hydrodynamisch-numerischen Modells der
Deutschen Bucht untersucht. Die standortspezifische Beantwortung der Frage nach einer
Reduzierung der Meeresströmung oder ähnlicher Fragen könnte im Rahmen einer
Umweltverträglichkeitsuntersuchung (UVU) bzw. einer Umweltverträglichkeitsprüfung
(UVP) gefordert werden. Dabei wurde vorerst auf die Bedingungen der Nordsee abgehoben,
da sich für die Ostsee durch eine Salinitätsschichtung noch besondere Aspekte ergeben.
Allerdings lassen sich viele der Schlussfolgerungen übertragen.
2.2 Modelluntersuchungen
Für eine korrekte Modellierung des Strömungswiderstandes der Anlage mit einem
numerischen Modell sind einige Schwierigkeiten zu bewältigen. Eine genaue Erfassung des
Strömungswiderstandes erfordert eine hohe räumliche Diskretisierung der unmittelbaren
Umgebung der Anlage und ein extrem kleiner Zeitschritt. Da dies zu nicht mehr vertretbaren
Rechenzeiten führt, wurden einige Vereinfachungen getroffen.
Dafür bietet sich an, die Widerstandskräfte einer als Zylinder idealisierten Windenergieanlage
analytisch zu berechnen, und sie als Senkenterm in der Impulsbilanz des Strömungsmodells
zu berücksichtigen. Indirekt kann man dies über den Koeffizienten des verwendeten
Bodenschubspannungsansatzes des Strömungsmodells realisieren. Rauheiten
unterschiedlicher physikalischer Herkunft (Sohlrauheiten, Sohlform oder Hindernisse) können
überlagert werden (vgl. Schröder, 1990 und Rouvé, 1994). Die aus Bodenreibung und
Strömungswiderstandskraft resultierende Gesamtkraft kann als eine lokal größere
Bodenreibungskraft angesehen werden und im 2D-Modell durch die Erhöhung des
Bodenreibungskoeffizienten in den entsprechenden Bereichen umgesetzt werden.
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