Jak mořské větrné elektrárny mění proudění větru

Jedním z méně častých, ale o to platnějších argumentů proti výstavbě mořských větrných elektráren je jejich vliv na oceánskou dynamiku. Míru tohoto vlivu se snažila zjistit studie týmu Hereon z německého Helmholtzova centra se sídlem v Geesthachtu. Pro zastánce větrné energetiky to nejsou příznivá zjištění.

Tým vedený Nilsem Christiansenem kladl ve studii důraz na sledování zeslabení větru vlivem turbín a doprovodné změny fyzikálních podmínek v oblastech Severního moře s bohatým výskytem offshore elektráren. Turbíny totiž představují překážku nejen pro vítr, ale sekundárně i pro mořské proudy.

Studie simulovala zeslabení rychlostí větru na závětrné straně větrných parků. Že turbíny jsou příčinou zeslabení větru, tým Hereon prokázal nedávno a informoval o něm v časopise Nature.

Ke svému točení a generování elektrického proudu vrtule větrníků využívají kinetické energie vzdušného pole. V závětří za turbínami dochází k takzvaným turbulencím v úplavu, což je atmosferický jev, který vzniká třeba za křídly letících letadel. Tyto víry jsou charakteristické snížením rychlosti proudění vzduchových částic, zvýšenou turbulencí a zvláštními tlakovými poměry. Za stabilních atmosferických podmínek výzkumníci pozorovali deficit rychlosti větru dokonce ve vzdálenost 70 kilometrů od větrných parků.

Pomocí hydrodynamických počítačových simulací s vysokým rozlišením tým analyzoval tyto efekty v jižní části Severního moře v období květen až září. Analýza ukázala souvislost mezi turbulencemi v úplavu a změnami ve fyzikální výměně mezi vodou a atmosférou. Což může mít zase vliv na horizontální proudění a složení mořské vody.

Vliv turbulencí je dostatečně silný na to, aby proudy přesměroval. Následkem toho dochází k odchylkám proti průměrným teplotám a míře slanosti vod v oblastech větrných parků.

"Změny, ke kterým dochází, zůstávají v rámci meziroční proměnlivosti. Přesto vykazují podobnou míru jako předpokládané průměrné změny způsobené změnou klimatu," říká Christiansen.

Dalším důsledkem je omezení procesů na mořské hladině. Promíchávání vody na hladině běžně způsobené větry je v oblastech za větrnými elektrárnami omezeno, přičemž tento efekt se opět projevuje ve vzdálenosti desítek kilometrů.

Mořská voda je obvykle rozvrstvena do horizontálních vrstev - například teplejší voda "leží" na vrstvě vody chladnější. Větrné elektrárny tuto přirozenou stratifikaci narušují. Nedostatečné míchání podporuje stabilnější rozvrstvení vod.

"Velikost odchylek nenaznačuje závažné lokální účinky, jde však o zásah do struktur systému a to může mít dalekosáhlé následky," varuje Christiansen.

"Změny v proudění a promíchávání vody pravděpodobně ovlivní produkci planktonu a strukturu potravní sítě a mohou ovlivnit životní podmínky v chráněných oblastech. Proto je důležité vzít tyto důsledky v úvahu při vytváření koncepcí ochrany moří," říká ředitelka institutu Hereon Corinna Schrumová. K analýze možných dopadů na dynamiku výměny mezi vzduchem a mořem jsou však zapotřebí další studie.

Mořské větrné elektrárny jsou základním stavebním kamenem německé energetické transformace, která spočívá v odklonu od jaderné a uhelné energetiky a v jejich nahrazení obnovitelnými zdroji.