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Windparks können die Feinstaubbelastung regional verschieben
Windparks stoßen im Betrieb keine zusätzlichen Luftschadstoffe aus, können aber die Atmosphäre verändern. Eine Modellstudie für China zeigt, dass große Windpark-Cluster dadurch im Sommer die Verteilung von Feinstaub verschieben könnten. Für 2015 bis 2018 errechnet das Team in Nordchina im Mittel 4,39 Mikrogramm PM2,5 pro Kubikmeter mehr, im Jangtse-Delta 3,27 weniger.
Hangzhou (China). Windkraft gilt als wichtige Säule einer klimafreundlicheren Stromversorgung, doch große Anlagen entziehen der strömenden Luft Bewegungsenergie und erzeugen zusätzliche Turbulenz. Bei einzelnen Parks bleiben solche Effekte oft räumlich begrenzt, während Störungen bei dicht gebündelten Anlagen unter bestimmten Wetterlagen weiter in die Atmosphäre reichen und dadurch auch die Verteilung bereits vorhandener Luftschadstoffe verändern könnten.
Wie groß solche Effekte im Maßstab eines ganzen Landes werden können, ist bislang nur schwer direkt zu messen, zumal die Stabilität der Atmosphäre bestimmt, wie stark Turbulenz und Windänderungen nach oben weitergegeben werden. Eine neue Analyse nutzt deshalb ein gekoppeltes Wetter- und Luftqualitätsmodell, um den chinesischen Windkraftausbau über zehn Jahre mit einer Vergleichswelt ohne Windparks zu kontrastieren.
Forscher der Zhejiang University (ZJU) um Kun Luo haben dafür die Entwicklung der chinesischen Windkraft von 2009 bis 2018 rekonstruiert. Das Team koppelte das Wettermodell WRF mit einer Windpark-Parametrisierung und dem Luftqualitätsmodell CMAQ. Für Winter und Sommer jedes Jahres wurden Szenarien mit und ohne Windparks gerechnet, sodass sich der modellierte Beitrag der Windparks als Differenz beider Läufe bestimmen ließ.
Die Forscher haben das System gegen Beobachtungsdaten geprüft, indem sie Windgeschwindigkeit und Temperatur unter anderem mit Messungen aus 32 chinesischen Großstädten sowie mit ERA5-Reanalysedaten verglichen. Für PM2,5 und Stickstoffdioxid nutzte das Team Messstationen des chinesischen Luftmessnetzes, deren Zahl in den späteren Untersuchungsjahren auf mehr als 1.500 stieg. Die Übereinstimmung war insgesamt gut, auch wenn das Modell die Hintergrundkonzentrationen der Luftschadstoffe leicht unterschätzte.
Am deutlichsten fielen die modellierten Veränderungen im Sommer aus, denn für 2018 errechnete das Team in Nordchina lokal Windverluste von bis zu 3,2 Metern pro Sekunde, während der Wind im Südosten um bis zu 4,24 Meter pro Sekunde zunahm. Parallel stieg die PM2,5-Konzentration in Nord- und Nordostchina an einzelnen Orten um bis zu 13,77 Mikrogramm pro Kubikmeter. Im Südosten sank sie im Modell um bis zu 16,37 Mikrogramm pro Kubikmeter.
Über längere Zeiträume zeigt sich dasselbe räumliche Muster abgeschwächt, wobei die modellierte PM2,5-Zunahme in der Region Peking-Tianjin-Hebei für 2015 bis 2018 im Mittel 4,39 Mikrogramm pro Kubikmeter erreichte. Im Jangtse-Delta errechneten die Forscher dagegen eine mittlere Abnahme um 3,27 Mikrogramm pro Kubikmeter. Die Autoren vergleichen diese Größenordnung mit dem Effekt von ungefähr einem Jahr der damals dominierenden anthropogenen Emissionsminderungen auf den nationalen Jahresmittelwert. Das bedeutet nicht, dass Windparks landesweit ein Jahr Luftreinhaltepolitik aufheben, denn die modellierten Effekte haben je nach Region sogar entgegengesetzte Vorzeichen.
Als Ursache sieht die Studie keine zusätzlichen Emissionen der Windparks, sondern veränderte Transportbedingungen, wobei die von den Rotoren erzeugte Durchmischung im Winter die atmosphärische Grenzschicht lokal anhebt. Dadurch sinkt die Feinstaubkonzentration direkt in dicht bebauten Windparkgebieten, während mehr Schadstoffe in die Umgebung verfrachtet werden können. Im Sommer ist die Atmosphäre instabiler, sodass die Störung mehrere Kilometer nach oben reichen, die mesoskalige Zirkulation verändern und großräumigere Wind- und Schadstoffmuster auslösen kann.
Die Ergebnisse sind deshalb vor allem als Modellhinweis auf einen möglichen regionalen Nebeneffekt großer Windpark-Cluster z