Naukowcy z niemieckiego ośrodka naukowego Helmholtz-Zentrum Hereon przyjrzeli się wpływowi wiatraków morskich na przepływu wiatru i prądy morskie. Jak się okazało, zauważali zmiany w tym obszarze, które mogą w dłuższej perspektywie wpłynąć na strukturę ekosystemu oceanicznego. Wskazują także, że konieczne są dalsze badania, aby wyjaśnić wpływ obecnych i przyszłych scenariuszy rozwoju farm wiatrowych na ekosystemy i organizmy morskie w Morzu Północnym.

Zespół pod kierunkiem Nilsa Christiansena opublikował wyniki pracy badawczej na temat wpływu morskich farm wiatrowych na dynamikę oceanu. Głównym przedmiotem badań był poziom modyfikacji prędkości wiatru i związanej z nią zmian warunków fizycznych na obszarach Morza Północnego, gdzie zainstalowane są farmy wiatrowe. Turbiny tworzą fizyczną przeszkodę dla przemieszczającej się wody i mas powietrza. Efekty mogą mieć ogromne znaczenie dla harmonogramu budowy kolejnych morskich farm wiatrowych, w szczególności tych instalowanych obok siebie. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Frontiers in Marine Science.
Imponujące zdjęcia morskich farm wiatrowych na Morzu Północnym z widokiem na połyskującą wodę na stałe zapisały się w naszej pamięci. W rzeczywistości na terenach farm wiatrowych dochodzi do niewidzialnych interakcji, które przedstawia poniże zdjęcie.

Morska farma wiatrowa oraz ślady atmosferyczne rozciągające się od dołu w górę zdjęcia (dane z 29.03.2021), przetworzone przez ESA i Hereon; Grafika: Helmholtz-Zentrum Hereon


Turbiny wpływają na zmniejszenie się prędkości wiatru, w szczególności za farmą wiatrową, po strone przeciwnej do kierunku wiatru. Pozyskują one energię kinetyczną z pola wiatru w celu wytworzenia energii elektrycznej. Za wiatrem w kierunku przeciwnym do turbin wiatrowych powstają ślady atmosferyczne, które przypominają obłoki (atmosferic wakes). Charakteryzują się one zmniejszoną prędkością wiatru oraz specyficznymi warunkami ciśnieniowymi i zwiększoną turbulencją powietrza. W stabilnych warunkach atmosferycznych deficyt prędkości wiatru rozprzestrzenia się do 70 km za farmami wiatrowymi.

Wykorzystując hydrodynamiczne symulacje komputerowe, zespół naukowców przeanalizował wpływ farm wiatrowych na południowe Morze Północne w okresie letnim 2013 roku (od maja do września). Analiza wykazała związek między przepływami wiatru a zmianami w relacji atmosfera-woda. W konsekwencji może to mieć wpływ na prądy poziome i stratyfikację mas wodnych. Proces turbulentnego mieszania się powierzchni wody, wywołany przez ścinający wiatr, zmniejsza się wraz dziesiątkami kilometrów wokół farmy wiatrowej. Woda jest zwykle uwarstwiona, dlatego warstwa cieplejszej wody może leżeć na warstwie wody zimnej. Farmy wiatrowe zaburzają tę naturalną stratyfikację – wskazują naukowcy.

Efekty falowania powstające za farmami wiatrowymi są wystarczająco silne, aby zmienić kierunek istniejących prądów. Skutkuje to przesunięciem średnich temperatur i zmianą rozkładu zasolenia w obszarach farm wiatrowych.

- Chociaż występujące zmiany mieszczą się w zakresie zmienności międzyrocznej, to wykazują podobne wartości jak przypuszczalne średnie zmiany spowodowane zmianami klimatycznymi lub zmienność procesów występująca z roku na rok - wyjaśnia Nils Christiansen z Instytutu Systemów Przybrzeżnych Hereon, który był głównym autorem badania.

Konsekwencje dla Morza Północnego

Christiansen wyjaśnia, że wielkość wywołanych zmian średnich nie wskazuje na poważne skutki lokalne, jednak w systemie zachodzą daleko idące zmiany strukturalne.

- Zmiany dotyczące prądów i mieszania prawdopodobnie wpłyną na produkcję planktonu i strukturę sieci pokarmowej. W rezultacie może to wpłynąć na funkcjonowanie obszarów chronionych. Dlatego ważne jest uwzględnienie tych konsekwencji przy opracowywaniu koncepcji ochrony morza- mówi dyrektor Instytutu Hereon, prof. Corinna Schrum.

Naukowcy przekonują, że potrzebne są jednak dalsze badania, aby przeanalizować możliwe sprzężenia zwrotne w wymianie powietrze-morze. Zaburzenia w tej wymianie mogą potencjalnie wpływać na regionalne warunki atmosferyczne i dynamikę ekosystemów, dlatego będą przedmiotem dalszych badań naukowców.

Szczegółowe wyniki badań możesz przeczytać w publikacji: „Emergence of Large-Scale Hydrodynamic Structures Due to Atmospheric Offshore Wind Farm Wakes”

Źródło: Helmholtz-Zentrum Hereon