Grootschalige windparken op zee hebben invloed op de atmosfeer en kunnen daarmee ook een bijdrage leveren aan (regionale) klimaatverandering.
Wolken boven zeeën en oceanen zijn van grote invloed op het wereldwijde klimaat. Dit werd recent aangetoond door onderzoekers van het Alfred Wegener Instituut en het Europese weeronderzoekscentrum ECMWF. In een recent artikel in het vakblad Science toonden de onderzoekers aan dat het bovengemiddeld warme jaar 2023 voor een groot deel is toe te schrijven aan een verminderd wolkendek boven de oceanen, waardoor meer zonlicht de oceanen kon opwarmen. Grootschalige windparken op zee hebben invloed op de atmosfeer, en wolkenvorming, en kunnen daarmee ook een bijdrage leveren aan (regionale) klimaatverandering.
Bron: Climate.gov
Complexe luchtstromingen
In de atmosfeer van de aarde treden uiterst complexe luchtstromingen op. De belangrijkste drijvende kracht achter deze luchtstromingen is het transport van warme lucht van de evenaar richting de polen. Deze luchtstromingen bevatten veel bewegingsenergie, die met windturbines kan worden omgezet in elektriciteit. Maar met de exponentiële groei van het aantal windturbines op land en op zee, wordt er steeds meer energie uit de grenslaag, de onderste laag van de atmosfeer, geoogst. Voor de energiebalans in de atmosfeer moet deze energie vanuit de hogere luchtlagen in de atmosfeer weer worden aangevuld. Hiermee worden de luchtstromingen in de atmosfeer dus beïnvloed tot op grotere hoogten.
Waarnemingen en simulaties
Met de toenemende grootschaligheid van windenergie wordt het daarom steeds belangrijker om inzicht te krijgen in de gevolgen van deze atmosferische verstoringen. Uit waarnemingen vanuit vliegtuigen en van vissers is al bekend dat windparken op zee, bij stabiele atmosferische condities, kunnen zorgen voor wolkenvorming.
Deze atmosferische invloeden worden erkend door onderzoekers van de TU Delft en het KNMI, die de afgelopen jaren samen met projectpartner Whiffle, een spin-off van de TU Delft, werkten aan een project genaamd WINS50 – de impact van grootschalige windenergie op de atmosfeer. Het doel van dit project was het verminderen van onzekerheden over de interacties tussen de grootschalige uitrol van windenergie op de Noordzee en de atmosfeer. De simulatieresultaten geven aan dat in een 2050-scenario grote delen van de Noordzee beïnvloed worden door zogeheten zog-effecten van windparken, gebieden waar de windsnelheid is afgenomen en die zich uitstrekken tot wel 150 km achter een windpark. Ook laten ze zien dat de toegenomen verticale menging van de lucht als gevolg van de vele windparken, invloed heeft op de temperatuur- en vochtigheidsprofielen van de lucht tot 3000 meter hoogte.
Lagere opbrengsten
De atmosferische effecten van het gebruik van windenergie hebben daarnaast ook gevolgen voor de efficiëntie van windturbines. Deze vermindert wanneer het gebruik van windenergie in omvang toeneemt. Deze dalingen in opbrengsten zullen waarschijnlijk een belangrijke rol spelen in de komende overgang naar een hernieuwbaar energiesysteem. Een recente studie van Agora Energiewende et al. (2020) liet zien hoe, rekening houdend met deze effecten, de verwachte opbrengsten van offshore windenergie met een derde of meer kunnen dalen in realistische energiescenario’s voor het jaar 2050 voor Duitsland.
Deze lagere opbrengsten op zee zijn niet alleen het resultaat van de zog-effecten die windturbines veroorzaken, maar ook van de atmosferische beperkingen die worden bepaald door fysische principes, bekend uit de meteorologie en geofysica. Een publicatie in het meteorologisch tijdschrift uit 2021 van het Max Planck Instituut, laat zien dat energie uit hogere luchtlagen slechts een gering deel van de door de windturbines onttrokken energie kan aanvullen. Dit leidt ertoe dat de energieopbrengsten van gebieden met windturbines van meer dan honderd vierkante kilometer tot wel twaalf keer zo laag zijn als die van kleine windparken op prominente locaties, ongeacht de technologische vooruitgang van de windturbines. De natuur lijkt hiermee paal en perk te stellen aan de verdere uitrol van wind op zee, aangezien er met zulke lage opbrengsten geen winst meer te behalen is.
Nu al wordt duidelijk dat de daadwerkelijke rendementen van wind op zee veel lager zijn dan de theoretisch vastgestelde rendementen. Waar onder andere onderzoeksinstituut TNO uitgaat van een capaciteitsfactor van ruim 50% voor wind op zee, blijkt uit cijfers van het CBS dat de totale capaciteitsfactor voor wind op zee in Nederland op 37% uitkwam, zowel in 2021 als in 2022 (de capaciteitsfactor is een maat voor de productiviteit van een windturbine, hoe hoger des te meer opbrengst).
Temperatuurstijging op land
Voor wind op land zijn de atmosferische effecten van grootschalige windenergie anders. Dat komt doordat de luchtstroming op land een veel turbulenter karakter heeft, bijvoorbeeld door het ruwe aardoppervlak met bebouwing en bomen, maar ook door convectie die ontstaat wanneer aardoppervlak overdag opwarmt. Deze turbulentie heeft lokaal invloed op het windklimaat en het rendement van dicht op elkaar geplaatste grote windturbines.
Bij grootschalige windparken op land doet zich wel een ander fenomeen voor, namelijk dat de (bodem)temperatuur in en nabij een windpark gaat stijgen, zoals door meerdere onderzoeken wereldwijd is aangetoond (zie ook https://clintel.nl/windturbines-en-temperatuur/). Deze effecten zijn niet meegenomen in omgevingseffect-rapportages.
Breder perspectief nodig
Uit dit alles blijkt dat er een breder systeemperspectief nodig is om het oogsten van windenergie op grotere schaal te evalueren. Dit betreft niet alleen de drijvende krachten en omzettingen van de instralende zonne-energie in luchtstromingen, maar ook de verwijdering ervan uit de atmosfeer door de windturbines en de daarmee gemoeide, atmosferische en klimatologische effecten.
Door Bert Weteringe en John Stoop
Bronnen:
- Bert Weteringe, Windhandel, de impact van grootschalige energieopwekking met windturbines, September 2023.
- Peter Baas, WINSS50 – Winds of the North Sea in 2050 – Public Final Report, 3 April 2024. -Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research, Rapid surge in global warming mainly due to reduced planetary albedo, 5 December 2024.
- John Stoop, Kindunos Safety Consultancy Ltd, and affiliated PhD graduate references, It is the assumption that kills you, 65th ESReDA Seminar, December 2024.
- Axel Kleidon, Max-Planck-Institute for Biogeochemistry, Jena, Germany, Physical limits of wind energy within the atmosphere and its use as renewable energy: From the theoretical basis to practical implications, 9 March 2021.
Source: https://clintel.nl/grote-gevolgen-voor-de-atmosfeer-door-toenemend-aantal-windturbines/
.
